Werkstatt für Wetterkunde Oppenheim

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Zur mathematischen Berechnung
der „Strahlungsgleichgewichtstemperatur" der Erde
Wolfgang Thüne

Der Glaube an die Erde als „Treibhaus" wie den „natürlichen Treibhauseffekt" ist weltweit politische Doktrin und damit Handlungsbasis für das Vorhaben „Schutz des Weltklimas". Diesem Glaube dient als Grundlage die Vorstellung, dass der Mensch durch die zunehmende Emission von „Treibhausgasen" die Erde aufheize, damit die „Erderwärmung" antreibe und schließlich die globale „Klimakatastrophe" verursachend auslösen könne. Mit dem im Jahre 1997 verabschiedeten und am 16. Februar 2005 völkerrechtlich wirksamen Kyoto-Protokoll hofft die internationale Politik, den „Klimawandel" stoppen und so die „Klimakatastrophe" noch verhindern zu können.

Das Ergebnis „natürlicher Treibhauseffekt" ist das Produkt zweier Kalkulationen, der Bildung einer „Globaltemperatur" und der Berechnung einer „Strahlungsgleichgewichtstemperatur" der Erde. Die Differenz zwischen beiden Werten, der „Globaltemperatur" von +15° C und der „Strahlungsgleichgewichtstemperatur" von —18° C, wurde zum „natürlichen Treibhauseffekt" deklariert. Er betrage „+33° Celsius" und sei absolut lebensnotwendig. Um die Richtigkeit der Aussage zu unterstreichen und für jedermann glaubhaft oder plausibel zu machen, wird auf die „Eisstarre“ verwiesen, die ohne die positive Wirkung des „Treibhauseffektes" eintreten würde. Auch das im Jahre 1988 von den Vereinten Nationen ins Leben gerufene internationale Klimaschiedsgericht IPCC kam zu dem Schluss: „der natürliche Treibhauseffekt ist wirklich" (,the greenhouse effect is real')! Doch es werden eine Lufttemperatur, gemessen in Englischen Hütten 2 m über Grund, und eine Körpertemperatur verglichen, was unstatthaft ist. Man halte sich nur an einem sonnigen Tag am Strand auf und laufe barfuss!

In ihrem Buch „Wir Klimamacher" schreiben der international führende „Klimaexperte" Hartmut Graßl und Reiner Klingholz: „Es waren die natürlichen Treibhausgase, die das Klima warm und weitgehend konstant hielten. Sie lassen das wärmende Sonnenlicht bis zur Erde durch, verhindern aber, dass die Wärmestrahlung des Planeten vollständig in den Weltraum entweichen kann. Dieser Treibhauseffekt hält die Erde am Leben. Ohne ihn läge die Durchschnittstemperatur an der Erdoberfläche statt bei plus 15 bei minus 15 Grad. Eis würde große Teile des Globus bedecken."1

Da bei der Definition der Größe des „natürlichen Treibhauseffektes" der untere Randwert, die „Strahlungsgleichgewichtstemperatur" von —18° C eine alles entscheidende Schlüsselrolle spielt, soll deren Zustandekommen folgend näher untersucht und kommentiert werden.

¹ Graßl, H./Klingholz, R.: Wir Klimamacher, Auswege aus dem globalen Treibhaus, Frankfurt am Main 1990, S. 29

Die Berechnung ist mathematisch leicht nachvollziehbar und wohl deswegen das Resultat so überzeugend. Wie dabei im Einzelnen vorgegangen wird, ist in dem Ersten Zwischenbericht der Enquete-Kommission Vorsorge zum Schutz der Erdatmosphäre vom 2. 11. 1988 akribisch genau zu entnehmen.² Nun das Procedere mitsamt den jeweils getroffenen Annahmen:

1. Die Sonne sei ein „schwarzer" Körper" mit einer Temperatur von 5700 Kelvin. Das Maximum der Wärmeabstrahlung liegt bei 0,5 μm.

2. Die Erde befinde sich in einem mittleren Abstand von 150 Millionen km zur Sonne. Sie empfange am Außenrand der Atmosphäre eine Strahlung der Flussdichte von 1368 Watt pro m². Dies sei die „Solarkonstante".

