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Für "Pro Vertreter" wie mich, ist mit aktuellem Stand hinreichend belegt wenn nicht bewiesen worden, dass CO2 zum Klimawandel/Erwärmung menschengemacht seit der Industrialisierung beiträgt und WIE es geschieht und was vermieden werden sollte bzw. muss.>>
Da sind wir uns einig. Meine Rechnung basiert auf demselben Klimamodell das der IPCC vertritt. Ich quantifiziere es lediglich bzgl. der Primärwirkung von CO2. Ich gehe übrigens auch wie du von einer anthropogenen Hauptursache aus. Nur ist diese nicht das CO2, was nur ganz wenig bewirkt, sondern der Flugverkehr, bzw. die von ihm verursachten Treibhauswolken. Dazu gibt es ganz, ganz viele Hinweise. Aber zunächst möchte ich das Klimamodell des IPCC bzgl. der Primärwirkung von CO2 quantifizieren.
Quantifizierung der Klimaaktivität des anthropogenen CO2
Die CO2-bedingte Rückstrahlung R einer Atmosphäre (besser gesagt die IR-Albedo) ist gemäß einer von mir durchgeführten Herleitung über bekannte Gesetze der Physik:
(I) R = 1 - EXP (-6,2721E4W*K^4 *m2/mol * C / T^4)
hierbei ist -6,2721E4 WK^4m^2/mol eine Materialkonstante von CO2
C ist die CO2-Menge einer Atmosphärensäule pro m² . Siehe [1]
T ist die Oberflächentemperatur des Planeten, hierbei muss die Oberflächentemperatur zunächst geschätzt werden.
Aus der Rückstrahlung kann die Oberflächentemperatur berechnet werden. Konvergieren geschätzte Temperatur und die daraus berechnete Temperatur, war die Schätzung richtig.
Mit diesem Verfahren erhält man für die Venus eine Oberflächentemperatur von 743 K, für den Mars eine von 216,75 K und für das anthropogene CO2 eine Temperaturerhöhung auf der Erde von 0,016K.
Literaturwerte für die Temperatur:
Venus:
de.wikipedia.org/wiki/Venus_(Planet)
de.wikipedia.org/wiki/Vega_(Raumsonde)
mittlere Temperatur 737K
Mars:
www.spektrum.de/lexikon/physik/mars/9447
klimakatastrophe.wordpress.com/2021/05/1...-in-einer-abbildung/
www.researchgate.net/figure/Spectra-of-E...-at-a_fig1_231005038
www.researchgate.net/publication/2310050...and_characterization
www.nsstc.uah.edu/data/msu/v6.0/tlt/uahncdc_lt_6.0.txt
mars.nasa.gov/insight/weather/
mittlere Oberflächentemperatur 217K
(Wikipedia enthält seit dem 10.Mai 2020 einen falschen Wert, ohne echte Quellenangabe. Es ist der Deutsche Wetterdienst angegeben, dieser gibt aber seinerseits keine Quelle an.
de.wikipedia.org/w/index.php?title=Mars_...prev&oldid=199821251
Hier findet man auch noch den alten Wert von 218K (217K ist ungefähr korrekt).
bar.wikipedia.org/wiki/Mars_(Planet)
Wären die 210K korrekt, hätte das CO2 auf dem Mars, immerhin in einer Atmosphärensäule von ca. dem 30-fache der irdischen, sogar eine physikalisch bedingte, kühlende Eigenschaft.)
Erklärung von (I). Wir kennen aus dem Lambert-Beerschen Gesetz die logarithmische Abhängigkeit des nicht-absorbierten (transmittierten) Lichts von der Menge absorbierender Moleküle.
de.wikipedia.org/wiki/Lambert-beersches_Gesetz
Aus dem Energieerhaltungssatz folgt, dass das absorbierte Licht gleich der Summe ist aus zurückgestrahltem Licht und abgegebener Wärme durch Stöße. Der Anteil der Rückstrahlung ist 1 minus Anteil des nicht-zurückgestrahlten (transmittierten) Lichts.
Wir haben im Exponenten also eine Materialkonstante mit negativem Vorzeichen und die CO2-Menge einer Atmosphärensäule.
Was brauchen wir noch? Wir wissen, dass die Wechselwirkung umso größer ist, je größer die abgestrahlte Lichtmenge im korrespondierenden Frequenzband ist. Genauer ausgedrückt geht es um die Strahldichte im Bereich 13-17E-6m, sowie 4-5E-6m, sowie … Zum Glück ist es nicht so kompliziert, denn wie wir gleich sehen werden, kürzt sich die Lage und Intensität der Absorptionsbanden heraus.
