Den Klimawandel verstehen (5-3)

Wissenschaft und Widerspruch

Ein Gastbeitrag von Kurt Rohmert (Foto: pixabay: Piro4D, freie Bildnutzung, kein Bildnachweis nötig)

Bei der Beschreibung des Klimawandels spielt der Treibhauseffekt die zentrale Rolle. Alle Definitionen oder Erklärungen der einen Seite scheinen irgendwie gleich, gleichermaßen simpel. Auf der anderen Seite die begründeten Widersprüche, völlig konträr. Ich suchte dagegen nach einer eindeutigen Erklärung. Diese konnte nur in der Naturwissenschaft (Physik) liegen.

Wissenschaftliche Erklärungen oder doch nur Behauptungen

Um ein Thema wie den Treibhauseffekt zu verstehen ist es nahe liegend, die gängigen Definitionen der „Experten“ abzufragen. Zunächst erfolgt eine Auflistung dessen, was die Klimaexperten äußern, die genaue Untersuchung der Korrektheit, der Widersprüche und der Realität schildere ich in den folgenden Abschnitten.

Eine Recherche wird meistens bei Wikipedia beginnen. „ Der Treibhauseffekt ist die Wirkung von Treibhausgasen in einer Atmosphäre auf die Temperatur der Planetenoberfläche “ steht dort zu lesen. Auch das Resultat des Effekts steht zweifelsfrei fest „ Er bewirkt eine Temperaturerhöhung.“  Als Grund nennt man die Intransparenz für die langwellige Infrarotstrahlung, auch Wärme genannt. Zu meiner Verwunderung präsentiert man allerdings für die Wärmebilanz eine Grafik, die diesen beschriebenen Effekt nicht kennt!  (Kapitel Strahlungsbilanz). Auch die Aktivisten von Greenpeace habe eine „einleuchtende“ Definition parat „ Ein Teil der zurückgestrahlten Wärme durchläuft die Atmosphäre und verliert sich im Weltall, der andere Teil kann die Schicht aus Wasserdampf, Kohlendioxid und Spuren anderer Gase in der Atmosphäre nicht durchdringen und wird in der Atmosphäre zurückgehalten.“

Wer sich in Sachen Physik weiterbilden möchte und bei lernhelfer.de nach dem „Treibhauseffekt“ sucht findet diese Erklärung „ Gasmoleküle mit mehr als zwei Atomen wie Kohlenstoffdioxid, Methan, Wasserdampf u. a. absorbieren infrarote Strahlung und speichern auf diese Weise Wärme in der Erdatmosphäre.“
Die bekanntesten deutschen Klimaforscher sind im Klima Konsortium vereint. Dort heißt es „ Einige Spurengase in der Lufthülle der Erde sorgen dafür, dass ein Teil der Energie, … nicht wieder vollständig … abgestrahlt wird. (Grafik Treibhauseffekt).
Auch die höchste politische Organisation, das Umweltbundesamt, sieht das so „ In Analogie zu einem Treibhaus – das Sonnenstrahlung durchlässt und Wärmestrahlung „festhält” – … absorbieren Gase wie CO2 einen Teil der von der Erdoberfläche abgegebenen Wärmestrahlung und verringern den Anteil der in den Weltraum abgegebenen Wärmestrahlung.“ 

Weitere sonderbare physikalische Thesen

Doch das ist noch nicht alles. Mit seiner Beschreibung zum Treibhauseffekt bringt der Deutsche Wetterdienst eine weitere Besonderheit ins Spiel „ Für die langwellige Strahlung ist die Atmosphäre mit ihren ganzen Treibhausgasen wie Kohlendioxid oder … nicht mehr komplett durchlässig. Sie strahlen die Energie wieder zum Boden zurück. Somit kann ein Teil der Wärmestrahlung am Erdboden gehalten und diesen wärmen.“ Diese Erklärung findet man auch in Wikipedia wieder„ Die atmosphärische Gegenstrahlung ist der Anteil der Wärmestrahlung aus der Atmosphäre, der in Richtung der Erde abgestrahlt wird und dessen Energie somit im System der Erde verbleibt“.

