Der Treibhauseffekt und der Strahlungsantrieb

Wie die atmosphärische Speicherung langwelliger Strahlung die Oberfläche erwärmt und wie Veränderungen in der Zusammensetzung das planetare Energiegleichgewicht stören.

Definition

Der Treibhauseffekt ist die Erwärmung einer Planetenoberfläche, die durch die atmosphärische Absorption und Re-Emission langwelliger Strahlung verursacht wird; der Strahlungsantrieb ist die Änderung der Netto-Irradianz an der Tropopause, die durch eine Störung, wie eine Änderung der Treibhausgaskonzentration, hervorgerufen wird.

Scope

Behandelt die physikalischen Grundlagen des Treibhauseffekts, die Rolle von Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan und anderen Treibhausgasen, die Unterscheidung zwischen dem natürlichen und dem verstärkten Treibhauseffekt sowie das Konzept des Strahlungsantriebs als standardisiertes Maß für die Störung des Energiegleichgewichts an der Obergrenze der Atmosphäre durch einen Faktor.

Core questions

• Welche atmosphärischen Bestandteile sind für den Treibhauseffekt verantwortlich?
• Wie wird der Strahlungsantrieb definiert und quantifiziert?
• Warum erwärmt die Zugabe von Kohlendioxid die Oberfläche, selbst wenn seine Absorptionsbanden teilweise gesättigt sind?

Key theories

Konzept des Strahlungsantriebs

Ein Rahmenwerk, das die Störung des Energiegleichgewichts der Erde durch einen Faktor als Flussänderung in Watt pro Quadratmeter quantifiziert und so den Vergleich verschiedener Klimatreiber ermöglicht.

Arrhenius' Kohlendioxid-Erwärmung

Die erste quantitative Schätzung, dass Änderungen des atmosphärischen Kohlendioxids die Oberflächentemperatur durch langwellige Absorption verändern, wodurch der Zusammenhang zwischen Zusammensetzung und Klima hergestellt wurde.

Mechanisms

Treibhausgase sind für die einfallende Sonnenstrahlung weitgehend transparent, absorbieren jedoch die ausgehende thermische Infrarotstrahlung und emittieren sie in alle Richtungen, einschließlich nach unten. Dies hebt das effektive Emissionsniveau auf höhere, kältere Höhen an, sodass sich die Oberfläche erwärmen muss, um das Gleichgewicht an der Obergrenze der Atmosphäre wiederherzustellen. Eine Erhöhung der Gaskonzentration vertieft die Absorption in den Flügeln ihrer Banden, wodurch ein zusätzlicher Antrieb entsteht, der für Kohlendioxid annähernd logarithmisch mit der Konzentration zunimmt.

Clinical relevance

Der Strahlungsantrieb ist die zentrale Metrik, die Emissionen mit dem Klimawandel in wissenschaftlichen Bewertungen verknüpft und den Emissionsäquivalenzmetriken sowie den klimapolitischen Zielen zugrunde liegt.

History

Fourier schlug in den 1820er Jahren vor, dass die Atmosphäre Wärme speichert, Tyndall maß in den 1860er Jahren die Infrarotabsorption von Gasen, und Arrhenius erstellte 1896 die erste quantitative Schätzung der Kohlendioxid-Empfindlichkeit. Das Konzept des Strahlungsantriebs wurde im späten zwanzigsten Jahrhundert formalisiert und in aufeinanderfolgenden IPCC-Bewertungen kodifiziert.

Key figures

• Joseph Fourier
• John Tyndall
• Svante Arrhenius

Seminal works

• arrhenius1896
• myhre2013

Frequently asked questions

Ist der natürliche Treibhauseffekt schädlich?

Nein. Der natürliche Treibhauseffekt hält die Erdoberfläche etwa 33 Grad Celsius wärmer, als sie sonst wäre, und macht den Planeten bewohnbar; die Besorgnis konzentriert sich auf den zusätzlichen, vom Menschen verstärkten Antrieb.