Die Erde wird nicht verkochen

Es gibt nicht nur die von den Klimaaktivisten immer wieder beschworenen Kipppunkte, sondern es gibt auch Effekte die sich stabilisierend auswirken.

Generell muss man natürlich immer beachten, dass das Wetter ein nichtlineares System und hochdynamisch ist. Deswegen ist der Wetterbericht, wenn er sich auf die Zukunft bezieht, ja auch nicht immer richtig.

Wenn man sich in der Strahlungsdynamik kund tut und das auf die Erde überträgt gibt es:

  • Die Strahlungsleistung der Sonne (ca, 1,3 kW pro qm)
  • Den Durchmesser der Erde mit 12.742 km, resultierend ca. 127.000.000 qkm Empfangsfläche
  • Und davon das vierfache 510.000.000 qkm Abstrahlfläche
  • Das mittlere Albedo der Erde ist 0,3 (sie reflektiert 30% der eingestrahlten Energie)
  • Die Stefan-Bolzmann-Konstante ist 5,67 * 10-8 W / m2 K4

Denken wir uns für einen Momen die Atmosphäre weg dann kommt pro qm auf der Erde im Mittel 227,5 Watt welches wieder thermisch abgestrahlt wird. Laut Stefan-Bolzmann gilt dann 227,5  = 5,67 * 10-8 * T4.

Da die Temperatur T  in Kelvin ist kommt man nach Auflösen dieser Gleichung auf - 18 °C. Das ist die Temperatur, die uns ohne Treibhauseffekt zustehen würde.

Durch den Treibhauseffekt wird es auf der Erdoberfläche etwas wärmer, das wird abgestrahlt, durch den Treibhauseffekt kommt aber ein Teil wieder zurück, weswegen es ja wärmer geworden ist. Das zieht sich durch die ganzen Atmosphärenschichte durch, bis dann eben die 227,5 W die Erde wieder verlassen.

Warum erzähle ich das alles? Wegen dem T hoch 4. Das heißt die 4. Potenz. Faktor zwei wird zu Faktor 16, aber eben dämpfend. Wenn ich also theoretisch die doppelte Leistung abstrahlen wollte wäre das nicht die doppelte Temperatur sondern 19% zusätzlich. Und die zusätzliche Energie durch den Treibhauseffekt ist ja viel geringer.

Zusammengefasst Stefan-Bolzmann zeigt, dass kleine Temperaturerhöhungen ausreichen um viel Energie abzustrahlen.

Der zweite wichtige Punkt ist die bereits vorhandene Konzentration eines Treibhausgases. Das wichtigste ist übrigens Wasserdampf. Davon gibt es aber so viel dass sich eine Erhöhung nicht mehr auswirkt. Warum ist das eigentlich so? Treibhausgase sind aus Molekülen die polarisiert sind. Z. B. H2O hat das O auf der einen Seite und die beiden H in irgeneinem Winkel, auf der anderen Seite. Jetzt hat sich das O aber die beiden Elektronen von den H gekrallt um sein äußeres Orbital vollzukriegen. Damit fühlen sich alle Wohl und bleiben stabil zusammen. Wir haben also ein doppelt negativ geladenes O auf der einen Seite und zwei positiv geladene Protonen auf der anderen. Also einen  netten kleinen Dipol.
Infrarotstrahlung kennen ja alle in der technischen Anwendung in der Mikrowelle. Da wird dieser Dipol-Effekt gezielt ausgenutzt indem die Mikrowellen eine Wellenlänge haben die mit diesen Dipolen zusammenarbeiten und sie zum rotieren oder Schwingen bringen (==> Reibungswärme auch von innen heraus und das Essen wird warm). In der Atmosphäre passiert das gleiche. Die Infrarotstrahlung interagiert mit den Dipolen, die nehmen die Energie kurz auf und strahlen sie dann wieder ab. Diesmal aber in alle Richtungen und somit geht halt die Hälfte wieder zurück in Richtung Erdoberfläche und macht sie kuschelig warm. Da der Dipol eine Länge hat, korreliert er halt mit der zugehörigen Wellenlänge oder ganzzahligen Vielfachen davon. Das Abstrahlspektrum der Erde ist aber so eine Glockenkurve, je nachdem wie warm es ist hat man da eine Verschiebung nach oben und unten, aber es bleibt eben so ein breites Spektrum an Strahlen. Da der H2O Dipol seine Geometrie hat reagiert er halt auf spezielle Frequenzen und filtert die Energie aus diesem Teilspektrum heraus. Diese Frequenzen sind bei Wasser schon so stark gefiltert, dass die allermeiste Energie in den untersten Atmosphärenschichten bleibt und so ein Sättigungseffekt eintritt. Also gibt man noch mal richtig Wasserdampf dazu ändert sich trotzdem kaum etwas.

CO2 hat eine Ähnliche Geometrie wie H2O aber reagiert auf andere Frequenzen, deswegen kommt die Filterwirkung von CO2 zu der von H2O dazu. Aber auch da hat man schon Sättigungseffekte, also das doppelte an CO2 hat lange nicht den doppelten Effekt. Auch das ist ein stabilisierender Faktor, der im IPCC bestimmt auch mit eingerechnet wird, aber nicht in der Öffentlichkeit diskutiert wird.

Kommen wir Zu Methan, CH4, auch wieder so ein Dipol, auch wieder andere Frequenz. NUR diese Frequenz wird nicht gefiltert. Deswegen gibt es keinerlei Sättigungseffekte. Deswegen ist Methan um so viel aktiver. Aber warum ist dieses Frequnzband nicht schon voller Methan. Immerhin ist das weltweite Erdgas, welches bekannt ist, nur 2% des ursprünglichen Erdgases. Es sind also schon Unmengen ausgeegast. Und trotzdem ist es nicht da. Die Antwort ist relativ einfach. Während CO2 und H2O ihre Energie schon abgegeben haben wo sie sich kennengelernt haben, deswegen knallte es ja bei der Knallgasexplosion so laut und deswegen glüht die Holzkohle auf dem Grill so schön, sind die CH4 gar nicht so richtige Kumpels C will eigentlich zu den O-Freunden und die H sehen das eben so. Deswegen kann man ja Methan so gut in Gaskraftwerken verbrennen und erhält jede Menge Energie. Alles was den 5 Kumpels fehlt ist ein Trennungsgrund. Und der kommt z. B. mit Höhenstrahlung. Da sagen sich die Typen Lebewohl und gehen eine Verbindung mit den O2-Kumpels aus der Umgebung ein. Also auch hier Entwarnung, jeder Kuhfurz hat sich nach ca. acht Jahren wieder aufgelöst. Selbst bei größeren Methanausgasungen beim Übergang von Permafrost zu Tundra ist der Effekt nur sehr kurz.