Klimaerwärmung: Naturgesetze statt Panikmache - easy

EIKE: 22.11.15
Klimaerwärmung: Naturgesetze statt Panikmache
Dr. Wolfgang Burkel (EIKE)
Wir Ingenieure halten uns bei der Klima Diskussion heraus. Warum
eigentlich? Gerade wir Ingenieure verfügen über die theoretischen und
praktischen Kenntnisse, um die Mechanismen des Klimas sachgerecht und
zuverlässig beurteilen zu können. Die vom Menschen gemachte globale
Erwärmung lässt sich eindeutig mit Hilfe der Thermodynamik eingrenzen.
Unkompliziert lässt sich mit der Energiebilanz an der Erdoberfläche zeigen,
dass die „anthropogene“ Erwärmung völlig harmlos ist. Der Klimawandel ist
keine Katastrophe. Es ist unsere Pflicht, diese Erkenntnis zu kommunizieren.
Dampfdruckkurve
Das Gleichgewicht der Energieflüsse.
Vereinfachung
Die hauptamtliche Klimawissenschaft stellt ihre Disziplin gerne als äußerst komplex
dar. Sie verwenden komplizierte Klimamodelle und Großrechner. Davon muss man
sich nicht beeindrucken lassen. Wir wissen schließlich, dass für die Temperatur eines
Körpers immer die gleichen Gesetzmäßigkeiten gelten. Die Temperatur eines jeden
Körpers stellt sich so ein, dass die zugeführten Energieströme im Gleichgewicht mit
den abgeführten stehen [3]. Diese triviale Tatsache ist auch als „erster Hauptsatz der
Thermodynamik“ bekannt. Er gilt für Heizkörper, Herdplatte, den menschlichen
Körper, die Bremsscheibe, die Sonne und Planeten, also auch für unsere Erde.
Für unsere Betrachtung treffen wir nun eine radikale Vereinfachung. Wir kontrahieren
die Erdoberfläche zu einem einzigen fiktiven Quadratmeter. Darauf fassen wir anteilig
Ozeane, Kontinente, Berge, Täler und Wüsten zusammen. Auf diesem fiktiven
Quadratmeter lassen wir das gesamte Klimageschehen eines Kalenderjahres statt
finden. Auf diesem Quadratmeter herrscht per Definition die „globale Temperatur“.
Seit etwa 20 Jahren liegt sie weitgehend unverändert bei 14,6 Grad Celsius. Im
Verlauf der Erdgeschichte blieb sie bis auf wenige Grad Schwankungen
vergleichsweise konstant. Nun betrachten wir die Energieflüsse an der
Erdoberfläche, die das Klima bestimmen:
Die Energieflüsse
Vier Energieflüsse bestimmen die globale Temperatur [4]:
Absorbierte Sonnenstrahlung
+160 Watt/m²
Infrarote Abstrahlung (netto)
-63 Watt/m²
Konvektion
-17 Watt/m²
Wasserverdunstung
-80 Watt/m²
Sonneneinstrahlung
In die Energiebilanz an der Erdoberfläche geht weniger als die Hälfte der gesamten
Strahlungsleistung der Sonne ein. Das liegt vor allem an den Wolken, die einen
großen Teil des Himmels rund um den Globus ständig abdecken. Die Wirkung ist
sehr stark, was wir sofort spüren, wenn eine Wolke vor die Sonne zieht. Wir ahnen,
dass die Wolkenbedeckung für die Stabilität des Klimas eine wichtige Rolle spielt.
Dazu später mehr.
