Warum ist es auf dem Berg kalt?

[hmpf]

Hier noch einmal die Temperaturverläufe in der Atmosphäre für bildungswillige User:

Falls es hier noch mehr User gibt, die nicht verstehen, warum es in der Tropopause eine Wärmesenke geben muss:
Nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik fließt Wärme stets von warmen Bereichen zu kälteren
Bereichen – niemals umgekehrt.
Wenn man also einen Kochtopf mit kochendem Wasser auf eine ausgeschaltete kalte Herdplatte stellt,
fließt solange Wärme vom Topf in die Herdplatte, bis die Temperaturen von Platte und Topf exakt gleich sind.
In diesem Beispiel war der Topf mit kochendem Wasser die Wärmequelle und die ausgeschaltete Herdplatte
war die Wärmesenke. In der Atmosphäre ist es genauso:

Da entsprechen Stratosphäre und Troposphäre zwei heißen Töpfen und die Tropopause ist die kalte Herdplatte.
Im vorigen Beispiel wurde die Herdplatte durch die Wärme vom Topf immer wärmer.
Bei der Tropopause passiert das jedoch nicht. Die bleibt seit Jahrzehnten a…kalt.
Der einzige Grund dafür kann nur sein, dass etwas die in die Tropopause permanent fließenden Wärmeströme
aus der Atmosphäre entfernt. Da es aber ober und unterhalb der Tropopause wärmer ist, kann dies nur durch
Strahlung geschehen.
Die einzigen Gase, die im Bereich von 4 bis 50 µm IR-Strahlung absorbieren und deshalb dort auch strahlen
können, sind die Treibhausgase. Die stärksten Vertreter in der Atmosphäre davon sind CO2 und H2O.
Sie stellen die Wärmesenke dar, die die Wärmeenergie von der Sonne über die UV-Absorption des Ozons in der
Stratosphäre und über die Wärmestrahlung, Wärmeleitung und Konvektion von dem Erdboden über die
Troposphäre wieder an den Weltraum zurückgibt.
Irgendwelche Luftströmungen können nur Wärme innerhalb der Atmosphäre hin und her oder rauf und runter
oder vor und zurück transportieren. Sie können aber keine Wärmeenergie aus der Atmosphäre entfernen.
Ist an meiner Beschreibung etwas unklar?

Den Temperaturgradienten in der Troposphäre kann man natürlich „adiabatisch“ nennen und behaupten
die Temperaturabnahme sei, durch die sich beim Aufstieg abkühlende Luft, entstanden.
Dies ist jedoch eine Wunschvorstellung von CO2-Theologen und hat nichts mit Physik zu tun, denn Luft steigt
nur auf, weil und solange sie wärmer als ihre Umgebungsluft ist.
Somit kann die aufsteigende Luft der Umgebungsluft keine Wärme entziehen und sie selbst wird ja nicht kälter
als die Luft, zu der sie aufgestiegen ist.
Also beschreiben alle „adiabatischen Rechnungen“ physikalischen Unfug.
Einzig die Wärmestrahlung der Treibhausgase aus der Atmosphäre oberhalb von 4 km Höhe kann teilweise den
Weltraum erreichen und damit die obere Atmosphäre kühlen.

Da es hier ja offensichtlich noch mehr User im Vorschulalter gibt:
Wenn ein Topf mit Wasser auf einer kalten Herdplatte steht, gleichen sich die Temperaturen des
Topfes und der Herdplatte nach einiger Zeit exakt an.
Regelt man die Herdplatte auf exakt 40 °C, hat man eine Wärmequelle (Herdplatte) und eine
Wärmesenke (Kochtopf + Küchenluft).
Nach einiger Zeit erreicht der Kochtopf ca. 38 °C. Heißer wird er nicht, weil ja permanent auch Wärme
an die Küchenluft abgegeben wird.
Es bleibt also eine Temperaturdifferenz von 2 C° dauerhaft erhalten.
Wenn man jetzt die Küche theoretisch ideal thermisch isolieren würde, würde nach einigen Tagen die
Lufttemperatur in der ganzen ideal isolierten Küche 40 °C betragen.
Jeder Temperaturgradient in der Küche wäre null.
Die Temperaturregelung der Herdplatte würde dann keinen Strom mehr einspeisen, weil es ja keine
Wärmesenke mehr gäbe.
Gibt es daran etwas nicht oder schwer zu verstehen?