3. Man nimmt an, „dass die fiktive Erdoberfläche, die von der Sonne senkrecht bestrahlt wird, dem Querschnitt der Erde entspricht und damit einem Viertel der Erdoberfläche".

4. Annahme ist ferner, dass am „Außenrand" oder Oberrand der Atmosphäre 30 Prozent der Sonnenstrahlung reflektiert werden. Die solare Strahlungsflussdichte, die der Erwärmung der Erde dient, errechnet man mit der Formel (1-A) x SK/4, wobei A für Albedo (A=0,3) und SK für Solarkonstante steht.

5. Nun wird postuliert, dass die Strahlungsflussdichte der Sonne mit der IR-Strahlung der

Erde im Gleichgewicht stehe. Die IR-Strahlung der Erde sei gemäß dem Stefan‑

Boltzmann -Gesetz proportional zur 4. Potenz ihrer Temperatur, betrage also σ x T_e⁴

(T_e ist die Temperatur der Erdoberfläche in Kelvin; σ = 5,6696 x 10^-8 Wm^-2 K^-4).

6. Auch die Erde solle einen schwarzen Strahler darstellen.

7. Damit berechne sich das Strahlungsgleichgewicht: (1 – A) SK/4 = σ x T_e⁴

Mit diesen Annahmen kommt man zu einer globalen Durchschnittstemperatur von 255

K = -18° C. Daran schließt sich die Feststellung: „Diese Temperatur entspricht der

globalen Durchschnittstemperatur in ungefähr 6 km Höhe. Die Hälfte der

Atmosphärenmasse befindet sich unterhalb dieser Höhe."

8. Weiter heißt es: „Nahe der Erdoberfläche beträgt die globale Durchschnittstemperatur etwa +15° C. Diese Differenz von etwa 33° C wird durch den Treibhauseffekt der klimarelevanten Spurengase, des Wasserdampfes und der Wolken bedingt. Die Wärme absorbierenden Spurengase spielen hier also in grober Nährung die Rolle des Glasfensters eines Treibhauses:

Zur Veranschaulichung wird erklärend hinzugefügt: „Sichtbares Sonnenlicht durchstrahlt das Glas fast ungehindert und wird erst dann durch die Körper im Innern des Treibhauses

²Deutscher Bundestag: Zur Sache- Themen parlamentarischer Beratung; Schutz der Erdatmosphäre — Eine internationale Herausforderung, Bonn 1988, S. 368-70. Im Bericht ist die „Solarkonstante" mit 1373 W/m2 angegeben. Heute sind 1386 W/m² üblich. Diese ergeben die —18° C und nicht —19° C.

absorbiert und erwärmt diese dadurch. Die von den erwärmten Körpern im IR-Bereich abgestrahlte Wärme wird vom Glas absorbiert und danach zum Teil nach außen, zum Teil zurück nach innen gestrahlt. Diese Wärmerückstrahlung führt zu einer gegenüber außen erhöhten Innentemperatur des Treibhauses."

Was den reinen Rechenvorgang betrifft, so ist das Ergebnis völlig korrekt und kann nicht angezweifelt werden. Doch die Mathematik ist entgegen „landläufiger" Meinung keine Naturwissenschaft! Was mathematisch richtig berechnet ist, kann physikalisch völlig unrealistisch, überhaupt ohne Sinn sein. Bevor man ein Rechenergebnis zu einer „Naturkonstanten" wie die „Strahlungsgleichgewichtstemperatur" deklariert, hätte man zuerst die Randbedingungen kritisch hinterfragen und auf ihre Zulässigkeit hin überprüfen müssen. Ein Modell, das nicht annähernd an die Wirklichkeit adaptiert ist, kann keine wirklichkeitsnahen Ergebnisse bringen.

