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.

Facebook Like

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.

  • Pingback: Ideologischer Fundamentalismus - riecken.de - Gedanken zu Bildung, Lehre und Schule

  • 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;)

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert *