Weiße Strahlung

Für die Strahlungsversuche wurde das Thermoelement zur Messung der Gasprobe in einen Hohlraum der Gerätewandung eingebaut, damit es nicht direkt bestrahlt wird. Als Wärmequelle wurde hier ein 150 Watt Halogenstrahler benutzt, der sich 75 cm über dem Festkörper befand. Als Probe wurde Luft und ein 30%iges CO2/Luft-Gemisch verwendet. Gemessen wurde eine 1-stündige Bestrahlung und 2-stündige Abkühlung. Danach wurde über 3 Stunden die Restabkühlung gemessen, die hier aber nicht dargestellt ist, weil die Kurven praktisch deckungsgleich waren.
Es gibt einen eindeutigen Temperaturscheitelpunkt, an dem die Temperatur bei weiterer Bestrahlung gleich bleibt. (Die Strahlungsleistungen sind ausgeglichen.) Bei den Strahlungsversuchen wurde mit einem Meßintervall von 10 Sekunden gearbeitet, gegenüber 3 Minuten bei den anderen Versuchen.
Nach dem Scheitelpunkt kühlt der Festkörper bei der Luftprobe zunächst schneller ab, nach 2 Stunden sind die Temperaturen aber gleich. Ähnlich ist es bei der Gasprobe. Das hängt offensichtlich mit vorübergehender Schichtenbildung in der Gasprobe zusammen, die bei Erwärmung von oben nicht so schnell durchbrochen wird, wie bei dem Wärmestrom von unten.

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Ein Experiment liefert nur das Ergebnis aus der Summe der beteiligten Wirkungen. Wenn man mehr wissen will, muß man die Eigenschaften der Stoffe untersuchen. Ein auffälliger Unterschied zwischen Luft und CO2 sind die Dichten und spezifischen Wärmekapazitäten. Eigenschaften, die sich auch bei Strahlung nicht ändern! Sie sind das Bindeglied zwischen Wärmemenge und Temperatur. Bei den hier betrachteten Vorgängen geht es - wie überall in der Natur - um Energieausgleich, der von der Temperatur angetrieben wird. Temperatur hat die gleiche Wirkung, wie elektrische Spannung und der Höhenunterschied zwischen Gewässern. Ohne diese Differenz kommt es nicht zu Strom- und Wasserflüssen.
Bei Strahlung ist es allerdings anders: Jeder Körper strahlt einen Wärmestrom ab in Höhe der 4. Potenz seiner Temperatur - wobei zusätzlich der Strahlungskoeffizient und die Stefan-Boltzmannsche Strahlungskonstante zu beachten sind. Absorbiert er gleichzeitig einen Wärmestrom von einem anderen Strahler, so ist die Differenz der Wärmeströme entscheidend für die Zu- oder Abnahme der Temperatur. Außerdem hat Strahlung - als elektromagnetische Welle - eine Wellenlänge eine feste Geschwindigkeit und eine Richtung. Physikalische Wirkungen kommen nur durch Wechselwirkung mit Materie zustande. Das ist der Grund dafür, daß der Weltraum, der voller Lichtstrahlung ist, nicht hell erscheint. Wir sehen zwar den Polarstern von jedem Ort der nördlichen Hemisphäre, aber nur, wenn sein Strahl direkt auf unsere Netzhaut fällt. Mit anderen Worten: Erdstrahlung, die an den CO2-Molekülen vorbeigeht, kann von diesen auch nicht absorbiert werden. Wegen der Abschwächung (Extinktion) elektromagnetischer Wellen in optischen Medien, hat die infrarote Welle, die von vielen Stoffen absorbiert wird, eine viel geringere Reichweite, als z.B. grünes Licht.

Bei einer Temperatur von 285 Kelvin, (12° C) hat ein cbm Luft einen Wärmeinhalt von ca. 370 Kilojoule (kJ). Berechnet man mit dieser Wärmemenge die Temperatur von Luft/CO2-Gemischen, so erhält man bei 30% CO2 ca. 268 K. Das sind 17°C weniger als bei Luft und folglich ca. -5° C. Das zeigt sich aber in keinem Experiment. Temperaturdifferenzen setzen sofort alle Mechanismen des Energieausgleichs ingang. Bei Wärme sind das gleich 3: Leitung, Konvektion und Strahlung.
Geht man andersherum vor und untersucht die Wärmemengen bei gleicher Temperatur, so erhält man bei 30%-igem CO2-Gemisch 394 kJ / cbm statt 370 bei Luft. Wenn der CO2-Anteil die gleiche Temperatur hat wie Luft, wird der Erde mehr Wärme entzogen, sie kühlt stärker ab! (Klingt vieleicht paradox, ist aber leicht zu erklären: Das Produkt Wärmekapazität mal Masse nimmt zu, obwohl die Wärmekapazität sich verringert .)
Das wird nun infrage gestellt durch die Tatsache, daß CO2 die Eigenschaft hat, Infrarotstrahlung zu absorbieren und die Hälfte davon zur Erde zurückzustrahlen. (Mehr als die Hälfte geht nicht, weil Moleküle natürlich in alle Richtungen strahlen.)
Tabelle 2 vermittelt einen Eindruck davon, was schlimmstenfalls passieren kann: Bei Verdreifachung der heutigen CO2- Konzentration verlängert sich die Abkühlzeit um 0,04%, bei dreißigfacher CO2-Konzentration um 0,41%. (Hier vergleichsweise: 0,24 bzw 2,44 Minuten bei 10 Stunden Grundabkühlung.)
Hier wird also nicht bestritten, daß manche Spurengase, die Stahlung von der Erde absorbieren und teilweise zurückstrahlen können, theoretisch die Energiebilanz der Erde verändern. Aber die Größenordnung, mit der wir zu rechnen haben - Verdreifachung - ist einfach zu klein, um großen Schaden anzurichten.