Nachdem ich im letzten Eintrag zwei Seiten mit kritischen Inhalten zur gängigen Meinung über die Klimaerwärmung erwähnt habe, versuche ich hier, mich kritisch mit der Frage zu beschäftigen, was passieren würde, wenn man tatsächlich die CO2-Konzentration in der Atmosphäre verdoppelte.
Treibhauseffekt
Es ist eigentlich ganz einfach: Akzeptiert ist, dass die Zusammensetzung der Atmosphäre Einfluss auf die Temperatur auf der Erde hat. Meistens wird dieses Phänomen als “Atmosphärischer Treibhauseffekt” bezeichnet. Es ist gut, dass es ihn gibt, sonst wäre es auf der Erde deutlich kälter. Hauptsächlich Wassermoleküle in der Atmosphäre, und zu etwa einem Viertel ist CO2 für diesen Effekt verantwortlich.
Es passiert folgendes: Die Sonne strahlt Licht auf die Erde. Das zugehörige Spektrum ist hier Abbildung 1. Der rote Teil der Kurve, ist das, was tatsächlich auf der Erde ankommt. Die Beschriftung “CO2” ist in der Abbildung übrigens am falschen Platz. CO2 hat Absorptionsmaxima bei 2700, 4300 und 15000 nm.
Abbildung 1: Strahlungsspektrum der Sonne. Quelle: globalwarmingart
Die Rolle des CO2
Licht, das auf die Erde fällt, wird zum Teil reflektiert und zum Teil absorbiert. Die Energie, die bei der Absorption gespeichert wurde (in Form eines heißen Steins der in der Sonne lag, beispielsweise), wird wieder emittiert, diesmal als langwellige Wärmestrahlung. Ein Großteil dieser Strahlung wird, wie schon oben erwähnt, von Wassermolekülen in der Atmosphäre absorbiert, die sich dadurch erwärmen.
Das CO2 in der Atmosphäre absorbiert infrarote Strahlen rund um die Wellenlängen 2700 nm, 4300 nm und 15000 nm. Und zwar komplett. Praktisch nichts dieser Wellenlängen kommt wieder im All an. Die gesamte Energie, die in Strahlung dieser Wellenlängen liegt, wird also von den 0.038% CO2 in der Atmosphäre absorbiert.
Wenn jetzt die doppelte Menge CO2 in der Atmosphäre wäre, könnte nicht mehr Wärme in der Atmosphäre entstehen, alle Strahlung der relevanten Wellenlängen wird ja schon absorbiert. Also ist es für die Wärmebilanz der Atmosphähre unerheblich, ob 0.038% oder 0.069% CO2 vorhanden sind.
Abbildung 2: Transmissionsspektrum der Atmosphähre. Rot: Eingestrahltes Sonnenlicht. Blau: Emittierte Wärmestrahlung der Erde. Graue Kurven: Absorptionsspektren der relevanten Gase in der Atmosphäre. Quelle: globalwarmingart
Offene Fragen
Um wenigstens noch einen Rest meiner Reputation als Wissenschaftler zu retten, hier noch einige Anmerkungen:
Ein Dissenspunkt ist, ob sich durch die Verdopplung der CO2-Konzentration die tiefen Schichten der Atmosphäre selektiv stärker erwärmen, und es dadurch zu einer Erhöhung der Temperatur auf der Erde kommt.
Ich weiß nicht, in welcher Höhe die meiste relevante Strahlung vom CO2 absorbiert ist (ich habe Werte von 10 m über 100m bis einige Kilometer gelesen), und wie das Lambert-Beersche Gesetz (Verhältnis von Konzentration zu Absorption) auf die Atmosphäre anwendbar ist. Vielleicht kann mir da ein Physiker weiterhelfen. CO2 ist in der Atmosphäre übrigens etwa gleichmäßig verteilt.
Lokale Effekte habe ich nicht berücksichtigt. So ist über einer Wüste die Absorption der Wärmestrahlen durch Wassermoleküle in der Atmosphäre nicht so hoch wie zum Beispiel über Nordschottland mit mehr Wolken. Dem CO2 kommt bei trockener Luft eine relativ grössere Bedeutung zu. Den lokalen Effekten kann mit meinem einfachen Modell hier keine Rechnung getragen werden.
Weiter spielt die Diffusivität von Wärme und die Konvektion eine Rolle. Auf beide Punkte bin ich hier nicht eingegangen.
Hier noch mal die Kernaussage:
Die momentane Konzentration des CO2 in der Erdatmosphäre ist ausreichend, um praktisch alle relevante Wärmestrahlung zu absorbieren. Eine Verdopplung der CO2 Kozentration würde nicht dazu führen, dass sich die gesamte Erdatmosphäre signifikant erwärmt.
Ich bin bei meiner Argumentation hauptsächlich der Seite “Cold facts on Global Warming” gefolgt. Grundlagen stammen größtenteils von den Wikipediaseiten zu solar radiation und greenhouse effect. Kommentare gerne auch per Email, die Adresse steht auf der Kontaktseite.
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