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Strahlung an der Oberfläche eines Planeten mit treibhauswirksamer Atmosphäre

Planet mit Atm.

Dieses Experiment veranschaulicht die Wirkung verschieden großer Treibhausgaskonzentrationen auf die Strahlungsflüsse zwischen der Erdoberfläche und der Atmosphäre. Damit der Aufbau übersichtlich bleibt, wird gegenüber der Darstellung in Abbildung 2 weiter vereinfacht: das einfallende Sonnenlicht gelangt vollständig zur Erdoberfläche, und ein Energietransport durch Konvektion findet in diesem Modell nicht statt.

Realer Vorgang Analogieexperiment

Aufbau:

Realer Vorgang

aufb09a
© BSB

Analogieexperiment

aufb9b
© BSB

Aufbau

Stationärer Zustand

Die Erdoberfläche erhält einen konstanten Strahlungsstrom von der Sonne; sie erwärmt sich dadurch und gibt entsprechend ihrer Temperatur Wärmestrahlung ab. Diese Wärmestrahlung wird von den Treibhausgasen der Atmosphäre teilweise absorbiert und erwärmt sie.Der Behälter 1 erhält einen konstanten Wasserstrom aus dem Hahn; er füllt sich dadurch und gibt entsprechend seiner Füllhöhe Wasser ab. Dieses Wasser wird mit dem Trichter teilweise im Behälter 2 aufgefangen und erhöht dort den Wasserstand.
Infolgedessen gibt die Atmosphäre entsprechend ihrer Temperatur ebenfalls Wärmestrahlung ab.Infolgedessen gibt der Behälter 2 entsprechend seiner Füllhöhe ebenfalls Wasser ab.
Ein Teil der reemittierten Wärmestrahlung entfernt sich von der Erde,Ein Teil des abgegebenen Wassers fließt ungehindert ab,
der andere gelangt zurück zur Erdoberfläche.der andere gelangt mit Hilfe zweier abwechselnd untergehaltener Bechergläser zurück in den Behälter 1.
Dadurch erwärmt sich die Erdoberfläche und folglich auch die Atmosphäre weiter, bis der insgesamt nach außen abgegebene Strahlungsstrom genauso groß ist wie der von der Sonne eingestrahlte.Dadurch steigt der Wasserstand in Behälter 1 und folglich auch in Behälter 2 weiter, bis der insgesamt abfließende Wasserstrom genauso groß ist wie der aus dem Wasserhahn zufließende.
Diese zusätzliche Erwärmung der Erdoberfläche und der Atmosphäre ist der Treibhauseffekt.Diese zusätzliche Erhöhung beider Wasserstände entspricht dem Treibhauseffekt.

Unterschiedlich starker Treibhauseffekt

Wenn durch eine höhere Konzentration der Treibhausgase ein höherer Anteil der von der Erde kommenden Infrarotstrahlung in der Atmosphäre absorbiert wird, erwärmt sich die Atmosphäre.Wenn durch einen größeren Trichter mehr Teilstrahlen aus der "Brause" im Behälter 2 aufgefangen werden, steigt der Wasserstand im Behälter 2.
Dadurch verstärkt sich die Rückstrahlung zur Erde, und die Erdoberfläche wird wärmer.Dadurch vergrößert sich die in Behälter 1 zurücktransportierte Wassermenge, und dort steigt der Wasserspiegel.
Die Bemerkungen im Abschnitt 5.2.2 zur Reaktion des Systems auf Störungen und auf eine veränderte Energiezufuhr sowie zum Zeitverhalten gelten sinngemäß auch hier.

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