Sonntag, 25. Januar 2015

Die Gegenstrahlung schlägt zurück. Teil 3

Es ist immer noch bedeckt, aber ich habe meine Versuchsreihe mit den "Himmels-Messungen"erweitert, also das Messen der von der Atmosphäre zurückstrahlenden Infraroten Strahlung mithilfe einer IR-Thermometerpistole. Ähnliche Exemplare sind schon ab ca. 20€ erhältlich. Sie sind nicht schlecht, denn die Thermosäule - das Messteil - wird in guter Qualität in Massenfertigung hergestellt.

Versuch Nr. 1: Rein ins Auto und ca. 100 Höhenmeter überwinden, ab und zu durchs Schiebedach senkrecht nach oben messen. Das war ein bisschen knifflig, denn die warme Pistole kühlt beim Heraushalten aus dem Dach im Fahrtwind ab. Es dauerte etwas, bis ich immer gleiche Messwerte hatte und dann ging es von einer Bergkuppe hinunter ins Tal.

Ergebnis: Ein gemessener Unterschied von ca. 2°C. Das Auto-Thermometer zeigte nur ein Grad Unterschied an. Oben ist es kälter als im Tal. Das könnte auf  Folgendes hinweisen:

Die Luft und deren Bestandteile sind im geschützten Tal wärmer, also messe ich keine Strahlung, die hauptsächlich von weit oben kommt, sondern von weiter unten, so dass 100 Meter schon einen richtigen Unterschied machen.

Versuch Nr. 2: Zuerst messe ich wieder senkrecht nach oben. Dann schwenke ich die Pistole zur Seite bis auf ca. 30° über den Boden, aber so, dass der Messbereich nicht den Horizont berührt.

Ergebnis: Der Unterschied ist 1 bis 1,5°C wärmer, wenn ich die Atmosphäre seitlich messe.

Denn nun messe ich wieder die tieferen, wärmeren Luftschichten. Das bedeutet , das ich nicht nur die Wolken (Tröpfchen) messe, sondern wirklich auch einen Anteil der Atmosphäre.

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Nun noch einige Erklärungen, wie man sich die Atmosphäre und die darin vorkommenden Luftbestandteile vorzustellen hat.

Die Treibhausgase der Erdatmosphäre Wasserdampf, Methan und CO2 machen zusammen nur ein paar Promille der Erdatmosphäre aus, wobei Wasserdampf den größten Anteil hat. Die Erdoberfläche wird tagsüber von den Sonnenstrahlen aufgewärmt und gibt die Wärme als IR-Stahlung nach außen ins All ab. ein Teil der Strahlen wird von den Klimagasen absorbiert, d.h. sie nehmen die Wärme energie der Strahlung auf und werden wärmer. Die Wärme geben sie auch an die anderen Luftbestandteile ab, so dass die Luft dadurch gleichmäßig warm wird.

Die wärmeren Klimagase strahlen nun die erhöhte Wärmemenge gleichmäßig nach allen Seiten ab. Ein Teil fällt zurück auf die Erde, ein Teil nach oben ins All oder auf andere Treibhausgas-Moleküle, die dann ebenso reagieren.

Wie wir bei unseren Messungen gesehen haben, strahlt die Wärme der Erdoberfläche stärker ab als die Atmosphäre zurück. Es fließen zwei Strahlungs-Ströme. Die Differenz davon ist der Netto-Energiefluss, und der geht nach außen ins All. Die Treibhausgase sind also eine Art Wärmeenergie-Abflussbremse. Sie verhindern, dass die Erde zu schnell abkühlt.

Messtechnisch betrachtet, kann man folgendes messen:

  • Die Wärme, die die Erde abstrahlt, indem man den Thermometer auf den Boden richtet.
  • Die Rückstrahlung, indem man den Thermometer nach oben hält. Das tun auch professionelle Pyrgeometer, die im Endeffekt sehr große und sehr genaue IR-Thermometer sind.
  • Satelliten messen die Energie, die am oberen Ende der Atmosphäre ins Weltall strahlt.
  • Die Satelliten messen auch die von der Sonne kommende Solare Einstrahlung (Total Solar Irradiance- TSI), bevor sie in die Atmosphäre eintritt.
  • Und dann kann man auf der Erdoberfläche noch die am Boden auftreffende Sonnen-Strahlung mit einer Photo-Zelle messen, also eine Art kleiner Solarzelle.
Das alle zusammen ergibt ein schlüssiges Bild, wie die Energieflüsse in unser Klimasystem hinein- und herausgehen.

Die Atmosphäre betrachtet man also als eine Art dicke Scheibe und man misst, was unten und oben raus- und reingeht. Innen drinnen geht es recht wild zu. Nicht nur die hin- und herflackernde IR-Strahlung mischt da mit, auch die Luft selbst ist dauernd in Bewegung und transportiert die Wärme an unterschiedliche Orte.

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