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Aus Wolfgang Thünes Buch „Der Treibhausschwindel“, 3. Auflage, 2000, Seite 274 ff

 
Dr. Wolfgang Thüne ist 1999 von der Ellen-und-Max-Woitschach-Stiftung für ideologiefreie Wissenschaft  der Woitschach-Forschungspreis verliehen worden.

Sie würdigt damit unter anderem „den Mut, eine Diskussion gegen ein breit etabliertes und vehement verteidigtes Paradigma zu beginnen und zu führen“.

 

 Physik zwischen Theorie und Praxis  –  Eine Nachhilfestunde

 
   Sehen wir uns einmal das Kochrezept der wetterunabhängigen Klimaforschung an, mit dem der globale Treibhauseffekt „exakt berechnet“ werden kann: Die gängige „Rezeptur“ ist einem einschlägigen Werk, dem 1994 von der „Schweizerischen Gesellschaft für Umweltschutz“ herausgegebenen Buch „Was ist los mit dem Treibhaus Erde“ von Dr. Fritz Gassmann, entnommen:
   Unter der Überschrift „Wie die Sonne einen Himmelskörper wärmt“ lesen wir:


   „Beginnen wir mit einem einfachen Gedankenexperiment. Wir denken uns eine schwarze Platte von 1 m² Größe, die sich im mittleren Erdabstand von der Sonne befindet und voll gegen die Sonne exponiert ist. Auf der von der Sonne abgewandten Seite denken wir uns vorerst eine ideal wärmeisolierende Schicht, so daß die Plattenrückseite keine Wärme abstrahlen kann. Auf ihrer Vorderseite wird gemäß der Solarkonstanten ein einfallender Energiestrom von 1367 W vollständig absorbiert, weil wir die Plattenvorderseite als schwarz angenommen haben. Durch diese dauernd in sich aufgenommene Energie würde die Platte immer wärmer, wenn sie nicht gleichzeitig Energie abstrahlen würde. Gemäß einem der fundamentalsten Gesetze der Physik, das von den österreichischen Physikern Joseph Stefan (1835-93) und Ludwig Boltzmann (1844-1906) entdeckt wurde, strahlt ein idealer schwarzer Körper Wärmestrahlung ab, deren Intensität einzig und allein von seiner Temperatur T abhängt und proportional zu deren vierter Potenz ist. T ist hier allerdings nicht in °C zu messen, sondern in den physikalisch wesentlich fundamentaleren Kelvin, deren Skala beim absoluten Nullpunkt, also bei der tiefstmöglichen Temperatur, beginnt. 0 K entspricht –273,16 °C und 0 °C entspricht 273,16 K, so daß die Umrechnung sehr einfach ist.
   Der Weltraum hat sich mit seiner heutigen kosmischen Hintergrundstrahlung von 3 K, die vom Urknall übrig blieb, während der 10 - 20 Milliarden Jahre seiner Existenz bis sehr nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlt. Um nun eine Beziehung zwischen der abgestrahlten Intensität (die in W/m² gemessen wird) und T4 (mit der Maßeinheit K4) zu erhalten, ist eine Naturkonstante mit der Maßeinheit W/(m²K4) erforderlich, die zu Ehren der Entdecker Stefan-Boltzmannsche Konstante genannt wird und meist mit dem griechischen σ bezeichnet wird. Sie hat den Zahlenwert  5,67 · 10-8 in den oben angegebenen Einheiten und ist als ebenso fundamental wie etwa die Lichtgeschwindigkeit zu betrachten. Es ist nun höchstens noch ein Taschenrechner notwendig, um die Wärmestrahlung von verschieden temperierten schwarzen Oberflächen zu berechnen und zu den in der Tabelle wiedergegebenen Resultaten zu gelangen.

