wie verabredet gehe ich nachfolgend ein auf die Erwiderung Ihrer Mail auf meine an Herrn Rahmstorf (PIK) gerichteten Fragen zum Thema „Treibhauseffekt“ und auf unser persönliches Gespräch am 12.11.08. Sinn des Gespräches war die Herbeiführung einer Klärung der Ursachen unterschiedlicher Auffassungen zur Existenz eines „Treibhauseffektes“ – im folgenden als Treibhauspostulat (THP) bezeichnet. Ich behandele hier der besseren Übersicht halber  nur die wesentlichen Punkte – also die eigentlichen  „Knackpunkte“  des Dissenses.  Gegebenenfalls können weitere Erörterungen folgen.

Das THP behauptet die Möglichkeit einer Erwärmung des Globus „zu Lande, zu Wasser und in der Luft“ ohne dafür zusätzliche Energie von der Sonne zu benötigen; mehr noch: die Sonne wird als Energielieferant in diesem Modell ausgeschlossen.

Da die Sonne mit dem Globus in einem Strahlungsgleichgewicht steht – d.h.: eingestrahlte Energie in den Globus ist gleich seiner abgestrahlten Energie – ist sein Energieinhalt Q zu jedem Zeitpunkt gleich; also Q = const.

Ferner gilt für den Energieinhalt Q die Beziehung (z.B.: Gerthsen; „Physik“, bei Springer):

Q =  T · M

Hierbei steht T für die Temperatur in °K und M für die Masse.

Aus dieser simplen Gleichung, die die Dimension des Energieinhaltes beschreibt, geht hervor – das sagt allein schon der gesunde Menschenverstand – daß eine Erwärmung des Globus um einen Betrag  ΔT °C  bei gleichem Q ausgeschlossen ist. (Auf eine Veränderung der Masse M wird weiter unten eingegangen).

Es kommt hinzu: eine (angenommene) Temperaturerhöhung erfordert wegen der Proportionalität von Strahlung und Temperatur (Stefan/Boltzmann-Gesetz) eine sofortige Erhöhung der Abstrahlung des Globus, wodurch  dem THP die Grundlage (gleich bleibende Ein- und Abstrahlung) entzogen ist.

Wer nun trotzdem auf eine Erwärmung des Globus (Erde+Atmosphäre) gemäß dem THP beharrt, muß sich einen Verstoß gegen den Ersten Hauptsatz der Thermodynamik vorwerfen lassen – Energie kann nicht aus dem Nichts entstehen.

Kurz: das THP ist physikalisch unmöglich.

Zur Aufrechterhaltung des THP wird dennoch verschiedentlich versucht durch eine Argumentation zu entkommen, wonach zwar im Globus Q nicht verändert wird, aber zusätzliche, neue Zonen unterschiedlicher Temperatur entstehen. Also: es wird irgendwo wärmer, dafür anderswo kälter. Die Konsequenz dessen wäre ein höherer Ordnungsgrad im System,  eine höhere Strukturierung, geschaffen durch das THP.

Dazu sagt jeder Physikstudent im ersten Semester: eine Erhöhung der strukturellen Entropie erfordert in gleichem Maße eine Verringerung der thermodynamischen Entropie, (siehe hierzu etwa Büchel, „Philosophische Probleme der Physik“ bei Herder), und auch das ist ohne zusätzliche Energie, die das Postulat verweigert, nicht zu machen.

Damit stirbt das THP zum zweiten mal durch Verstoß gegen den Zweiten Hauptsatz.

Um trotz alledem weiter am THP festzuhalten – und damit komme ich zum „Knackpunkt“ – entwickelten Sie, lieber Herr Peter Dietze (PD), eine wie ich glaube eigene, private Deutungsweise.