Was brauchen wir noch? Wir wissen, dass die anteilige nicht-zurückgestrahlte Lichtmenge umso größer ist, je kleiner das Verhältnis der korrespondierenden Frequenzbänder zur gesamten Strahlung der Oberfläche als Schwarzer Strahlers ist. Auch hier geht es wieder um die Strahldichte, die einfach Gesamtstrahlung durch pi ist. Wir haben also die Wechselwirkung der korrespondierenden Frequenzbänder einmal im Zähler und einmal im Nenner des Bruchs im Exponenten.
Wir haben bisher im Zähler des Exponenten eine Materialkonstante mit negativem Vorzeichen und die CO2-Menge einer Atmosphärensäule. Und im Nenner steht die Gesamtabstrahlung der Oberfläche des Planten. Diese ist proportional der Temperatur hoch 4. Weitere Faktoren werden in die Konstante gezogen.
Was brauchen wir noch? Wir wissen, dass die Schwingungen umso stärker angeregt sind, je höher die Temperatur der Atmosphäre ist. Und je stärker die Schwingungen bereits angeregt sind, umso weniger wechselwirken sie mit Strahlung. Aber ein Gas, das wie CO2 oder z.B. H2O, in den korrespondierenden Frequenzbändern schon in dünnen Schichten vollständig absorbiert, emittiert nach den Regeln für optisch dicke Schichten aus der gleichen Schicht wie ein Schwarzer Strahler. D.h. das genannte Problem ist vernachlässigbar.
[1] Wie viel CO2 enthält eine Atmosphärensäule auf dem Mars?
Die Masse mm der Marsatmosphäre pro m² beträgt
mars.nasa.gov/insight/weather/
mm = 6,36E2Pa / 3,69 m/s² = 172,4kg/m^2
Es liegen vor CO2, Molmasse 44E-3 und Konzentration 0,96, N2, Molmasse 28E-3 und Konzentration 0,02, sowie Ar Molmasse 40E-3 und Konzentration 0,02. Dadurch ergibt sich eine durchschnittliche Molmasse der Gaspartikel von
0,96 * 44E-3 + 0,02 * 40E-3 + 0,02 * 28E-3 = 0,0436kg/mol
Dies entspricht
172,4kg/m2/ 0,0436kg/mol = 3,954E3 Mol/m².
Die CO2-Konzentration beträgt 0,96, d.h. über 1m² Marsoberfläche befindet sich eine CO2-Säule von 3,796E3 Mol/m².
Entsprechend berechnet man mit den Daten der Venus, Oberflächengravitation: 8,87m/s^2, Druck: 93 bar, Zusammensetzung Atmosphäre: CO2 0,965, N2 0,035: Über 1m² Venusoberfläche befindet sich eine CO2-Säule von 2,3041E7 Mol/m².
Entsprechend berechnet man mit den Daten der Erde: Über 1m² Erdoberfläche befand sich 1880 (280ppm) eine CO2-Säule von 99,85 Mol/m² und 2016 (403ppm) 143,7 Mol/m².
Anwendung der Formel (I) für die Rückstrahlung auf die Venus: C = 2,3041E7 und T = geschätzte 737 K. Ergebnis: R = 0,99254
Es folgt für die berechnete Temperatur T:
mit 2615 = Solarkonstante auf der Bahn der Venus
0,77 = sphärische Albedo
0,9988 = IR-Emissionsgrad Venusgestein
5,67E-8 = Stefan-Boltzmann-Konstante
Eingangsstrahlung auf der Planetenoberfläche B = 0,25*2615*(1-0,77) = 150,3625
T = ((B/((1-R)*0,9988*5,67E-8))^0,25 = 772
Nächste Schätzung 743
R = 0,991279 => T=743
Die berechnete Temperatur ist etwas größer als die auf der Venus gemessene Temperatur, weil es auf der Venus auch kühlende Wolken aus CO2 gibt.
www.spektrum.de/news/hoellisch-kalt-auf-der-venus/1166478
Anwendung der Formel (I) für die Rückstrahlung auf dem Mars: C = 3,796E3 und T = geschätzte 217K . Ergebnis: R = 0,10181
Es folgt die berechnete Temperatur T:
mit 589 = Solarkonstante auf der Bahn des Mars
0,25 = sphärische Albedo
0,982 = IR-Emissionsgrad Marsgestein
5,67E-8 = Stefan-Boltzmann-Konstante
Eingangsstrahlung auf der Planetenoberfläche B = 0,25*589*(1-0,25) = 110,4375
T = ((B/((1-R)*0,982*5,67E-8))^0,25 = 215
Nächste Schätzung 216,7
R = 0,102356 => T=216,8
Das ist im Rahmen der Mess- und Rechengenauigkeit exakt die kolportierte mittlere Temperatur des Mars.