Spätestens seit der Gründung des IPCC (Weltklimarat) erscheint zu den klimatischen Vorgängen in der Atmosphäre eine neue, geänderte Grafik. Hier wird über die Wärmebilanz der Erde (Grafik 2.11) der Treibhauseffekt jetzt auch mathematisch bewiesen, allerdings sind einige Zahlen zumindest sehr erklärungsbedürftig. In der Bilanz ist es besonders die Emissionsseite (thermal outgoing), orange dargestellt. War bislang immer von einem ausgeglichenen thermischen Gleichgewicht die Rede, sind jetzt die Zahlen passend zur Theorie gemacht worden: Es taucht, quasi aus den Wolken, eine Gegenstrahlung (also Energie) in Höhe von 342 W/m2 ! auf, was der gesamten Sonneneinstrahlung entspricht.

All diese Thesen, die auf den ersten Blick sicher physikalisch einwandfrei daherkommen, stammen ausnahmslos von Experten. Was erregte dann meinen Unmut? Alle diese Thesen stehen im Widerspruch zur Physik. Meine intensiven Recherchen der physikalischen Grundlagen brachte keine Beweise dieser Behauptungen!

Die Gesetze der Physik (Wärmelehre)

Die Wärmelehre, auch Thermodynamik genannt, ist die Wissenschaft der Zustandsänderungen von Körpern durch Zuführung oder Abgabe von Energie sowie der Energieumwandlungen, bei denen Wärme beteiligt ist. Dieser Abschnitt beleuchtet die für das Klima wichtigen Grundlagen und Gesetze.

Der Austausch von Wärme, genauer gesagt von innerer Energie, kann verschieden erfolgen, auf der Erde geschieht es durch die Wärmestrahlung (Teil3). Diese Wärmestrahlung (IR-Strahlung) ist eine Art der Wärmeübertragung und der Energielieferant heißt Sonne. Dabei wird von der Erdoberfläche die von der Sonne absorbierte Energie wieder über Emission in die Atmosphäre, bestehend aus verschiedenen Gasen, abgegeben.

Von allen Gasen der Atmosphäre sind aber nur CO2, H2O und Methan IR-aktiv. Was heißt das? Gase wie CO2, die wegen ihrer Struktur 3 und mehr Atome aufweisen, nehmen Strahlungsenergie auf. Diese Energie versetzt die Moleküle in Schwingungen, dabei wird Energie frei, die wiederum an andere Gas-Moleküle gegeben wird. Die Bewegung steigt, je höher die Temperatur ist. Folglich steigt damit auch die innere (kinetische) Energie.

Die feste physikalische Regel für die Wärmeübertragung ist: Immer von einem Körper höherer Temperatur zu einem mit niedrigerer Temperatur, niemals umgekehrt. Der Prozess dauert, bis beide die gleiche Temperatur (Gleichgewicht) erreicht haben. Somit ist eine Gegenstrahlung mit Wärmeabgabe unmöglich. Auch wird Wärme nur umgewandelt und nicht erzeugt. Dies beschreiben der 1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik (Prinzip von der Erhaltung der Energie). Der Zusammenhang zwischen Temperaturänderung und aufgenommener Wärme ist in der Grundgleichung der Wärmelehre erklärt.

Was lehrt uns das?

A) Gase übertragen Energie und behindern diesen Transport nicht.

B) Es ist irreführend zu sagen, Wärme kann die Atmosphäre nicht durchdringen und wird zurückgehalten.

C) Es existiert weder ein Dach noch ein Treibhaus. Inzwischen spricht man beim Treibhauseffekt nur noch von einem „ähnlichen Prinzip“, womit die im Treibhaus unterbundene Konvektion gemeint ist.

D) Die Wärmelehre kennt keine Gegenstrahlung. Wenn überhaupt, dann bedeutet eine Strahlung (der Gasmoleküle) in alle Richtungen nur eine Verlangsamung. Dieses beweist der sehr niedrige Wärmeleitkoeffizient.

E) Der Wärmefluss kann nur in Richtung All erfolgen, weil sich warmes Gas ausdehnt. Das wissen alle Ballonfahrer (Thermik).

F) Die Thermodynamik kennt keinen Treibhauseffekt!

Das Planetensystem und der Einfluss der Sonne auf die Wärmebilanz

Wie oben schon angedeutet spielt das Planetensystem für unser Klima eine wichtige Rolle. Der Rhythmus von Tag/Nacht sowie der Jahreszeiten hängt wie auch die tägliche Strahlungsenergie von der Rotation der Erde um die Sonne ab.

