Wie funktioniert CO2 als Treibhausgas

Das gängige wissenschaftliche Klimamodell geht KEINESWEGS von einer CO2-Reflexionsschicht in 6 Kilometer Höhe aus, sondern von einer gleichmäßig mit CO2 durchmischten Atmosphäre.

CO2 hat zwar ein höheres Molgewicht als Luft, dennoch vermischt es sich aufgrund der ständigen Luftbewegung sehr gründlich mit der Luft. (Eine Plausibilitätsbetrachtung bestätigt dies leicht: Wenn sich CO2 nicht mit der Luft mischen würde, so müsste es als schwereres Gas in allen Tälern und Tiefebenen lagern und würde dort das menschliche und tierische Leben ersticken.).

Auch in fein verteilter Form kann CO2 seine Wirkung entfalten, ähnlich wie feiner Staub, der die Luft trübe macht, allerdings mit dem Unterschied, dass CO2 anders als Staub für sichtbares Licht durchsichtig ist und deswegen mit dem Auge nicht wahrgenommen wird.

Zweite Behauptung

Richtigstellung:

Vorab: Es gab schon vor den menschlichen industriellen Aktivitäten CO2 in der Atmosphäre und dementsprechend einen natürlichen Treibhauseffekt. Auch andere Stoffe, wie Wasserdampf, troposphärisches Ozon, Lachgas und Methan sind daran beteiligt. Ohne solchen natürlichen Treibhauseffekt wäre die Erdoberfläche ungemütlich kalt, im Durchschnitt so etwa - 18° C. Durch die industrielle Emissionen von CO2 nahm der CO2-Gehalt weiter zu und die Temperaturen gleichfalls. (Auch andere - durch menschliche Aktivitäten emittierte Stoffe z.B. Methan als Teil des Erdgases, beeinflussen die Temperaturen). Das ist dann der zusätzliche - unerwünschte - antropogene Treibhauseffekt.

Aber nun im Detail zu der Behauptung, die CO2 Absorptionslinien könnten keine Wärmestrahlung der Erde zurückhalten:
Wärmestrahlung gehört, ebenso wie Lichtstrahlung, zu den elektromagnetischen Wellen. Im Bereich der sichtbaren Lichtstrahlung sind die Farben des Regenbogens bekannt, die vom kurzwelligen Violett über Blau, Grün, Gelb bis zum langwelligen Rot gehen. Strahlung mit noch größerer Wellenlänge wird als „Infrarot“ bezeichnet. Hier geht das sichtbare Licht in den Bereich der Wärmestrahlung über. Bei noch langwelligerer Strahlung kommt man schließlich in den Bereich des langwelligen Infrarots. Charakterisiert wird jede dieser Strahlungen durch ihre WELLENLÄNGE.

• Gase haben die Eigenschaft, dass sie elektromagnetische Wellen ganz bestimmter Wellenlängen verschlucken „absorbieren“. Jedes Gas absorbiert andere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche, die charakteristisch für dieses Gas sind. Wenn man die Licht- oder Wärmestrahlung bezeichnen will, die absorbiert wird, nennt man die betroffene Wellenlänge bzw. den Weitenlängenbereich. Diese sind unabhängig von der Temperatur des Gases. CO2 absorbiert Wärmestrahlung in drei Wellenlängenbereichen. Die vom Leserbriefschreiber verwendete Formulierung, die Absorptionslinien des CO2 entsprächen den Temperaturen +759°C, +369°C und -80° C ist unüblich und nur zu verstehen, wenn man sie auf das Strahlungsmaximum dreier schwarzer Körper mit jeweils diesen Temperaturen bezieht. Im Zusammenhang mit dem Problem, welches wir hier untersuchen, ist sie nicht hilfreich und verleitet den physikalischen Laien zu falschen Schlüssen.

• Bei der absorbierten Strahlung handelt es sich zwar um Wärmestrahlung, aber diese hat keine Temperatur. Auch die Temperatur des CO2 oder die Temperatur der Erdoberfläche ändert nichts daran, welche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche vom CO2 absorbiert werden.

• Nur Atome haben engbegrenzte Absorptionslinien. Sie absorbieren nur Strahlung einer einzigen oder auch mehrerer eng eingegrenzter Wellenlängen. CO2 liegt jedoch in molekularer Form vor und hat deshalb keine Absorptionslinien, sondern etwas breitere „Absorptionsbanden“. Die infrage kommende, dritte Absorptionsbande des CO2 ist relativ breit. Sie reicht von 13 bis 17 Mikrometer.

• Die Erde nimmt Energie von der Sonne hauptsächlich im Bereich des sichtbaren Lichts auf und gibt Energie in Form von langwelligerer Wärmestrahlung an den Weltraum zurück. Dabei verhält sie sich anders als ein Gas. Sie strahlt nicht Wärmestrahlung einer einzigen oder weniger Wellenlängen ab, sondern ein ganzes Kontinuum von Wärmestrahlen ALLER Wellenlängen. Trägt man die Leistung der Abstrahlung abhängig von der jeweils dazugehörigen Wellenlänge auf, so ergibt siche eine sehr breite "Glockenkurve" mit einem Strahlungsmaximum bei 10 Mikrometern.

• Die untere Absorptionsbande des CO2 kann; wie gesagt, Wärmestrahlung der Wellenlängen von 13 bis 17 Mikrometer absorbieren. Diese Absorptionsbande des CO2 liegt innerhalb des Wellenlängenbereichs, in dem die Erde Wärme abstrahlt, nicht einmal weit vom Maximum der breiten Glockenkurve entfernt.

• CO2 kann somit einen Teil der Wärmestrahlung der Erde absorbieren, bzw. vermindern. Wenn durch das in der Atmosphäre feinverteilte CO2 aus dem breitbandigen Abstrahlungsspektrum der Erde nun ein Teil zurückgehalten wird, so wird natürlich insgesamt weniger Energie abgestrahlt und es bleibt in der Nähe der Erdoberfläche deshalb wärmer.

Dritte Behauptung

Richtigstellung:

Die Beobachtung, dass es in klaren Nächten immer noch kühl wird, zeigt, dass (glücklicherweise!) immer noch Energie abgestrahlt wird - aber ohne den antropogenen Treibhauseffekt würde es halt noch ein klein wenig kühler werden. Der Rückgang der Gletscher weltweit demonstriert leider, dass es insgesamt wärmer wird.