Versuch zum Treibhauseffekt

Es gibt eine Rei­he von Mythen zum Treib­haus­ef­fekt. Da ist von an den Wol­ken reflek­tier­ter Wär­me­strah­lung die Rede, da wer­den Strah­lung und Wär­me ineins­ge­setzt und, und, und…

Ein Ver­such, den ich zum Aus­gangs­punkt für eine eini­ger­ma­ßen wis­sen­schaft­li­che Beschrei­bung des Treib­haus­ef­fek­tes genom­men habe, besaß fol­gen­den Auf­bau, den man in diver­sen Varia­tio­nen in zahl­rei­chen Lehr­bü­chern und auf noch mehr Inter­net­sei­ten fin­det. Die „Riecken­ver­si­on” tat ihren Dienst erwar­tungs­ge­mäß und brav.

Modellversuch Treibhauseffekt

Modell­ver­such Treib­haus­ef­fekt

Ich habe einen Bau­strah­ler (500W ech­tes Halo­gen) durch ein Scha­le mit Was­ser auf zwei klei­ne Erd­mo­del­le schei­nen las­sen: Eines mit dunk­lem Unter­grund (Ton­pa­pier — Land­mas­se), eines mit reflek­tie­ren­dem (Alu­fo­lie — Pol­kap­pen, Glet­scher­eis). Dazu habe ich zwei PET-Fla­schen geköpft und mit Cel­lo­phan­fo­lie ver­schlos­sen. Unge­fähr 3cm ober­halb des Unter­grun­des ist jeweils ein Tem­pe­ra­tur­füh­ler befes­tigt — der ver­wen­de­te Alchi­misst (Mess­ge­rät) besitzt freund­li­cher­wei­se zwei unab­hän­gi­ge Tem­pe­ra­tur­an­zei­gen. Das Loch für den Füh­ler bahnt ein glü­hen­der Nagel. Undich­tig­kei­ten ver­sorgt Knet­gum­mi oder aber auch Para­film.

Bei­de Erd­mo­del­le wur­den über einen Zeit­raum von 5 Minu­ten bestrahlt. Ein­mal waren sie mit Luft und das ande­re Mal mit Koh­len­stoff­di­oxid­gas gefüllt. Alle 30s wird die Tem­pe­ra­tur notiert (das könn­te auch ein Rech­ner machen).

Die Was­ser­scha­le unter dem Halo­gen­strah­ler dient als Fil­ter: So heizt wirk­lich das Licht und nicht die mas­sig abge­ge­be­ne Wär­me­strah­lung.

Das Roh­er­geb­nis sieht damit fol­gen­der­ma­ßen aus:


Luft (hell) Luft (dun­kel) CO2 (hell) CO2 (dun­kel)
t [s] T [°C] T [°C] T [°C] T [°C]
0 22,4 21,9 22,2 22,2
30 23,3 22,6 23,2 23,1
60 23,9 23,2 24 24
90 24,4 23,8 24,5 24,7
120 24,6 24,3 24,9 25,1
150 24,8 24,6 25,1 25,6
180 24,9 24,9 25,3 25,9
210 25 25,2 25,5 26
240 25,2 25,4 25,6 26,2
270 25,2 25,7 25,8 26,3
300 25,3 25,9 25,9 26,5

Um wirk­lich ver­gleich­ba­re Wer­te zu erhal­ten, soll­te man die Tem­pe­ra­tur­zu­nah­me inner­halb eines Zeit­rau­mes von 30s tabel­lie­ren:

Luft (hell) Luft (dun­kel) CO2 (hell) CO2 (dun­kel)
t [s] ∆T [K] ∆T [K] ∆T [K] ∆T [K]
0 0 0 0 0
30 0,9 0,7 1 0,9
60 0,6 0,6 0,8 0,9
90 0,5 0,6 0,5 0,7
120 0,2 0,5 0,4 0,4
150 0,2 0,3 0,2 0,5
180 0,1 0,3 0,2 0,3
210 0,1 0,3 0,2 0,1
240 0,2 0,2 0,1 0,2
270 0 0,3 0,2 0,1
300 0,1 0,2 0,1 0,2

Die Stei­gun­gen der Tem­pe­ra­tur-/Zeit­kur­ven inner­halb der ers­ten zwei Minu­ten spie­geln dabei die Erwar­tun­gen wie­der, wenn­gleich die Schluss­wer­te nicht gänz­lich zu über­zeu­gen ver­mö­gen:

  • ein dunk­ler Unter­grund führt zu erhöh­ter Erwär­mung
  • Treib­haus­ga­se (hier: Koh­len­stoff­di­oxid) ver­stär­ken den Effekt

Schon­mal phä­no­me­no­lo­gisch nicht schlecht. Die gra­fi­sche Dar­stel­lung deckt eine Schwä­che auf (natür­lich ist sie zusätz­lich durch x-Ach­sen­schnei­de­rei geschönt — aber Ban­ken machen das ja auch gele­gent­lich):