[Rudi Knoth]

Aber: Der vertikale Temperaturgradient in der Troposphäre entsteht nicht durch „lokale Abstrahlung“ selbst, sondern durch Konvektion + Schwerkraft + Gasgesetze.
Die Strahlung ist nur der Energieabfluss, der diese Konvektion dauerhaft antreibt.

Die Konvektion kann nicht zum Stillstand kommen wie in hmpfs Autoreifen oder isolierter Küche – auch ohne Treibhausgase nicht – schon allein deshalb, weil die stärkste Wärmequelle auf jedem Breitengrad täglich über die ganze Oberfläche wandert (Sonnenstand). Das ganze bleibt dynamisch und wird niemals statisch wie in hmpfs Reifen oder Küche.
 

Nun damit ist die Strahlung ein Teil des Mechanismus, der den negativen Temperaturgradienten aufrecht erhält. Denn das meinte ich mit der Bemerkung:

Nun da muß ich man etwas klar stellen. Eine adiabatische Erwärmung oder Abkühlung ist ein dynamischer Prozess etwa wenn Luft aufsteigt oder absteigt. Dies geht aber nicht ohne Energiezufuhr. Und Wärmeenergie kann nur durch Wärmequellen und Wärmesenken in mechanische Arbeit umgewandelt werden.

Und jetzt zu deiner Bemerkung zur "wandernden Sonne":

Von der Erdoberfläche sind 70% von Wasser bedeckt. Und im Falle etwa der Meere sind die Temperaturschwankungen wesentlich kleiner als auf dem Festland. Bedenkt man dann, daß die Südhalbkugel noch mehr als die Nordhalbkugel von Wasser bedeckt ist, funktioniert deine Erklärung nicht so gut.

Gruß
Rudi Knoth

[hmpf]

... Nun damit ist die Strahlung ein Teil des Mechanismus, der den negativen Temperaturgradienten aufrecht erhält. Denn das meinte ich mit der Bemerkung: ...

Sorry, aber was außer der Strahlung der Treibhausgase, könnte eine weitere Wärmesenke in der Atmosphäre bilden
und so zu einem negativen (anti-adiabatischen) Temperaturgradienten beitragen?

[Kurt]

Aber: Der vertikale Temperaturgradient in der Troposphäre entsteht nicht durch „lokale Abstrahlung“ selbst, sondern durch Konvektion + Schwerkraft + Gasgesetze.
Die Strahlung ist nur der Energieabfluss, der diese Konvektion dauerhaft antreibt.

Die Konvektion kann nicht zum Stillstand kommen wie in hmpfs Autoreifen oder isolierter Küche – auch ohne Treibhausgase nicht – schon allein deshalb, weil die stärkste Wärmequelle auf jedem Breitengrad täglich über die ganze Oberfläche wandert (Sonnenstand). Das ganze bleibt dynamisch und wird niemals statisch wie in hmpfs Reifen oder Küche.
 

Nun damit ist die Strahlung ein Teil des Mechanismus, der den negativen Temperaturgradienten aufrecht erhält. Denn das meinte ich mit der Bemerkung:

Und ich dachte das es zumindest von den übrigen Schreiberlingen hier verstanden wäre. Ist aber wohl immer noch nicht so.

Das "Abiatische":
Selbst wenn es keinerlei Austausch oder Konvektion oder wirksames Strahlungsungleichgewicht gibt.
Oben in der Atmosphäre wird immer eine niedrigere Temperatur als unten am Boden gemessen.