Nach Lektüre des zitierten Textes müsste einem aufmerksamen Leser zumindest ein grober Schnitzer auffallen. Da wird eine Temperatur von –18° C berechnet und gesagt, dass diese einer „Durchschnittstemperatur in ungefähr 6 km Höhe" entspreche. An der Erdoberfläche betrage dagegen die „Durchschnittstemperatur etwa +15° C". Was heißt das? Bildet man eine Differenz, so besagt diese einzig und allein, dass vom Erdboden (+15° C) bis in 6 km Höhe (-18° C) die Temperatur um stolze 33°C abnimmt. Eine ganz normale vertikale Differenz wird ohne Erklärung in eine horizontale Differenz umgebogen und zu einem Erwärmungseffekt umdeklariert. In Wirklichkeit ergibt die Differenz eine vertikale Temperaturabnahme mit der Höhe von 0,55° C / 100 Meter, was in etwa dem feuchtadiabatischen Temperaturgradienten entspricht. Ein „Treibhauseffekt" wäre dann und nur dann gegeben, wenn sich beide Temperaturen auf das gleiche Niveau bezögen. Doch exakt dies tun sie nicht, was den „Erwärmungseffekt" ins Reich der Ideologien erhebt.

Der 2. November 1988, an dem der den neusten wissenschaftlichen Kenntnisstand widerspiegelnde Enquete-Bericht im Deutschen Bundestag präsentiert, diskutiert und akzeptiert wurde, kann als der Geburtstag einer neuen politischen Ideologie sowie einer neuen Politikgattung, der Klimapolitik, angesehen werden. Offensichtlich hatte keiner der „Volksvertreter" vor seiner Zustimmung den Bericht so intensiv gelesen, dass ihm Unstimmigkeiten aufgefallen wären. Selbst bei der 2. parlamentarischen Verabschiedung am 9. März 1989 bat keiner der Abgeordneten um Aufklärung. Mit dieser zweimaligen demokratischen Legitimation wurde die Existenz des „natürlichen Treibhauseffektes" zum politischen Dogma, zur „herrschenden Lehrmeinung".

Von dem erwärmenden „Treibhauseffekt" kann auch deswegen nicht die Rede sein, weil bei seiner Berechnung die „Treibhausgase" als verursachende Einflussfaktoren überhaupt

nicht vorkommen. Die Berechnung war ausdrücklich für den „Außenrand", d. h. die Obergrenze der Atmosphäre gemacht worden. Diese ist nicht definierbar und in 400 oder 800 km Höhe mit Sicherheit keine —18° C herrschen, hat man aufgrund des Rechenergebnisses den „Außenrand" auf 6 km Höhe heruntergezoomt mit der dann richtigen Bemerkung, dass sich die Hälfte der Atmosphäre unterhalb dieser Höhe von 6 km befinde. Ohne auch nur im geringsten auf diese Widersprüche einzugehen, hat man den Blick des Lesers sehr geschickt auf die „Rolle des Glasfensters eines Treibhauses" fixiert in der psychologisch begründeten Hoffnung, dass nun die Mächtigkeit des Bildes siegen und die weitere „Überzeugungsarbeit" erleichtern würde. Hat sich nämlich ein Bild erst einmal im Innern, so der Psychoanalytiker Sigmund Freud, im „kollektiven Unterbewusstsein" etabliert und verfestigt, so wird es zum Glaubenssatz, zum Bestandteil der „emotionalen Intelligenz", die gegen rationale Einwände relativ immun ist.

Aus Erfahrung weiß jeder Mensch, dass auch ein „Treibhaus" oder Gewächshaus kein Wärmespeicher ist und auskühlt, wenn es Nacht ist und keine Sonne scheint. Selbst in einer geschlossenen Thermoskanne wird der heißeste Kaffee kalt, schneller als uns lieb ist. Auch der Unterglasgartenbau ruht im Winter, weil er zu heizkostenintensiv ist! Dieses Tatsachenwissen wird psychologisch unterlaufen durch die „Erklärung", dass „die abgestrahlte Wärme vom Glas absorbiert und danach zum Teil nach außen, zum Teil zurück nach innen gestrahlt" wird. Hier hätte sofort eingewandt werden müssen, dass zumindest der Teil der Wärme, der nach außen entweicht, bei der „Rückstrahlung" nach innen fehle. Selbst wenn nichts an Wärme nach außen entweiche aufgrund perfekter Isolation, würde die Temperatur im Gewächshaus bestenfalls konstant bleiben, denn es kann nicht mehr zurückgestrahlt werden wie abgestrahlt wurde. Es kommt immer auf die Bilanz an. Bei genauer Textanalyse und Textkritik häufen sich die Fehler. Wenn die Erde von einer für Wärmestrahlung undurchlässigen Schicht umgeben wäre, dann wäre sie in beide Richtungen undurchlässig. Die Sonnenstrahlen könnten den „Außenrand" nicht durchdringe, das „Treibhaus" wäre ein eiskalter, schwarzer Hohlraum.

