Feigling
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Feigling
Ach kommt, schon nach einer Seite?
Alla denn: Der Grund warum die anteilsmäßig wenigen CO2 Moleküle durchaus einen Effekt auf das Klima haben ist einfach der, dass der Großteil der Moleküle der Atmosphäre praktisch gar nicht in der Lage ist, die Strahlung der Sonne zu absorbieren.
Der Grund liegt in der Struktur der Moleküle und des Lichtes selbst. Die Strahlung der Sonne kann man sich als Welle vorstellen, bei den für die Absorbtion relevanten Prozessen jedoch besser als Teilchen oder Energiepaket, sogenannte Photonen. Dabei tragen die Photonen eine Energie, die von der Frequenz beziehungsweise Wellenlänge des Lichts abhängt. Da blaues Licht eine größere Frequenz als rotes Licht hat, tragen "blaue" Photonen mehr Energie als "rote", diese wiederum mehr als infrarote, die wiederum mehr als Photonen im Mikrowellen- oder Radiowellenbereich. Die Sonne wiederum strahlt aufgrund ihrer Temperatur Photonen einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen ab, aber es gibt ein Maximum der Photonenanzahl etwa im Breich grünen sichtbaren Lichts. Der Ort dieses Maximums ist temperaturabhängig. Kältere Objekte haben dieses Maximum bei kleineren Wellenlängen, womöglich auch gar nicht mehr im sichtbaren Bereich.
Wenn diese Strahlung nun zur Erde kommt kann sie natürlich absorbiert werden. Dazu muss aber erstmal ein Prozess existieren, bei dem die Photonen vernichtet werden können. Hochenergetische Strahlung kann zum Beispiel Elektronen aus den Atomhüllen reißen. Dabei wird das Photon absorbiert und seine Energie geht an das befreite Elektron über. Je größer die Energie ist, desto seltsamere Prozesse können auftreten. Nur: Die meisten Photonen der Sonne haben keine sonderlich hohe Energie. Das sind einfach Photonen im Berich des sichtbaren Lichts. Was passiert ist, dass sie an den Luftmolekülen gestreut werden. Das passiert mir umso größerer Wahrscheinlichkeit, je größer ihre Energie ist. Also im sichtbaren Bereich eher bei blauem Licht. Und das ist übrigens auch der Grund, warum der Himmel blau ist. Die Folgen dieser Prozesse sind also mehr oder weniger direkt sichtbar. Sichtbar ist aber auch die Sonne an wolkenlosen Tagen. Und zwar deutlich stärker als der blaue Himmel um sie herum. Das weist schon darauf hin, dass es diese Streuprozesse zwar gibt, sie aber schwach sind und die Photonen der Sonne, sofern sie nicht riesige Energien bzw. Frequenzen mitbringen, die Erde mehr oder weniger ungestört erreichen. Die Atmosphäre ist also weitgehend transparent für diese Teilchen.
Anders verhält sich das für die Erdoberfläche. Das ist auch intuitiv klar. Licht kann die Erde nicht passieren, wird also absorbiert und die absorbierte Energie der Photonen heizt die Erde auf. Dies strahlt dann wie die Sonne wieder Photonen eines ihrer Temperatur zugehörigen Spektrums ab. Nur ist die Erde natürlich viel kälter als die Sonne und so ist das Maximum dieser Emission nicht etwa bei grünem Licht wie es bei der Sonne ist, sondern bei größerne Wellenlängen im infraroten Bereich. Das ist scheint erstmal nicht sonderlich schlimm, denn prinzipiell können diese Photonen ja wieder auf die gleiche Weise die Luft durchqueren wie ihre energetisch höherwertigen Vorgänger. Für die meisten Luftmoleküle ist das auch weiter der Fall, sie bleiben für die Photonen unsichtbar und halten sie nicht auf. Bestimmte Moleküle zeigen aber bei Photonen im Infrarotbereich plötzlich enorme Absorbtionsfähigkeiten.
Der Grund sind Molekülschwingungen. Das CO2-Molekül besteht aus dem Kohlenstoffatom und 2 Sauerstoffatomen. Die Sauerstoffatome können nun zum Beispiel Biegeschwingungen um das Kohlenstoffatom im Zentrum vollführen. Die Energie der Photonen wird absorbiert und in diese Schwingungen umgewandelt. Klassisch würde man erwarten, dass das gleiche doch schon auf dem Hinweg hätte passieren müssen. Wenn ich ein klassische Federpendel der ein anderes schwingendes System anrege, kann ich das mit scheinbar jeder Energie machen. Bei kleineren Energien schlägt das Pendel eben nicht so hoch aus, wie bei hohen, aber im Prinzip kann ich immer Schwingungen anregen. Quantenmechanisch ist das anders. Wie der Name schon suggeriert, ist die Enerie dort gequantelt, kann also nur ganz bestimmte Werte annehmen. Trifft man diese Werte nicht, so kann man auch keine Schwingung anregen. Moleküle sind quantenmechnische Systeme. Die Anregungsenergien für Molekülschwingungen liegen meist im Infrarotbereich. Die von der Sonne einfallenden Photonen haben viel mehr Energie als die von der Erde zurück gestrahlten. Aber eben die falsche Energie, um schon auf dem Hinweg diese Schwingungen auszulösen. Das passiert dann aber bei den kleinen Energien auf dem Rückweg und Teile der Energie der Photonen bleiben in der Atmosphäre gefangen.