Anwendung der Formel für die Rückstrahlung R
R = 1 - EXP (-6,2721E4W*K^4*m^2/mol * C / T^4)
auf die Erde im Jahr 1880 (280ppm): C = 99,85. Für T müssen wir die heutige Globaltemperatur einsetzen von 288K, weil diese die starke Rückstrahlung der irdischen Atmosphäre berücksichtigt .
R = 9,09899E-4
Es folgt die berechnete Temperatur T:
mit 1367 = Solarkonstante auf der Bahn der Erde
0,306 = sphärische Albedo
0,989 = IR-Emissionsgrad Erdoberfläche
5,67E-8 = Stefan-Boltzmann-Konstante
Eingangsstrahlung auf der Planetenoberfläche B = 0,25*1367*(1-0,306) = 237,1745
T = ((B/((1-R)*0,989*5,67E-8))^0,25 = 255,0768
Wir erhalten die Temperatur die die Erde hätte, sofern die 280ppm CO2 der einzige klimaaktive Faktor der irdischen Atmosphäre wäre.
Anwendung der Formel für die Rückstrahlung R
R = 1 - EXP (-6,2721E4W*K4*m2/mol * C / T4)
auf die Erde im Jahr 2016 (403ppm): C = 143,7 mit T = 288
R = 1,3092E-3 und T=255,1023
Wir erhalten die Temperatur die die Erde hätte, sofern die 403ppm CO2 der einzige klimaaktive Faktor der irdischen Atmosphäre wäre. Es fand also durch das anthropogene CO2 eine Erwärmung um 0,025K statt, sofern man von keiner Überlagerung durch H2O ausgeht. Tatsächlich ist die Erwärmung etwas kleiner, da H2O und CO2 beide in der Frequenzbande 13-17E-6m wechselwirken. DANN müsste nämlich die Frequenzbande in der Formel für die Rückstrahlung R berücksichtigt werden.
Man kann den Effekt aber durch bekannte irdische Messungen berücksichtigen. Die Klimaaktivität der Atmosphäre erhöht die Temperatur der Erde um 33K. Diese Temperaturerhöhung ist über die Wärmekapazitäten und -leitfähigkeiten des Erdbodens und der Atmosphäre direkt mit einem Energiefluss verknüpft. Ebenso ist die Rückstrahlung der Atmosphäre direkt mit einem Energiefluss verknüpft. Wir können also die 33K mit der Rückstrahlung der irdischen Atmosphäre und den zuvor berechneten Werten von 9,09899E-4 bzw. 1,3092E-3 linear in Beziehung setzen.
Die Rückstrahlung der irdischen Atmosphäre ist aus Messungen bekannt.
www.researchgate.net/publication/2338932..._surface_perspective
de.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A4risch...ve_(German)_2008.svg
An der Erdoberfläche an Wärme absorbiert werden 161 W/m2 von der Sonne sowie die atmosphärische Gegenstrahlung von 333 W/m2, in der Summe 494 W/m2 .
Die Erdoberfläche gibt an Wärme ab 396 W/m2 durch Strahlung, sowie 80 W/m2 durch Verdunstung, sowie 17 W/m2 durch Konvektion an die kalte Atmosphäre, in der Summe 493 W/m2 . Damit ergibt sich eine irdische IR-Albedo bei durchschnittlich bedecktem Himmel von 333/396 = 0,8409.
Wenn eine IR-Albedo von 0,8409 eine Temperaturerhöhung von 33K verursacht, dann bewirkt eine Erhöhung der IR-Albedo von 9,09899E-4 für das CO2 im Jahr 1880 eine Temperaturerhöhung von 0,0357K, bzw. von 1,3092E-3 für das CO2 im Jahr 2016 eine Temperaturerhöhung von 0,0514K.
Durch das anthropogene CO2 hat sich die Globaltemperatur also um 0,016K erhöht.