Bild 1: Sonnenintensität Wiesloch, 9. September 2015, 13:23
Bild 2: Und 3 Minuten später: Wolke vor der Sonne, Einbruch 88,5%
Verdunstung
Wir Ingenieure wissen, dass ein großer Energieaufwand erforderlich ist, um Wasser zu
verdunsten. In den Kühltürmen der Kraftwerke werden über 1000 Megawatt Kühlleistung
aufgebracht. Die Verdunstungskühlung ist für das Klima der wichtigste Mechanismus. Am
Meeresklima kann man das deutlich nachvollziehen. Beim Wüstenklima wiederum sieht man
die Folgen, wenn Wasser fehlt. Die Hälfte der an der Erdoberfläche absorbierten
Sonneneinstrahlung wird durch Verdunstungskühlung abgeführt. Wasserdampf transportiert
die Energie als latente Wärme in die höheren Regionen der Atmosphäre. Dort kondensiert er
unter Wolkenbildung. Die frei werdende Kondensationswärme wird per Strahlung ans Weltall
abgegeben. Die Verdunstung steigt mit der Temperatur. Das kann man an den gestiegenen
Niederschlägen in der Welt [6] oder in Deutschland [7] ablesen. Bei einer Erwärmung um ein
Grad verdunstet Wasser gemäß VDI Dampfdruckkurve [8] um 6,4 Prozent schneller. Die
Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasserdampf ist kein limitierender Faktor. Sie wächst
ebenfalls mit der Temperatur. Bezogen auf den aktuellen Energiefluss von 80 Watt/m²
entspricht die Verdunstung einer zusätzlichen Kühlleistung von 5,12 Watt/m².
Bild 3: Dampfdruckkurve
Wolken
Zusätzliche Verdunstung an der Erdoberfläche führt zwangsläufig zu einer
proportional verstärkten Wolkenbildung. Unterstellen wir eine gleichmäßige
Ausdehnung der Wolken in alle drei Dimensionen, dann dürfte sich die
Abschirmungswirkung um ca. 5 Prozent verstärken. Bei einer Abschirmungs Wirkung
der Wolken von ca. 130 Watt/m² verringert sich die Einstrahlung um ca. 6,5
Watt/m²grad. Auch in umgekehrter Richtung schirmen die Wolken ab. Die kühlende
Infrarotstrahlung von der Erdoberfläche wird reduziert. Bezogen auf einen
Energiestrom von netto 63 Watt/m² macht dies bei linearer Interpolation etwa 3
Watt/m²grad Strahlungsantrieb aus. Der Saldo aus beiden Effekten ist eine
Kühlwirkung von mindestens 3,0 Watt/m²grad.
Infrarote Abstrahlung
Die kühlende Wirkung der infraroten Abstrahlung wird besonders in sternenklaren
Nächten deutlich. Die Nettoabstrahlung von der Erdoberfläche beträgt 63 Watt/m².
Sie steigt gemäß Strahlungsgleichung mit der 4ten Potenz der absoluten
Temperatur. Bei einem Grad Erwärmung macht das 1,4 Prozent bzw. 0,9
Watt/m²grad aus.
Konvektion
An der Erdoberfläche erwärmen sich Luftpakete und steigen aufgrund von
Dichteunterschieden in die Höhe. Die fühlbare Wärme wird in den höheren Schichten
der Atmosphäre in Form von Strahlungsenergie ans Weltall abgegeben. Eine
wärmere Erdoberfläche führt zu einem verstärkten konvektiven Energietransport. Ein
Grad Erwärmung entspricht drei Prozent an zusätzlicher fühlbarer Wärme. Dabei ist
die höhere Transportgeschwindigkeit durch den gestiegenen Auftrieb noch gar nicht
berücksichtigt. Die aktuelle Kühlwirkung durch Konvektion an der Erdoberfläche
beträgt 17 Watt/m². Der kühlende Energiefluss durch Konvektion steigt deshalb um
mindestens drei Prozent = 0,5 Watt/m²grad.
Positive Rückkoppelung
Die politische Klimawissenschaft krallt sie sich an einer angeblichen
Selbstverstärkung durch Wasserdampf Rückkoppelung fest. Im Spektral Bereich des
„atmosphärischen Fensters“ kann Wasserdampf noch zusätzlich infrarote Strahlung
absorbieren. Aktuell werden ca. 8 Watt/m² von Wasserdampf absorbiert. Mit 6,4
Prozent mehr Wasserdampf errechnet sich daraus eine Rückkoppelung von 8 *
0,064 = 0,5 Watt/m²grad. Dieser Effekt ist allerdings im Vergleich mit den
dämpfenden Mechanismen sehr gering. Dies wird allerdings aus guten Gründen nicht
kommuniziert. Schließlich rettet die angeblich positive Rückkoppelung die Prognose
einer Klimakatastrophe. Die Argumentation ist geschickt. Jeder kennt die hässlichen
Pfeiftöne wenn sich zwischen Mikrofon und Lautsprecher eine positive
Rückkoppelung aufschaukelt. Mit dieser Analogie konnte man der Gesellschaft eine
sich selbst verstärkende Erwärmung suggerieren.