Modellversuch: Treibhauseffekt

Modell­ver­such: Treib­haus­ef­fekt

Die Stei­gung der Kur­ve für die Mess­rei­he „Luft, dunk­ler Unter­grund” passt am Schluss nicht ganz zu den Erwar­tun­gen. Viel­leicht kam doch zu viel Wär­me­strah­lung durch den Fil­ter? Natur­wis­sen­schaft halt. Außer­dem hät­te ich ein­mal inter­po­lie­ren kön­nen anstatt die Mess­punk­te stumpf ver­bin­den zu las­sen…

Der Kur­ven­ver­lauf ist schon in Ord­nung, da bei gleich­blei­ben­der Strah­lungs­en­er­gie nicht für immer und ewig das gesam­te Spek­trum absor­biert und in kine­ti­sche Wär­me­en­er­gie umge­setzt wird, son­dern zum Teil auch eine Ree­mis­si­on statt­fin­det, d.h. ie absor­bier­te Strah­lung wird wie­der­um als elek­tro­ma­gne­ti­sche Strah­lung — dann jedoch meist mit ande­rer Wel­len­län­ge — wie­der abge­ge­ben.

Zwi­schen die­sen bei­den Effek­ten stellt sich ein Gleich­ge­wicht ein, sodass sich die Kur­ve einem Grenz­wert nähert und dadurch abflacht. Außer­dem ver­lie­ren wir lau­fend Wär­me an die Umge­bung, die nur bis zu einen gewis­sen Punkt durch die Strah­lung wie­der ersetzt wird.

Hier habe ich ver­sucht, ein paar Hin­ter­grund­in­fos für eine Deu­tung zusam­men­zu­tra­gen.

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6 Kommentare

  • R. Truth

    Wie groß ist nun der Effekt?
    -> Aus­tauch von Luft (0,038% CO2) durch 100% CO2 resul­tiert in 0,6°K Erwär­mung.
    Was ist nun die Schluss­fol­ge­rung?
    -> CO2 ist IR-aktiv.
    Erhö­he man die CO2-Kon­zen­tra­ti­on in der Luft um 0,01% auf 0,048% wür­de ich kei­nen mess­ba­ren Effekt erwar­ten.
    -> Die Hypo­the­se, daß der anthro­po­gen ver­ur­sach­te Anstieg des CO2 den Kli­ma­wan­del ver­stärkt bzw. ver­ur­sacht, wäre damit wider­legt.

    • Die­se Schluss­fol­ge­rung ist m.E. so nicht kor­rekt, weil du rein mathe­ma­tisch ope­rierst. Man kann mit die­sem Ver­such zei­gen, dass eine erhöh­te Koh­len­stoff­di­oxid­kon­zen­tra­ti­on den Treib­haus­ef­fekt ver­stärkt. Nicht ablei­ten kannst man irgend­ei­ne Quan­ti­fi­zier­bar­keit, weil wir uns im stark idea­li­sier­ten Modell­be­reich bewe­gen.

      1. Wär­me­fluss in die Umge­bung: Der ist bei unse­rem Modell erheb­lich
      2.Spektrum der Strah­len­quel­le: Das dürf­te in die­sem Fall nicht mit dem Spek­trum der Son­ne bzw. dem ree­mit­tier­ten von der Erd­ober­flä­che ver­gleich­bar sein
      3. Inten­si­tät der Strah­len­quel­le: Lächer­lich gegen­über unse­rem Zen­trals­tern
      4. 0,6 K sind bezo­gen auf das betrach­te­te Gas­vo­lu­men ein ener­ge­tisch ziem­li­cher Ham­mer, wenn man das ein­mal auf mola­re Dimen­sio­nen hoch­rech­net.
      5. Das Modell berück­sich­tigt nicht ande­re kli­ma­wirk­sa­me Gase, wie z.B. Methan oder die Sekun­där­ef­fek­te durch FCKW
      6. usw.

      Wenn du in die Nähe quan­ti­fi­zier­ba­rer Aus­sa­gen kom­men willst, brauchst du wahr­schein­lich ein Erd­mo­dell, derer es eini­ge im Bereich der Kli­ma­for­schung gibt (mathe­ma­ti­sche natür­lich) — nicht ganz rechen­zeit­un­auf­wen­dig, wie ich den­ke.
      Aber du hast natür­lich im Kern Recht: Je nach Modell wird man ggf. ande­re quan­ti­ta­ti­ve Aus­sa­gen erhal­ten. Dumm für uns Men­schen ist nur, dass seit­dem wir fos­si­le Brenn­stof­fe in gro­ßem Umfang ver­feu­ern, die durch­schnitt­li­che Tem­pe­ra­tur auf der Erde so stark gestie­gen ist wie sel­ten in der Erd­ge­schich­te.