Wenn man den Prozess genau betrachtet, sind also nur die Moleküle wichtig, die auch zu Schwingungen angeregt werden können. CO2 zum Beispiel oder auch Wassermoleküle in der Atmosphäre. Daher sollte es nicht verwundern, dass diese zwar anteilsmäßig gering vorhandenen, aber in ihren Eigenschaften speziellen Moleküle eine wichtige Rolle spielen. Stell Dir stattdessen mal vor, auch die anderen Moleküle in der Luft würden sich so verhalten. Dann wäre es hier ungleich wärmer. Die Venus hat eine Atmosphäre mit sehr hohem CO2-Anteil. Dort ist genau das zu beobachten. Der Planet ist weiter von der Sonne entfernt als der Merkur, dennoch heizt sich die Atmosphäre aufgrund dieser Effekte auf und man erreicht Temperaturen, die über den Merkurwerten liegen.
Das nur dazu. Wie sich eine CO2-Konzentration letztlich in Temperaturanstieg umrechnen lässt ist hingegen überhaupt nicht trivial. Immerhin hat es auch in der Erdgeschichte höhere CO2-KOnzentrationen gegeben aus denen kein eindeutiger Zusammenhang hervorgeht. Das ist allerdings auch nicht sonderlich verwunderlich, ist das Klima doch von unheimlich vielen Faktoren abhängig, was die ganze Debatte hier ja auch so schwer macht. Nur dass die Zusammensetzung der Atmosphäre Einfluss auf den Strahlungshaushalt hat, sollte klar sein. Und eben auch dass wir durchaus in der Lage sind, diese Zusammensetzung zu verändern. Und das KANN durchaus Temperaturänderungen hervorrufen, ohne dass gleich die Weltverschwörung oder Al Gores Gier dahinter steckt. Wie genau sich das verhält ist eben nicht klar und auch abhängig von der Art der Simulation. Und sicher teilweise der Interessen, die hinter einer Studie stehen. Aber völlig aus der Luft gegriffen ist das nun nicht.
Der Grund liegt in der Struktur der Moleküle und des Lichtes selbst. Die Strahlung der Sonne kann man sich als Welle vorstellen, bei den für die Absorbtion relevanten Prozessen jedoch besser als Teilchen oder Energiepaket, sogenannte Photonen. Dabei tragen die Photonen eine Energie, die von der Frequenz beziehungsweise Wellenlänge des Lichts abhängt. Da blaues Licht eine größere Frequenz als rotes Licht hat, tragen "blaue" Photonen mehr Energie als "rote", diese wiederum mehr als infrarote, die wiederum mehr als Photonen im Mikrowellen- oder Radiowellenbereich. Die Sonne wiederum strahlt aufgrund ihrer Temperatur Photonen einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen ab, aber es gibt ein Maximum der Photonenanzahl etwa im Breich grünen sichtbaren Lichts. Der Ort dieses Maximums ist temperaturabhängig. Kältere Objekte haben dieses Maximum bei kleineren Wellenlängen, womöglich auch gar nicht mehr im sichtbaren Bereich.
Wenn diese Strahlung nun zur Erde kommt kann sie natürlich absorbiert werden. Dazu muss aber erstmal ein Prozess existieren, bei dem die Photonen vernichtet werden können. Hochenergetische Strahlung kann zum Beispiel Elektronen aus den Atomhüllen reißen. Dabei wird das Photon absorbiert und seine Energie geht an das befreite Elektron über. Je größer die Energie ist, desto seltsamere Prozesse können auftreten. Nur: Die meisten Photonen der Sonne haben keine sonderlich hohe Energie. Das sind einfach Photonen im Berich des sichtbaren Lichts. Was passiert ist, dass sie an den Luftmolekülen gestreut werden. Das passiert mir umso größerer Wahrscheinlichkeit, je größer ihre Energie ist. Also im sichtbaren Bereich eher bei blauem Licht. Und das ist übrigens auch der Grund, warum der Himmel blau ist. Die Folgen dieser Prozesse sind also mehr oder weniger direkt sichtbar. Sichtbar ist aber auch die Sonne an wolkenlosen Tagen. Und zwar deutlich stärker als der blaue Himmel um sie herum. Das weist schon darauf hin, dass es diese Streuprozesse zwar gibt, sie aber schwach sind und die Photonen der Sonne, sofern sie nicht riesige Energien bzw. Frequenzen mitbringen, die Erde mehr oder weniger ungestört erreichen. Die Atmosphäre ist also weitgehend transparent für diese Teilchen.