Sie sagen: der Globus kann doch wärmer werden; auch ohne Energiezufuhr – und es müssen auch keine Strukturänderungen in der Energieverteilung angenommen werden. Die Erwärmung würde hervorgerufen durch einen „Kühlungsstau“.  Einen solchen Kühlungsstau gäbe es nur in einem „Fließgleigewicht“ – während meine Überlegungen und Beweise zur Unmöglichkeit des THP auf ein statisches Gleichgewicht aufbauen. Der Kühlungsstau würde bewirkt durch einen Strahlungsstau, auf jeden Fall aber durch die „Gegenstrahlung“. Diese wiederum wird hervorgerufen durch die Gegenwart von CO2 in der Atmosphäre.

Für diese Sichtweise hege ich sehr große Zweifel und will versuchen, die Widersprüche auszuleuchten.

Zunächst einmal setzt ein „Kühlungsstau“ (das ist Ihr Wort) eine Kühlung voraus. Und Kühlungsleistung ist nun:  -ΔT°C/t   (t für Zeit). Aber eine Kühlung ist nicht zu erkennen. Ohne Zweifel strahlt der Globus ständig Energie ab; aber die wird (im Mittel) augenblicklich durch die Einstrahlung ersetzt. Somit ist ΔT = Null; d.h.: keine Kühlung.

Viel unverständlicher aber ist Ihr „Energiestau“ oder „Strahlungsstau“. Was passiert dabei? Wie muß man sich das vorstellen?  Wird Energie gestaut, dann bleibt sie drinnen wo sie ist, von wo sie eigentlich abfließen sollte und erhöht dort die Energiemenge und    - das ist Ihr Credo – auch die Temperatur.

Aber im gleichen Moment erhöht sich mit der höheren Temperatur auch die Energieabstrahlung, vielleicht in einem veränderten Strahlungsspektrum, was aber „unterm Strich“ völlig belanglos ist. Sofort stimmt das  Energiegleichgewicht Ein/Ausstrahlung nicht mehr.

Nimmt man hingegen einen Strahlungsstau an, was geringere Strahlung bedeutet, so bedeutet geringere Strahlung gleichzeitig eine niedrigere Temperatur. Aber eine höhere wird nach PD postuliert. Das ist dann eine Umkehrung der Proportionalität von Strahlung und Temperatur, was (Stefan/Boltzmann beachten!) nicht hinnehmbar ist. Also, es sind schon grobe „Kinken“ in dieser PD-Theorie.

Energiefluß und Strahlung sind grundsätzlich nicht zu stoppen und zu stauen. Man kann einen Heißwasserkreislauf anhalten, das ist ein Massestau; aber die Energieflüsse gehen trotzdem weiter, wenn auch unter veränderten quantitativen Kautelen.            Aber immer von warm nach kalt bis zum Energieflussgleichgewicht – bis die Potentialdifferenz ausgeglichen ist; zeitlich exponentiell. Grundsätzlich: Änderungen der Temperatur setzen Potentialdifferenzen voraus; erst dann kann Energie „fließen“, übertragen werden. Und das entweder durch Strahlung oder durch Wärmeleitung oder beides.

Nach Ihrem Modell, Herr Dietze, geht die Temperaturerhöhung von der Erde aus, in der der „Stau“ stattfindet. Hier würde letztlich eine Potentialdifferenz entstehen sollen, die zum Wärmefluß in die Atmosphäre und so zur globalen Erwärmung führt. Damit – haben Sie es bemerkt? – stehen Sie im Gegensatz zu Rahmstorf. Der nämlich, man faßt sich an den Kopf, holt die Energie (Schellnhuber, Rahmstorf; „Der Klimawandel“ Verlag C.H. Beck-Wissen) aus dem „Treibhausgas“ CO2; und zwar als „zusätzliche“ Energie – obwohl diese Energie schon  im System enthalten ist. Sehen Sie – der braucht für sein Treibhaus „zusätzliche“ Energie – Sie nicht, Herr PD; Sie stauen. (Und ich staune).