Aus dieser Tabelle ist zu entnehmen, daß sich unsere gedachte Platte bis etwas über 120 °C erwärmt, bis die von ihr abgegebene Infrarotstrahlung der Solarkonstanten entspricht (Strahlungsgleichgewicht). Entfernen wir unsere auf der Plattenrückseite gedachte Isolation, wird die doppelte Wärmestrahlung emittiert und die Temperatur muß sich auf einen neuen, tieferen Gleichgewichtswert einstellen, der der halben Solarkonstanten (= 684 W/m²) entspricht. Nach der Tabelle ergibt sich eine Temperatur knapp unterhalb von 60 °C.
   Stellen wir uns nun eine schwarze, inwendig isolierte Kugel vor, die der Sonne immer dieselbe Seite zuwendet, wie dies der Erdmond tut. Die einfallende Strahlung Q wirkt in diesem Falle auf die Querschnittsfläche πr² (r = Kugelradius), die Abstrahlung erfolgt jedoch über die halbe Kugeloberfläche 2πr². Wiederum ist also die Abstrahlungsfläche doppelt so groß wie der Einstrahlungsquerschnitt, und die mittlere Gleichgewichtstemperatur auf der Vorderseite wird wie im vorigen Beispiel etwa 60 °C betragen. Auf der Rückseite ist jedoch die Temperatur 0 K, weil keine Energie eingestrahlt wird.
   Lassen wir nun aber die Kugel schnell rotieren, so daß ihre Oberfläche rundherum erwärmt wird. Die Abstrahlungsfläche ist nun die gesamte Kugeloberfläche 4πr², also viermal größer als der Einstrahlungsquerschnitt. Die mittlere Gleichgewichtstemperatur entspricht deshalb einem Viertel der Solarkonstanten (342 W/m²) und wird nach der Tabelle etwa 5 °C warm. Um unsere Überlegungen auf die Erde anwenden zu können, müssen wir zusätzlich noch eine weitere Größe, die Albedo („Weißheit“ oder Reflektivität) einführen, die berücksichtigt, daß eine nicht schwarz ausschauende Oberfläche einen Teil des Sonnenlichts reflektiert. Die mit dem griechischen Buchstaben α bezeichnete Albedo ist eine Zahl, die immer zwischen 0 und 1 liegt: 0 bedeutet schwarz, nicht reflektierend und 1 bedeutet weiß (Entspricht einem vollständig reflektierenden Spiegel, der kein Sonnenlicht absorbiert und deshalb die Temperatur des absoluten Nullpunktes annehmen würde). Streng genommen müßte man α als Albedo für sichtbares Licht bezeichnen und zusätzlich noch eine Albedo (in Form einer Emissivität  = 1 – Albedo) für  Wärmestrahlung berücksichtigen. Da letztere aber selbst für Schnee sehr nahe bei 0 liegt (Schnee ist in bezug auf Wärmeabstrahlung fast ein idealer schwarzer Körper), kann das Stefan-Boltzmannsche Strahlungsgesetz ohne Emissionskorrektur angewendet werden. Nach Satellitenmessungen beträgt die planetare Albedo α im Mittel 0,3. Es werden also 30 Prozent des Sonnenlichtes im wesentlichen durch Wolken, Eis und Meere ins Weltall reflektiert und stehen nicht für die Erwärmung der Erdoberfläche zur Verfügung. Um die mittlere Gleichgewichtstemperatur abzuschätzen, dürfen wir also nur 70 Prozent der Solarkonstanten (957 W/m²) als einfallende und absorbierte Strahlung betrachten. Weiter können wir aufgrund unserer vorherigen Überlegungen, die schnell rotierende Kugel betreffend, auch im Falle der Erde mit einem Geometriefaktor ¼ rechnen. Es müßte sich also eine Gleichgewichtstemperatur entsprechend zu 239 W/m² einstellen, die sich nach der Tabelle zu  –18 °C ergibt. Vergleicht man nun diese ohne Treibhauseffekt berechnete Temperatur mit der mittleren globalen Oberflächentemperatur von +15 °C, so ergibt sich ein Treibhauseffekt von 15 – (–18) = 33 K. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt wäre jegliches Leben auf unserem Planeten unmöglich, das auf dem Vorhandensein von flüssigem Wasser basiert. Es ist sogar so, daß die Erde ohne Treibhauseffekt in einen Zustand endgültiger Erstarrung absinken würde. Größte Teile ihrer Oberfläche würden nämlich zu Eis und Schnee mit einer Albedo von 0,6 oder mehr erstarren und die Gleichgewichtstemperatur entsprechend Q(1– 0,6)/4 = 137 W/m² würde nach der Tabelle auf  –52 °C oder tiefer sinken.“