Selbst wenn das Ganze, so wie eine Sanduhr, umgedreht wird ändert sich daran nicht, oben kälter als unten.


Kurt

.

[Rudi Knoth]

... Nun damit ist die Strahlung ein Teil des Mechanismus, der den negativen Temperaturgradienten aufrecht erhält. Denn das meinte ich mit der Bemerkung: ...

Sorry, aber was außer der Strahlung der Treibhausgase, könnte eine weitere Wärmesenke in der Atmosphäre bilden
und so zu einem negativen (anti-adiabatischen) Temperaturgradienten beitragen?

Es geht nicht um Wärmesenken sondern um die Abkühlung der aufsteigenden Luft etwa in einer Gewitterwolke. Denn wie anders als durch adiabatische Abkühlung und Erwärmung sollen sonst Hagelkörner entstehen?

Gruß
Rudi Knoth

[hmpf]

... Oben in der Atmosphäre wird immer eine niedrigere Temperatur als unten am Boden gemessen. ...

Aber nur weil es oben in der Atmosphäre eine Wärmesenke – die Treibhausgase – gibt.
Ansonsten beweisen Sie doch einfach, dass es in einem Autoreifen dauerhaft wärmer als in der Umgebungsluft ist.

[hmpf]

...
Es geht nicht um Wärmesenken sondern um die Abkühlung der aufsteigenden Luft etwa in einer Gewitterwolke. Denn wie anders als durch adiabatische Abkühlung und Erwärmung sollen sonst Hagelkörner entstehen?
...

Wo hätte ich behauptet, dass sich aufsteigende Luft nicht abkühlen würde?
Sie kann aber keinen dauerhaften Temperaturgradienten „erzeugen“, denn sie kann ja nicht ständig aufsteigen.
Sie kann nur Wärme von unten nach oben transportieren.
Dass es oben in der Troposphäre kälter ist, ist physikalisch nur durch die Strahlung der Treibhausgase begründbar.
Konvektionen oder Luftströmungen sind thermisch durch Wärmequellen unterschiedlicher Temperatur bedingt
und selbst weder Wärmequellen noch Wärmesenken.

[Frau Holle]

Aber: Der vertikale Temperaturgradient in der Troposphäre entsteht nicht durch „lokale Abstrahlung“ selbst, sondern durch Konvektion + Schwerkraft + Gasgesetze.
Die Strahlung ist nur der Energieabfluss, der diese Konvektion dauerhaft antreibt.

Nun damit ist die Strahlung ein Teil des Mechanismus, der den negativen Temperaturgradienten aufrecht erhält.

Ja sicher. Die Strahlung existiert aber auch ohne Treibhausgase, dann halt ausschließlich von der Oberfläche ins All.

Ohne Strahlungskopplung (z. B. in einer N₂/O₂-Atmosphäre ohne Treibhausgase) gäbe es keine stabile Tropopause, sondern eine reine Adiabatik bis zur Oberfläche. Das Temperaturprofil wäre ganz anders:

Ohne Treibhausgase (nur N₂, O₂, keine IR-Aktivität)

- Energieabgabe ans All erfolgt nur direkt von der Oberfläche.
- Die Atmosphäre selbst ist strahlungsdurchlässig => sie hat keine eigene „Kühlmöglichkeit“.
- Vertikal stellt sich eine trocken-adiabatische Schichtung ein (z=Höhe):
dT/dz = -g/cp = -9,8 K/km

Es gibt keine Tropopause – die Temperatur nimmt linear mit der Höhe ab, bis die Luft so dünn ist, dass kaum noch Konvektion übertragen wird.

Das Temperaturprofil ist also eine durchgehende Gerade, von der Oberfläche bis zum oberen Rand der Troposphäre.