Darin stecken zwei Gedankenfehler: Einmal wäre diese positive Rückkoppelung nicht
ausschließlich auf Kohlendioxid zurückzuführen. Zum anderen müsste der Effekt zu
einer „Runaway-Erwärmung“ führen. Viele Millionen Jahre Klimageschichte beweisen
das Gegenteil. Die globale Temperatur hat sich immer nur innerhalb enger
unsichtbarer Leitplanken bewegt. Die positive Rückkoppelung ist im Vergleich zu den
Gegenkoppelungen viel zu schwach. Wir fassen die Änderungen der Energieflüsse
zusammen:
(Watt/m²grad)
infrarote Abstrahlung
Verstärkung durch Strahlungsgesetz
-0,9
Abschwächung durch positive Rückkoppelung
+0,5
Verstärkte Konvektion
-0,5
Verstärkte Wasserverdunstung
-5,1
Verstärkte Abschirmung der Sonne
-3,0
Summe aller Rückkoppelungseffekte
-9,0
Ein Grad Erwärmung der Erdoberfläche hätte insgesamt eine Gegenkoppelung in
Höhe von 9 Watt/m² zur Folge.
Klimasensitivität
Die Klimasensitivität ist definiert als globale Erwärmung bei Verdoppelung der
Kohlendioxid Konzentration. Das sind, bezogen auf den aktuellen Zustand, 800 ppm.
Diesen Zustand werden wir möglicherweise nie erreichen, weil die fossilen
Energieträger vorher erschöpft sind. Davon unabhängig ist die Klimasensitivität der
gängige Maßstab für Prognosen der Klimaerwärmung. Im Sachstandsbericht des
IPCC von 2007 liegen die Werte zwischen zwei und sechs Grad Celsius. Diese
großen Differenzen beweisen, dass die politische Klimawissenschaft nicht über einen
stringenten Algorithmus verfügt. Übereinstimmung herrscht über den
Strahlungsantrieb bei Verdoppelung der Kohlendioxid Konzentration. Er beträgt 4
Watt/m². Man ist sich einig, dass die Treibhauswirkung von Kohlendioxid weitgehend
gesättigt ist. Der anthropogene Treibhauseffekt ist gegenüber dem natürlichen fast
zu vernachlässigen. Setzen wir die Gegenkoppelung von 9 Watt/m²grad mit dem
Treibhauseffekt von 4 Watt/m² in Beziehung, ergibt sich eine „Klimasensitivität“ von
0,44 Grad Celsius. Wärmer wird es nicht!
Weitere, völlig unterschiedliche Berechnungsmethoden wurden von Hermann Harde
[8], Richard Lindzen [9], oder P. Frank [10] vorgestellt. Alle haben eine
Klimasensitivität in der Größenordnung von 0,5 Grad Celsius ermittelt. Wir brauchen
uns also wirklich keine Sorgen ums Klima machen. Sorgen müssen wir uns allerdings
machen, dass diese Fakten von Politik und Medien ignoriert werden. Stattdessen
gräbt sich die angebliche Klimakatastrophe immer tiefer in unsere Gesellschaft ein.
Für das Land der Dichter, Denker und Ingenieure ist das ein Armutszeugnis.
Quellen
[1] EIKE: Der Treibhauseffekt; Horst-Joachim Lüdecke und Rainer Link, Jan. 2010
(hier)
[2] Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, p. 13,
table SPM.3 A2 Scenario IPCC-Report 2007, AR4, WG1, Seite 96 [12]
[3] EIKE: Treibhauseffekt zu schwach für die Klimakatastrophe, Dr. Wolfgang Burkel,
Sept. 2012, (hier)
[4] J.T. Kiehl and K.E. Trenberth: Earth's annual global mean energy budget, Bull. Amer.