    Der Text ist ein Paradebeispiel dafür, wie man durch übertriebene Exaktheit im Nebensächlichen von den Manipulationen im Hauptsächlichen geschickt ablenken und den Eindruck objektiver „Wahrheitsfindung“ vortäuschen kann. Aber der geschulten Aufmerksamkeit Ihrerseits wird nicht entgangen sein, daß „er“ hier wieder auftaucht und seine fröhliche Wiederkehr feiert, der alte „Mythos“ von der Erde als „Scheibe“, wenn auch versucht wurde, sie verbal als „Platte“ bis zur Unkenntlichkeit zu kaschieren. Doch deren „Kreisfläche“ hat diesen Trick verraten. Der Rest ist dann eine simple rechnerische Spielerei, zu der man wirklich nicht mehr als einen billigen Schultaschenrechner benötigt und keinen „Supercomputer“ für 100 Millionen Deutsche Mark.

   Bei der gedanklichen Mutation der Erde von der „Scheibe“ zur „Halbkugel“ und dann weiter mittels unendlich schneller Rotation zur „Vollkugel“ wird jedoch die „Scheibenfixierung“ keineswegs hinfällig. Die Vorstellung von der „Scheibe“ führt unter dem Codenamen „Einstrahlungsquerschnitt“ ein derart übermächtiges Eigenleben, daß die gesamte global vernetzte „Klimaclique“ darüber vergißt oder bewußt dem „tumben Volk“ unterschlägt, daß die Erde bei ihrer 24-Stunden-Rotation um die eigene Achse immer als „Halbkugel“ bestrahlt wird und nicht als senkrecht zur Sonne stehende „Scheibe“. Dies geschieht in der bewußt kalkulierten Hoffnung, daß man mit „einem der fundamentalsten Gesetze“ operiert und auch nicht mit den „üblichen“, hundsgemeinen Celsiusgraden, sondern mit „den physikalisch wesentlich fundamentaleren Kelvin“ rechnet, vor Kritik schützt. Dabei kann jeder „Zehntklässler“ der diffizilen Rechenoperation folgen, wenn man ihm aufgibt, folgende Aufgabe zu lösen. Man nehme das Stefan-Boltzmann-Gesetz, setze S = 1368 und errechne T. Das Ergebnis ist 120 °C. Dann ziehe man von S einfach 30 Prozent ab und teile diese Zahl durch 4. Als Ergebnis erhält man S = 240. Damit gehe man in die Formel S = σT4. Erhält der Schüler als Lösung 253 K oder –18 °C, dann macht der Mathelehrer ein Häkchen als Zeichen für „richtig“.
   Doch dem in die „Wetterkunde“ einführenden Geographie- oder Physiklehrer würden sich ob dieses primitiven Lösungsansatzes zur Berechnung der breitenkreisabhängigen Sonneneinstrahlung auf einer rotierenden Kugel alle „Nackenhaare“ sträuben. Der Schüler müßte sich zunächst anhören, daß die Erde sich nicht „unendlich“ schnell dreht, denn dann gäbe es nur „Tag“ und nicht wie am Äquator 12 Stunden Tag und 12 Stunden Nacht. Am Süd- und Nordpol dagegen herrscht wegen der Kugelgestalt und der Neigung der Erdachse von 23,5° zur Umlaufbahn um die Sonne abwechselnd bis zu 24 h Tag und 24 h Nacht. Jedesmal wäre auf der Erde bei Nacht und S = 0 der Schüler vor die Unmöglichkeit gestellt, ein „T“ zu berechnen. Der Schüler bekäme auch den Hinweis erteilt auf das 2. Keplersche Gesetz mit der Folge, daß S mit der Entfernung der Erde von der Sonne variiert und bei Sonnennähe um fast 100 W/m² größer ist als bei Sonnenferne. Dies bedeutete, daß es Anfang Januar im tiefsten Winter rechnerisch „wärmer“ auf der Nordhalbkugel ist als Anfang Juli wenige Tage nach dem Sonnenhöchststand.
Es gäbe noch eine Menge Kuriositäten und Paradoxa!