Der Treibhauseffekt

Wie im Thema des Tages vom 21.08.2014 ("Sonne und Erde im Strahlungsgleichgewicht") erläutert wurde, liegt die Strahlungsgleichgewichtstemperatur der Erde bei -18 °C. Gäbe es auf unserem Planeten keinen Treibhauseffekt, dann wäre genau diese auch die frostige mittlere Temperatur an der Erdoberfläche.

Durch die Zusammensetzung der Luft ergibt sich jedoch eine Erhöhung der genannten Temperatur auf einen deutlich höheren Wert. Somit ermöglicht erst der Treibhauseffekt das menschliche Leben auf der Erde.

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Treibhauseffekt

Das Absorptionsvermögen von Strahlung in unserer Atmosphäre ist
wellenlängenabhängig. Das heißt, die von der Erdoberfläche
abgestrahlte langwellige Strahlung wird von der Atmosphäre stärker
absorbiert als die kurzwellige Einstrahlung der Sonne. In
idealisierter Vorstellung nimmt die Lufthülle die gesamte von der
Planetenoberfläche abgestrahlte Energie auf. Um das energetische
Gleichgewicht zu erhalten strahlt die Atmosphäre im Gegenzug dieselbe
Energiemenge wieder ab. Doch der springende Punkt dabei ist, dass die
Abstrahlung dabei nicht nur in eine Richtung, sondern gleichmäßig in
alle Richtungen erfolgt. Somit wird die eine Hälfte der Energie in
den Kosmos, die andere wieder zur Planetenoberfläche abgegeben.

Grob gesagt geht dadurch die von der Erdoberfläche abgegebene
Strahlungsenergie nur zur Hälfte an das Weltall verloren, während die
andere Hälfte sozusagen von der Atmosphäre wieder zurückgegeben wird
und der Erwärmung bodennaher Luftschichten dient. Als Folge daraus
und bei genauer Berechnung (ohne Idealisierungsannahmen) zeigt sich
eine Erhöhung der Strahlungsgleichgewichtstemperatur von -18 °C um
+33 °C, sodass eine mittlere Erdoberflächentemperatur von +15 °C
erreicht wird.

Nun geht es zur Zusammensetzung unserer Luft. Diese setzt sich mit 78
% aus Stickstoff, 21 % aus Sauerstoff und mit 0,9 % aus Argon
zusammen. Der scheinbar unwesentlich kleine Restanteil besteht aus
verschiedenen, sogenannten Spurengasen. Diese haben aber aufgrund
ihrer teilweise starken Wirkung als Treibhausgas einen großen
Einfluss auf unser Klimasystem.

Die durch den Treibhauseffekt bedingte Erhöhung der
Oberflächentemperatur auf der Erde von gesamt +33 Grad kann insofern
aufgeschlüsselt werden, als dass man den einzelnen Gasen mit einer
Abschätzung ihre spezifische Verantwortlichkeit zur Erwärmung
zuweisen kann (Quelle: Bergmann - Schäfer: Lehrbuch der
Experimentalphysik - Band 7; Reuter et.al., 2001):

Wasserdampf: +20 °C
Kohlendioxid: +10 °C
Ozon, Lachgas, Methan und Andere: +3 °C

Relativ einfach zeigt durch die obigen Erläuterungen, dass die
mittlere Bodenoberflächentemperatur anhand des Treibhauseffektes in
starker Abhängigkeit zur Zusammensetzung der atmosphärischen Luft
steht.

Mag.rer.nat. Michael Tiefgraber
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 06.09.2014

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