Meteor. Soc. 78, 197-208, 1997
[5] C.–D. Schönwiese and Silke Trömel: Langzeitänderungen des Niederschlags in
Deutschland aus: WARNSIGNAL KLIMA: Genug Wasser für alle? 3.Auflage (2011), Hrsg. Lozán, J. L. H. Graßl, P. Hupfer, L. Karbe and C.-D. Schönwiese: Data source
DWD 2011
[6] Goddard Institute for Space
Studies:
Precipitation Data: 1901-2000 (CRU TS 2.0)
Observed Land Surface
[7] Vapour pressure curve built up by VDI (Association of German Engineers)
[8] Hermann Harde: Was trägt Kohlendioxid wirklich zur globalen Erwärmung bei,
ISBN 9 783842371576, Norderstedt: BoD, 2011
[9] R.S. Lindzen, and Y.-S. Choi: On the determination of climate feedbacks from
ERBE data, Geophysical Research Letters, Vol. 36, L16705 (2009)
[10] Future Perfect 22.05.2010 by P. Frank, (hier)
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6 Kommentare:
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#1: Andreas Demmig sagt:
am Sonntag, 22.11.2015, 12:57
Sehr geehrter Herr Dr. Burkel.
Danke für die gute Aufarbeitung, der eigentlich in den Schulen gelehrten Grundlagen.
Vor allem Ihre Schlussfolgerungen u den Rückkopplungen sind es wert, es den Ingenieuren
unter den AGW Anhängern mal wieder bewußt zu machen. Ob die das wollen, ist eine andere
Geschichte.
#2: Schweickhardt sagt:
am Sonntag, 22.11.2015, 15:12
Besten Dank und Hochachtung an Herr Dr. Burkel für diesen klaren Beitrag.
Ja, unsere Medien und deren Lakaien und auch manche Mitbürger sind irgendwie glatt
gebügelt.
Kritik am Primat der Politik, an den politischen Zielen ist tabu, ja, warum denn?
Besonders enttäuschen finde ich, dass die Robert Bosch Stiftung mit dem "2°C Campus" da
mitmacht. Kritische Anschreiben blieben unbeantwortet.
Heute früh, darf ein Herr Müller in SWR2 wieder über die Klimakatastrophe und angeblichen
Klimaflüchtlinge plappern.
In der Schule (Gynasium) werden thermische Wirksamkeiten erzählt, die es nicht gibt, wie
ähnlich einer wärmenden Decke in 5km Höhe.
Den betreffenden Lehrern könnte man eine Anbiederung an die politische Kaste, oft der
Dienstherr, unterstellen.
Er ist ein Trauerspiel, wie sich die Bürgerschaft in eine Ökodiktatur zwingen lässt.
Zum Thema: Die 4Potenz der abs. Temperatur bei +2K (+2°C) greift derart stark bei
Abstrahlung (302K / 300K) exp 4), dass +2% an gesamter Energie herkommen soll. Auch die
"Tipping points" gibt es nicht.
#3: Fred F. Mueller sagt:
am Sonntag, 22.11.2015, 15:17
Lieber Hr. Dr. Burkel,
danke für diese schöne, an den Erkenntnissen der klassischen Natur- und
Ingenieurwissenschaften UND am gesunden Menschenverstand orientierten Erklärung.
Davon bräuchten wir viel mehr.
Mfg
#4: Ernst Funk sagt:
am Sonntag, 22.11.2015, 15:51
Dieser Artikel berührt ein Thema, das ich bei der Klima-Diskussion bisher vermisse.
Die ganze Natur ist voller Regelkreise. Das Klimageschehen sicher auch. Ich möchte dazu nur
die Elemente betrachten, denen in der Debatte die größte Aufmerksamkeit gilt, Wärme
einerseits und klimawirksame Gase anderseits. (Wasserdampf, CO2 und Methan. Es gibt auch
noch andere, aber über die wird kaum geredet.)
Ein Regelkreis ist eine Ursache-Folge-Kette, bei der ein Element das zweite beeinflusst, das
zweite ein drittes usw. und das letzte beeinflusst das erste. Oder im einfachsten Regelkreis mit
nur zwei Elementen beeinflusst das erste Element das zweite und umgekehrt. So bei ´m
Klima, wenn es denn wirklich so ist, wie meistens dargestellt, dass nur die klimaaktiven Gase
einen Einfluss auf die Temperaturen haben.
Es ist sicher Konsens (schon wieder dieses Wort), dass auf einer wärmeren Erde mehr Wasser
verdunstet, also mehr Wasserdampf in der Atmosphäre ist. Ebenso ist, vielleicht nicht
Konsens, aber leicht prüfbar, dass wärmeres Wasser CO2 schlechter bindet als kaltes. Bei
höheren Temperaturen verschiebt sich also auch hier das Gleichgewicht in Richtung mehr
CO2 in der Atmosphäre. Und Methan entweicht bei höheren Temperaturen verstärkt aus den
Permafrostböden.