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  • Josef Kowatsch

    Der Ver­such ist gut durch­dacht und man kann ihn im Som­mer auch im Frei­en ein­set­zen, nur die Son­ne und der Erd­bo­den als Strah­lungs­quel­le, der vor eini­gen Minu­ten noch in der Son­ne war und des­halb noch gut zurück­strahlt.
    In ähn­li­cher Form wie oben beschrie­ben habe ich das getan. Bei 100% C02 habe ich sogar 1K Erhö­hung erreicht gegen­über Nor­mal­luft. Bei 0,07% C02 -Hit­ze­tod der Erde- hat­te C02 über­haupt kei­ne Treib­haus­wirk­sam­keit, eben­so nicht beim Drei­fa­chen Wert, also etwa 0,1%, was immer­hin schon 1000ppm C02-anteil wären. Sie kön­nen locker bis 6000 ppm gehen, nichts tut sich.
    Der Ver­such ist des­we­gen rea­lis­tisch, weil bei Inver­si­ons­wet­ter­la­gen im Win­ter in den Tälern eben­falls C02-Kon­zen­tra­tio­nen weit über 1000ppm auf­tre­ten. Nach der Treib­haus­theo­rie müß­te solch eine Wet­ter­la­ge aber sofort zusam­men­bre­chen, wenn die Son­ne scheint. Des­we­gen kann ich nur dar­aus schlie­ßen, dass die Haupt­er­wär­mung des Sys­tems Erde/Luft nicht über Wär­me­strah­lung und IR-Absorp­ti­on erfolgt, son­dern durch direk­ten Mole­kül­kon­takt der Luft­mo­le­kü­le mit dem Boden, also Wär­me­wei­ter­ga­be und Wär­me­mit­füh­rung in Form von kine­ti­scher Ener­gie. Damit hät­te Stick­stoff den größ­ten Anteil an der Erwär­mung der Luft, weil es das häu­figs­te Gas ist, das auch den Boden berührt. C02 ist des­halb unbe­deu­tend bei die­ser Betrach­tung, weil eine Zunah­me von 350 ppm umge­kehrt den SAuer­stoff­an­teil der Luft um 350 ppm sen­ken wür­de, so dass die Gesamt­zahl der Mole­kül­kon­tak­te unver­än­dert bleibt. Erst bei hohen Kon­zen­tra­tio­nen von C02 weit im Pro­zent­be­reich wür­de sich die zusätz­li­che IR-Absorp­ti­on von C02 bemerk­bar machen

  • Vie­len Dank für die­sen Kom­men­tar. Ich ver­lin­ke hier der Voll­stän­dig­keit hal­ber noch­mal eine — wie ich fin­de — aus­ge­gli­che­ne Dis­kus­si­on zu dem The­ma (in den Kom­men­ta­ren zu fin­den).

    http://www.eike-klima-energie.eu/news-anzeige/klimawandel-durch-kohlendioxid-wissenschaftsskandal-oder-abzockerei/

    Es ent­spinnt sich zu dem The­ma im Netz mehr und mehr ein Mei­nungs­krieg, des­sen inhalt­li­ches Niveau nach mei­nen Beob­ach­tun­gen aber zuneh­mend an Qua­li­tät gewinnt.
    Schwie­rig für die Geg­ner der Treib­haus­theo­rie dürf­te sein, dass ihre Ana­ly­sen oft im rech­ten poli­ti­schen Spek­trum auf frucht­ba­ren Boden fal­len. Schwie­rig für die Befür­wor­ter dürf­te sein, dass es bis­her höchst­wahr­schein­lich nur Indi­zi­en gibt, die ihre Theo­rie bestä­ti­gen — etwa natur­ge­mäß unzu­rei­chen­de Com­pu­ter­si­mu­la­tio­nen (Modell­cha­rak­ter).
    Zum Nach­den­ken wür­den *mich* ech­te Daten und doku­men­tier­te Ver­suchs­auf­bau­ten brin­gen — sonst bin ich dafür zu skep­tisch. Das lie­fern bei­de Sei­ten bis­her nicht oder ich fin­de das nicht.
    Sehr gut fin­de ich im ver­link­ten Arti­kel die Aus­sa­gen, dass sich ein spar­sa­mer Umgang mit den Res­sour­cen unse­res Pla­ne­ten aus ande­ren Grün­den auch lohnt, d.h. dass auch gefor­dert wird, unse­re Ener­gie­po­li­tik zu über­den­ken. Streng genom­men braucht es den Treib­haus­ef­fekt als Begrün­dung dafür nicht und somit wären erst­ma­lig die Zie­le von Befür­wor­tern und Geg­nern kom­pa­ti­bel — das hal­te ich für einen Fort­schritt.

  • ivy

    ICH fin­de das sehr innet­resannt zumal ich sel­ber gra­de ein ver­such mache und mei­ner sehr änlich ist;)
    sie haben recht es ist wirk­lich ein fotschritt:‚D
    machen sie wei­ter;)

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