Seit Kopernikus wissen wir, dass die Sonne der Mittelpunkt unseres geozentrischen Systems ist und die Erde innerhalb eines Jahres täglich um die eigene Achse und einmal um die Sonne rotiert, gebunden durch die Gravitationskraft. Die gigantische Energiequelle der Sonne erwärmt aber nicht jeden Punkt der Erde gleich, die Höhe hängt vom Einfallswinkel der Stellung zur Sonne ab (Teil 3). Ein flacherer Winkel bedeutet weniger Energie, also kälter (Nordpol etwa – 15 bis -20 Grad im Mittel) und ein fast senkrechter Winkel sehr warm (Äquator 25 Grad). Am Südpol ist es noch kälter (Jahresdurchschnitt -55 Grad). Dies beweist, die Strahlungsleistung der Sonne schwankt je nach Breitengrad erheblich.

Die Wärmeenergie der Sonne, ihre Intensität, die auf die Erde trifft, heißt Solarkonstante und beträgt annähernd konstante 1.361 W/m2 (Mittelwert – Watt pro Quadratmeter). Laut Wikipedia wird diese Energie wieder komplett ans Weltall abgegeben (im Widerspruch zur Gegenstrahlung). Gerechnet wird bei der Bilanz mit einem Mittelwert der Einstrahlung, wegen des Verhältnisses Erdquerschnitt zur Oberfläche mit 1:4, also 340 W. Aber: In Mitteleuropa steht die Mittagssonne im Sommer 60-65 Grad hoch und erreicht bei wolkenlosem Himmel Energiewerte zwischen 300 und 500 W/m2 im Winter, im Sommer sogar zwischen 600 und 1.000 W/m2. Der Durchschnitt für alle Wetterlagen liegt bei 225 im Winter, 483 im Sommer und gemittelt bei 363 W/m2. Auch die Solarkonstante schwankt wegen der Exzentrizität zwischen 1.325 und 1.420 W.

Von der Wärmebilanz zum Treibhauseffekt

Die Grafiken zur Wärmebilanz der Erde, um den Treibhauseffekt zu begründen, stiften eigentlich mehr Verwirrung als sie erklären. Warum? Die gesamte Theorie geht von einem gemittelten Idealzustand aus, nämlich bei einer mittleren globalen Temperatur von 15 Grad. Die Einstrahlung an Sonnenenergie, die wie schon gesagt von vielen Parametern abhängt, ist in der Bilanz mit 340 W/m2 angegeben. Der Energieabfluss ist eine reine mathematische Konstruktion: Für den Idealzustand von 15 Grad und damit 398 W/m2 fehlt bei einer Netto-Einstrahlung von 240 W/m2 ein erheblicher Betrag.

Daher sind in vielen Grafiken zusätzliche 160 W/m2 eingefügt. Doch es fehlte noch eine Ursache. Diese nannte man dann Gegenstrahlung. Die Verwirrung wird noch größer, wenn andere Grafiken andere Werte (IPCC: 342) präsentieren. Somit ist diese Bilanz und ihre Erklärung nicht nachvollziehbar.

Den überall genannten Zahlenwert für den Treibhauseffekt, der mit 33 Grad angegeben wird, erhält man aus der Tabelle des Physikers Boltzmann. Die Einstrahlung von 240 W/m2 bedeutet eine Temperatur von -18 Grad. Die Differenz zwischen -18 und +15 ergibt 33 Grad (bei 15 Grad!). Tipp: Wer nur mittlere oder idealisierte Werte betrachtet bemerkt die Wahrheit (Realität) nicht.

Diese komplexen, teils sonderbaren Aussagen zu thermischen Prozessen und dem kausalen Treibhauseffekt stellten mich nicht zufrieden. Betrachtungen der Realität brachten langsam eine schlüssige Erklärung mit einem Effekt, den ich vorläufig „Speicher-Effekt“ nenne.

Meine Erkenntnisse und der Speicher-Effekt

Ausgangspunkt meiner Überlegungen war: Dieser Planet bezieht jeden Tag Energie von der Sonne. Die Erwärmung der Atmosphäre registrieren wir als steigende Temperatur. Jeder kann feststellen, dass täglich die Temperaturen stark schwanken, besonders im Sommer. Der erste Denkansatz führte zu Temperatur-Diagrammen, die den Verlauf über das gesamte Jahr abbilden und damit auch wichtige Erkenntnisse liefern.