Egal für welches Modell man sich entscheidet, es funktionieren beide nicht. Sie, Herr PD kommen auch nicht ohne die „Gegenstrahlung“ als Energiequelle aus; Sie sagen: Der Stau wird durch die Gegenstrahlung bewirkt. Aber diese Strahlung transportiert Energie weg vom CO2, hinunter in den stauenden Erdboden/Wasseroberfläche. Also doch wie bei Rahmstorf? Ich verstehe dieses Durcheinander nicht. Auf jeden Fall wird in beiden Denkansätzen die aus dem CO2 wegtransportierte Energie von der Erde wieder an die Atmosphäre zurück gegeben bzw. vorher genommen, oder umgekehrt - Plus/Minus Null ist die Bilanz. Gleichgewicht!; es kann nicht anders sein. Übrigens schön zu sehen bei Kiehl und Trenberth.

Ein tolles Treibhaus – eher ein durchtriebenes Tollhaus.

Also: ein „Stau“ ist  keine Möglichkeit der Temperaturerhöhung, will man damit die Schaffung von Potentialunterschieden vermeiden, was Sie doch wollen. Der Begriff „Stau“ wird physikalisch nicht gedeckt.

Insofern ist auch die von Ihnen oft strapazierte Metapher eines Stauwehres unbrauchbar. Die erste Macke besteht schon darin, daß im Gleichnis ein Potentialunterschied zwischen Berg- und Talstufe angenommen wird. In der Realität besteht Gleichheit. (Gleichheit der Temperaturen zwischen Erde und Atmosphäre, bevor der Treibhauseffekt veranstaltet wird). Diese Gleichheit besteht trotz der Tatsache, daß pro Zeiteinheit sehr viel Energie durch das System fließt.

Eine Bemerkung dazu:

Eine Wärmeströmung kann stationär gehalten werden, wenn man an einem Orte höherer Temperatur T1 durch eine „Quelle“ dauernd Wärme zuführt und an einem Orte tieferer Temperatur T2 in einer „Senke“ die zuströmende Wärme abführt, so daß die Temperaturdifferenz T1 – T2 konstant bleibt. Da aber die Orte der Temperaturen T1 und T2 identisch sind (Erdoberfläche), ist diese Differenz gegenstandslos.

Jetzt ziehen Sie die Staumauer hoch (diesen Schritt deuten Sie in der Realität als das Zufügen von CO2 in die Atmosphäre) und sagen: der Anstieg des Spiegels der Bergseite ist eine Temperaturerhöhung. Sie vergessen dabei – und das ist die zweite Macke in Ihrem Beispiel – daß dadurch ein Potentialunterschied geschaffen wird, der Energie verbraucht, die aus dem System selber kommen muß. Sie übersehen weiterhin, daß durch/während das/des Erhöhen(s) des Wehres auf der Talseite eine Erniedrigung des Spiegels eintritt – so lange, bis das Wehr wieder überläuft. Das bedeutet umgesetzt in die Realität eine Verminderung der Temperatur in der Atmosphäre. Damit ist wieder die Struktur erhöht worden - aber das hatten wir schon.

Kurz: Dieses Beispiel ist denkbar ungeeignet zur Klärung des THP. Es wird nicht ein einziges Beispiel, nicht eine einzige Metapher geben, die das kann; denn: was es nicht gibt - kann man nicht erklären. Das ist auch Herrn Rahmstorf in seinem Buch vollkommen mißlungen.

Eine andere Gruppe von Metaphern entpuppt sich immer als eine Verbesserung einer Isolierfunktion. (Pelzmantel gegen Kälte, Isolierung der Hausmauer, Stop von Kühlkreisläufen bei Maschinen, Kraftwerken usw...).

Die Isolierung wird grundsätzlich verbessert durch Massenverringerung des passiven Strahlers, d.h. des Energieempfängers. Und zwar so: ohne Mantel steht die gesamte Umgebung zur Erwärmung an; mit Mantel nur die Luft zwischen Mantel und Körper. Dieses Schema ist durchgängig; nur: man muß es in den Beispielen erkennen.

Mit dem THP hat das nichts zu tun. Ich gehe hierauf nicht weiter ein.

J. Roesicke