Jedenfalls gelang es den in der Enquete-Kommission mitwirkenden „Klimaexperten" eine neue Art von „Naturkonstante" zu kreieren, den „natürlichen Treibhauseffekt". Selten kann man so wirklichkeitsnah nachvollziehen, wie ein neues „Bild der Wissenschaft" aus der Taufe gehoben wird. Eine Naturwissenschaft, die aus der „Natur" als Wirklichkeit hinaustritt und sich ins abstrakte Reich der Ideen begibt, wird zur Ideologie, zu einer Weltanschauung mit Glaubenscharakter. Doch wie jeder Glaube, so ist auch der „Glaube" an die Erde als Treibhaus nur ein subjektives Fürwahrhalten ohne objektive physikalische Basis.

Der Enquete-Bericht enthält noch weitere wirklichkeitsferne Kuriositäten. Es heißt: „Die Sonne strahlt ihre Energie im wesentlichen gleichförmig in alle Raumrichtungen aus. Die Erde … beziehungsweise der Außenrand ihrer Atmosphäre empfängt auf einem Flächenquerschnitt senkrecht zur Strahlrichtung der Sonne eine Strahlung der Flussdichte (Energie pro zeit- und Flächeneinheit) von 1368 Watt (W) pro m²." Entkleidet man diesen Text seiner Worthülsen, so besagt er, dass die Erde eine kreisförmige senkrecht zur Sonne ausgerichtete „Scheibe" sei. Der „Querschnitt der Erde" entspricht dann einer Kreisfläche πr² und damit einem „Viertel der Erdoberfläche". Die dann folgende Rechnung sieht so aus: Man nimmt die Solarkonstante SK von 1368 W/m², zieht von ihr den am „Außenrand der Atmosphäre" reflektierten Anteil, die Albedo A von 30 %, ab und erhält 960 W/m² als die tatsächlich von der Erde absorbierte und zu ihrer Erwärmung dienende Strahlung. Nun verteilt man diese Strahlung gleichmäßig über die gesamte Erde, indem man SK durch 4 (SK/4) teilt. Das ergibt 240 W/m². Mit diesem Wert geht man als „S" in das StefanBoltzmann-Gesetz S = σT⁴ und erhält T = 255 K = -18° C. Dieser Wert hält zwar jeder rechnerischen Überprüfung stand, er ist aber ebenso fiktiv wie die „fiktive Erdoberfläche".

Durch diesen Rechenvorgang hat man ein globales Wunder vollbracht. Man hat Tag und Nacht aufgehoben, die Sonne scheint immerwährend und gleichmäßig, ohne Unterschied zwischen Äquator und Polen. Doch die im Modell 5700 K heiße Sonne ist sehr kalt geworden und unsichtbar, denn bei einer Temperatur von 255 K läge ihre Strahlung völlig im langwelligen IR-Bereich. Sie hätte die Strahlung eines –18° C kalten Eisberges!

Der Rechenvorgang enthält ein weiteres Kuriosum. Die Erde wird zu einer Doppelgestalt, die von der Sonne aus gesehen als „Scheibe" erscheint, aber dann zu einer „Kugel" mutiert, um als solche die IR-Strahlung in alle Raumrichtungen auszusenden. Sieht man die Erde gleich als „Kugel", dann erweist sich die Annahme, dass von der Sonne nur ein Viertel beschienen werde, als falsch! Wie jedes Satellitenfoto zeigt, wird immer eine Halbkugel mit der Fläche 2πr² von der Sonne beschienen. Man bräuchte die 960 W/m² nur durch 2 zu teilen und erhielte eine „Strahlungsgleichgewichtstemperatur" von 302 K = +30° C. Der angeblich positive „Treibhauseffekt" von +33° C würde sich ins Gegenteil, einen negativen von –15° C verkehren.