Steigende Temperaturen haben also zur Folge, dass der Anteil dieser Gase in der Atmosphäre
steigt.
Wenn nun der Einfluss von Wasserdampf, CO2 und Methan immer und nur dazu führt, dass
die Temperatur steigt dann haben wir einen positiven Regelkreis, einen Teufelskreis. (Mehr
Wärme => mehr Gase => noch mehr Wärme => noch mehr …)
Da es in der Vergangenheit bereits viele Perioden mit größerer Wärme und auch mehr CO2 in
der Atmosphäre gab, müsste die Erde eine kochende Hölle sein. Denn in einem so einfachen
Teufelskreis schaukeln sich die Werte immer weiter auf. (z.B. Wikipedia: Kambrium, CO2
das 12-fache der heutigen Werte, durchschnittliche Temperatur 7°C mehr als heute … und
Wasser gab es auch schon) Wenn man die Zahlen zugrunde legt, die heute im Umlauf sind,
dann hätte auch schon das römische oder das mittelalterliche Klimaoptimum zu einer solchen
Entgleisung des Klimas führen müssen.
Da wir auf einem (relativ) lebensfreundlichen Planeten leben, ist anzunehmen, dass die
Zusammenhänge nicht wirklich so sind, wie geschildert. Dass Wärme den beschriebenen
Einfluss auf die klimawirksamen Gase hat ist ‚Konsens‘. Also gibt es entweder noch andere
Einflüsse (vielleicht sogar von der Sonne), oder die Wirkung der Gase wird falsch verstanden
/ geschildert.
Einen selbst-stabilisierenden Regelkreis erhält man dann, wenn die Wirkung der Gase darin
besteht, dass sie überwiegend Wärme an den Weltraum abgeben. Dann hätten wir die Folge
mehr Wärme => mehr Gase => weniger Wärme => weniger Gase => mehr Wärme …, also
ein Klima, dass nicht bei der ersten kleinen Störung schon extrem wird. Dass die
klimawirksamen Gase genau das tun scheint mir plausibel. Diese Gase sind in der Lage,
Energie auf zu nehmen (Strahlung, aber auch Wärme) und als Strahlung wieder ab zu geben.
Und da für die Abstrahlung der Energie alle Richtungen gleichberechtigt sind verschwindet
(etwas mehr als) die Hälfte davon im Weltraum. Genaueres dazu möchte ich aber den
Spezialisten überlassen.
#5: Gerald Pesch sagt:
am Sonntag, 22.11.2015, 17:27
Leider den Medien nicht vermittelbar, da sich diee auf dem Kriegspfad gegen die
Industriegesellschaft befinden:
Eine Studie der FU Berlin zum Thema »Politikjournalisten« gibt aufschlussreiche Einblicke
über die Wandlungsprozesse im deutschen Journalismus und die persönliche sowie politische
Einstellung der schreibenden Zunft.
Von den Politikjournalisten, die eigentlich die »Vierte Gewalt» im Staat mit repräsentieren
sollten, geben fast 50 Prozent der Befragten offen zu, dass sie der politisch linken Seite
zugeneigt sind. Insbesondere in den Chefetagen der »Qualitätsmedien«, wo nahezu alle
Artikel gegengelesen, geprüft und redigiert werden, hat das gravierende Folgen auf die
Informationen für den Leser.
So geben 70 Prozent der Befragten Journalisten an, dass ihre Beiträge in der Redaktion immer
oder oft gegengelesen werden. Das bedeutet im Klartext, dass die Linie der Berichterstattung
zu einem Großteil vorgegebenen ist und entsprechend stringent kontrolliert wird....
Um so wichtiger ist es dass Einrichtungen wie EIKE dem entgegen wirken.
#6: Gerhard Kramm sagt:
am Sonntag, 22.11.2015, 18:12
Sehr geehrter Herr Burkel,
Ihr Beitrag enthaelt Gutes und Neues, nur ist das Neue nicht gut, und das Gute nicht neu. Seitr
wann schwadronieren Ingenieure, dummes Zeug nach, wie es z.B. von Luedecke und Link
verbreitet wurde.