Anders verhält sich das für die Erdoberfläche. Das ist auch intuitiv klar. Licht kann die Erde nicht passieren, wird also absorbiert und die absorbierte Energie der Photonen heizt die Erde auf. Dies strahlt dann wie die Sonne wieder Photonen eines ihrer Temperatur zugehörigen Spektrums ab. Nur ist die Erde natürlich viel kälter als die Sonne und so ist das Maximum dieser Emission nicht etwa bei grünem Licht wie es bei der Sonne ist, sondern bei größerne Wellenlängen im infraroten Bereich. Das ist scheint erstmal nicht sonderlich schlimm, denn prinzipiell können diese Photonen ja wieder auf die gleiche Weise die Luft durchqueren wie ihre energetisch höherwertigen Vorgänger. Für die meisten Luftmoleküle ist das auch weiter der Fall, sie bleiben für die Photonen unsichtbar und halten sie nicht auf. Bestimmte Moleküle zeigen aber bei Photonen im Infrarotbereich plötzlich enorme Absorbtionsfähigkeiten.
Der Grund sind Molekülschwingungen. Das CO2-Molekül besteht aus dem Kohlenstoffatom und 2 Sauerstoffatomen. Die Sauerstoffatome können nun zum Beispiel Biegeschwingungen um das Kohlenstoffatom im Zentrum vollführen. Die Energie der Photonen wird absorbiert und in diese Schwingungen umgewandelt. Klassisch würde man erwarten, dass das gleiche doch schon auf dem Hinweg hätte passieren müssen. Wenn ich ein klassische Federpendel der ein anderes schwingendes System anrege, kann ich das mit scheinbar jeder Energie machen. Bei kleineren Energien schlägt das Pendel eben nicht so hoch aus, wie bei hohen, aber im Prinzip kann ich immer Schwingungen anregen. Quantenmechanisch ist das anders. Wie der Name schon suggeriert, ist die Enerie dort gequantelt, kann also nur ganz bestimmte Werte annehmen. Trifft man diese Werte nicht, so kann man auch keine Schwingung anregen. Moleküle sind quantenmechnische Systeme. Die Anregungsenergien für Molekülschwingungen liegen meist im Infrarotbereich. Die von der Sonne einfallenden Photonen haben viel mehr Energie als die von der Erde zurück gestrahlten. Aber eben die falsche Energie, um schon auf dem Hinweg diese Schwingungen auszulösen. Das passiert dann aber bei den kleinen Energien auf dem Rückweg und Teile der Energie der Photonen bleiben in der Atmosphäre gefangen.
Wenn man den Prozess genau betrachtet, sind also nur die Moleküle wichtig, die auch zu Schwingungen angeregt werden können. CO2 zum Beispiel oder auch Wassermoleküle in der Atmosphäre. Daher sollte es nicht verwundern, dass diese zwar anteilsmäßig gering vorhandenen, aber in ihren Eigenschaften speziellen Moleküle eine wichtige Rolle spielen. Stell Dir stattdessen mal vor, auch die anderen Moleküle in der Luft würden sich so verhalten. Dann wäre es hier ungleich wärmer. Die Venus hat eine Atmosphäre mit sehr hohem CO2-Anteil. Dort ist genau das zu beobachten. Der Planet ist weiter von der Sonne entfernt als der Merkur, dennoch heizt sich die Atmosphäre aufgrund dieser Effekte auf und man erreicht Temperaturen, die über den Merkurwerten liegen.
Das nur dazu. Wie sich eine CO2-Konzentration letztlich in Temperaturanstieg umrechnen lässt ist hingegen überhaupt nicht trivial. Immerhin hat es auch in der Erdgeschichte höhere CO2-KOnzentrationen gegeben aus denen kein eindeutiger Zusammenhang hervorgeht. Das ist allerdings auch nicht sonderlich verwunderlich, ist das Klima doch von unheimlich vielen Faktoren abhängig, was die ganze Debatte hier ja auch so schwer macht. Nur dass die Zusammensetzung der Atmosphäre Einfluss auf den Strahlungshaushalt hat, sollte klar sein. Und eben auch dass wir durchaus in der Lage sind, diese Zusammensetzung zu verändern. Und das KANN durchaus Temperaturänderungen hervorrufen, ohne dass gleich die Weltverschwörung oder Al Gores Gier dahinter steckt. Wie genau sich das verhält ist eben nicht klar und auch abhängig von der Art der Simulation. Und sicher teilweise der Interessen, die hinter einer Studie stehen. Aber völlig aus der Luft gegriffen ist das nun nicht.
Eintracht-Er schrieb:
Ich hatte Physik Leistung, nur Meteorolgie oder verwandte Themen waren nicht dran in 1983. Seit dieser Zeit hatte ich nichts mehr mit Physik zu tun. Aber solche Beiträge sind sehr lobenswert , ohne gleich den Andersdenkenden als Depp hinzustellen, wie das hier sehr gerne getan wird.
Gut, ich schreibe nachher etwas, muss jetzt aber erstmal los.