Monat                           Sonnenaufgang/Mittags/Abends/nächster Sonnenaufgang

Quelle: screenshot https://www.wetter.de/klima/europa/deutschland-c49.html

(In der Tabelle und dem Diagramm erkennt man den Temperaturverlauf für Deutschland unter Berücksichtigung von Jahreszeit und Tageswerten)

Erklärung der Temperaturkurven:

Mit einer schwachen Sonne im Winter (Januar) steigert in Deutschland die Energie der Sonne die Temperatur von -3 Grad bis mittags auf 2 Grad (Mittelwerte). Siehe blaue und rote Kurve. Bis zum Juli erreicht die Temperatur dank höherer Sonnenstrahlung Tageshöchstwerte von 22 Grad, die Nachtwerte liegen bei 12 Grad. Wichtig: es handelt sich um gemittelte Werte. Von Januar bis Juli ergibt sich eine Spannbreite von 25 Grad (-3 bis 22), tatsächlich liegt sie real noch höher (vergleichbar Treibhauseffekt). In der zweiten Jahreshälfte sinkt das Tagesmaximum und -minimum stufenweise auf die Werte des Januar. Der Grund ist wieder: geringere Sonnenstrahlung durch das System Erde-Sonne-Einstrahlungswinkel.

Diese Betrachtung liefert weitere Erkenntnisse:

A) Die einzige Energiequelle (Sonne) erreicht ihre höchste Intensität täglich zur Mittagszeit, danach macht sich der Wärmeabtransport bemerkbar, denn die Sonnenleistung lässt nach. Von einem Tag zum nächsten wird also das thermische Gleichgewicht erreicht, siehe gleiche Temperatur bei Sonnenaufgang.

B) Bis zum Sommer erhöht sich kontinuierlich die Temperatur bei Sonnenaufgang, von -3 bis auf 22 Grad. Hinweis: die Energie der Sonne steigert sich allmählich um bis zu 95 W/m2. So bildet sich langsam ein Wärme-Speicher (1. Jahreshälfte) in der Atmosphäre. Denn der Wärmestrom der abgeführten Energie durch Gase wie CO2 bleibt gleich! Vom Herbst an (2. Jahreshälfte), wenn die emittierte Energie der Erdoberfläche wieder nachlässt, reduziert sich dieser Speicher. Gegen Ende des Jahres können wir wieder von einem thermischen Gleichgewicht sprechen.

Der Wärmetransport der Spurengase (wie CO2) ist übers Jahr nahezu gleich, die Strahlungsenergie der Sonne dagegen schwankt laufend (Planetensystem, Wolken …). Darauf kann die Atmosphäre nicht „intelligent“ reagieren, ein anwachsender Speicher ist unweigerlich die Folge.

Fazit:

– Die Lehrbücher der Physik/Wärmelehre kennen keinen Treibhauseffekt.

– Die Wärmeenergie stammt ausschließlich von der Sonne.

– Die tägliche Temperaturkurve sowie die Variation über die Jahreszeiten sind natürlichen Ursprungs.

– Es bildet sich in der Atmosphäre ein Wärme-Speicher, der in der schwankenden Sonneneinstrahlung begründet ist. (also natürlichen Ursprungs)

– CO2 transportiert Wärme (Wärmestrahlung), „kühlt“ also die Erde.

– Wärme, die unsere Gashülle nicht durchdringen kann, zusätzliche Erwärmung durch einen Treibhauseffekt und Gegenstrahlung sind eine Fehlinterpretation und widersprechen der Wärmelehre.

Und wie erklärt sich das Verhalten der Wissenschaft? Ich kann es weder erklären noch begreifen, es macht ratlos. Es scheint so, als wäre das Verschweigen von Informationen über Begriffsumdeutungen bis hin zur Falschinformation geplant. Regierungen sowie Multis und Aktivisten nennen es Klimawandel, doch lassen die Entwicklungen seit den 70er Jahren (Club of Rome bis zum IPCC) erkennen, dass der Konsens des „gefährlichen Klimawandels“ eine gewaltige Finanzspritze für neue Wissenschaftsfelder auslöste. Gleichzeitig kommen von dort dann auch die Berater der Politik. Diejenigen, die Kritik äußern, verschwinden schnell wieder und melden sich erst als Pensionäre. So hat sich das traditionelle Bild einer Wissenschaft (objektiv, politisch neutral) hin zu (politisch) engagierten Aktivisten gewandelt.

Es folgt Teil6 Der Weg ist grün. Wer die anderen Teile nachlesen möchte:

Teil1  Vorwort 

Teil2 Die Fronten

Teil 3 Unser Klima  

Teil 4 Die Temperaturen steigen    

Teil 5-1 Das Böse mit Namen CO2 

Teil 5-2 Das Böse mit Namen CO2 (Die Expertenrunde)

Nachtrag:
https://kaltesonne.de/hurra-Deutschland-ist-Weltmeister/