Die Klimawelt ist eine „Welt voller Wunder". Ein weiteres Wunder ist in der Verwendung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes verborgen. Jeder Physiker weiß es, dass dieses einzig und allein für die „Hohlraumstrahlung" gilt, sowohl in seiner experimentellen Ableitung durch Stefan wie der theoretischen Begründung durch Boltzmann. Der „Hohlraum" ist ein gedanklicher Ersatz für den real nicht existierenden „schwarzen" Körper. Ihn gibt es ebenso wenig wie den idealen „weißen" Körper, der keine Strahlung absorbiert, sich also nicht erwärmen dürfte. Durch die Verbannung der Erde in einen „Hohlraum" wird sie

nach Max Planck zu einem „winzigen Kohlestäubchen", zu einem „mathematischen Punkt", zu einem flächenlosen Nichts mit nur einer einzigen „Oberflächentemperatur", aus der man dann leicht die 4. Wurzel ziehen kann.

Nichts zeigt konkreter die Wirklichkeitsferne des Modells „Erde = Treibhaus", seinen rein ideologischen Ursprung in einer abstrakten, naturfernen Gedankenwelt. Die Mathematik ist keine Physik, keine Naturwissenschaft. Sie ist ein Hilfsmittel, das allerdings sinnvoll verwandt werden muss und nicht in betrügerischer Absicht. Hubert Markl sagte am 13. Juli 2000 bei der EXPO 2000 in Hannover als Präsident der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V.: „Es ist nicht zu bestreiten, dass es auch in der Wissenschaft – häufiger als uns Wissenschaftlern lieb ist – Lug und Trug gibt, nicht nur fahrlässige Schlamperei, sondern wirklich absichtsvollen Betrug."

Die Vorstellung, die Erde sei eine „Treibhaus" ist ein rein gedankliches Konstrukt, der „Treibhauseffekt" ein Artefakt. Die hier vollzogene Rekonstruktion der Konstruktion des „natürlichen Treibhauseffektes" beweist dies eineindeutig. Unerklärlich ist und bleibt, wie dieses Bild allgemein akzeptiert und zur politischen Handlungsmaxime auf der weltpolitischen Bühne werden konnte. Es zeigt, wie leichtgläubig Menschen sind, wenn ihnen von der Kanzel angebliche wissenschaftliche Wahrheiten gepredigt werden. Dieser Betrug hätte mit ein wenig kritischem Denkvermögen sofort aufgedeckt und verhindert werden können. Die Bundestagsabgeordneten als Repräsentanten des Volkes haben sich in sträflicher Leichtgläubigkeit nur auf die „Treibhausexperten“ verlassen und damit einen immensen gesellschaftlichen wie volkswirtschaftlichen Schaden verursacht.

Um das Bild zu Ende zu führen und zu komplettieren: Die Erde hat man in einen Hohlraum hineinprojiziert und zu einem Nichts gemacht. Die solare Wandbeheizung hat man durch das mathematische Scheibe-Kugel-Wechselspiel auf 240 W/m², auf eiskalte –18°C heruntergerechnet. Durch eine winzige Öffnung entweichen nun als IR-Strahlung 240 W/m² aus dem Hohlraum ins Weltall, um in wundersamer Weise in 6 km Höhe umgelenkt zu werden und als „Wärmerückstrahlung" mit 390 W/m² zurückzukehren und das Nichts auf +15° C zu erwärmen. Dieses Wunder hat einen populärwissenschaftlichen Namen: „natürlicher Treibhauseffekt"! Doch damit ergibt sich ein weiteres Geheimnis: Wieso ist es möglich, dass von hochfliegenden Aufklärungsflugzeugen oder von Satelliten mittels Infrarot-Scanner wunderschöne flächendeckende Wärmebildaufnahmen von der Erdoberfläche und allen sich darauf befindenden Gegenständen gemacht werden können? Die berührungslose Temperaturmessung durch die „Glasscheibe“ ist eine Tatsache, die auch als ‚remote sensing’ bekannt ist und nicht geleugnet werden kann.