Mit Treibhausgasen (reale Erde)

- Die Atmosphäre selbst absorbiert und emittiert IR-Strahlung.
- Damit können auch obere Luftschichten Wärme ins All abstrahlen.

Folge:
- In der Troposphäre: konvektiver Transport dominiert => adiabatischer Gradient (~ −6,5 K/km im Mittel).
- In der Stratosphäre: Absorption von UV durch Ozon und IR-Emission durch CO₂ => Temperatur steigt wieder mit der Höhe (Inversion).
- Es bildet sich eine Tropopause, an der die Konvektion „stoppt“, weil oberhalb Strahlung der dominierende Energietransport ist.

Temperaturprofil: Knick bei ~10–15 km => Minimum => dann Anstieg:

Temp.Gradient.png (94.45 KiB) 2107-mal betrachtet

Direkter Vergleich
- Nur Adiabatik (ohne Treibhausgase): monoton fallend, keine Tropopause, keine Stratosphäre.
- Strahlungsgekoppelt (mit Treibhausgasen): Knick und Schichtung => Troposphäre (konvektiv), Tropopause, Stratosphäre (strahlungsdominiert):

Temp.Gradient-1.png (56.51 KiB) 2112-mal betrachtet

 

[Kurt]

... Oben in der Atmosphäre wird immer eine niedrigere Temperatur als unten am Boden gemessen. ...

Aber nur weil es oben in der Atmosphäre eine Wärmesenke – die Treibhausgase – gibt.

Nein, ich habe doch die Umstände vorgelegt, es ist oben grundsätzlich kälter, wird eine geringere Temperatur gemessen als unten.

Ansonsten beweisen Sie doch einfach, dass es in einem Autoreifen dauerhaft wärmer als in der Umgebungsluft ist.

Was soll denn der Blödsinn, wieso kommst du immer mit "beweise doch" mit Umständen die ich nie, und niemals jemand anderer, behauptet hat.
Das mit dem Autoreifen habe ich doch mehr als einmal verständlich und klar dargelegt. Ist wohl nicht angekommen oder du suchst nur Strohmänner.
Anscheinend hast du nichtmal kapiert warum das gemacht wurde.

Nochmal: es gilt das was ich hier:
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Das "Abiatische":
Selbst wenn es keinerlei Austausch oder Konvektion oder wirksames Strahlungsungleichgewicht gibt.
Oben in der Atmosphäre wird immer eine niedrigere Temperatur als unten am Boden gemessen.

Selbst wenn das Ganze, so wie eine Sanduhr, umgedreht wird ändert sich daran nicht, oben kälter als unten.
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Lies halt mal die Argumente und Erklärungen dazu und versuche sie zu kapieren, schliesslich wurden sie dir ja mehrmals zu diesem Zweck vorgelegt.

Kurt

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[Frau Holle]

Und jetzt zu deiner Bemerkung zur "wandernden Sonne":
Von der Erdoberfläche sind 70% von Wasser bedeckt. Und im Falle etwa der Meere sind die Temperaturschwankungen wesentlich kleiner als auf dem Festland. Bedenkt man dann, daß die Südhalbkugel noch mehr als die Nordhalbkugel von Wasser bedeckt ist, funktioniert deine Erklärung nicht so gut.

Was soll "nicht so gut" bedeuten? Die Erklärung funktioniert. hmpfs Postulat "die Luft ist nicht adiabatisch" funktioniert dagegen nicht. Luft ist ein Gas. Adiabatik existiert in Gasen. => Seine Behauptung ist Unsinn.

Wie aber könnte es zu einem negativen Temperaturgradienten in der Troposphäre kommen, wenn ohne Treibhausgase 80 % der Strahlung von der Erdoberfläche direkt ins Weltall gelangen würden?

Es wären 100% ohne Treibhausgase. Zum negativen Temperaturgradienten in der Troposhäre kommt es durch Adiabatik, wie schon 100fach erklärt.