Ein physikalischer Exkurs
Das bei der Verbrennung unserer Energieträger erzeugte Kohlenstoffdioxid CO2 wird von Mal zu Mal mehr versteuert. Wir merken es an den steigenden Gas-, Öl- und Spritpreisen. Umso mehr bedarf es der Klärung, ob und in welchem Umfang das zu 0,042 % (420 ppm) in der Luft vorhandene CO2 Einfluss auf das Klima hat.
Das vom Menschen verursachte CO2 ist nach Ansicht des UN-IPPC (Weltklimarat) der maßgebliche Verursacher der zunehmenden Erdtemperatur. Anerkannte wissenschaftliche Beweise für diese Ansicht gibt es nicht. Wesentliche Einflussfaktoren des Klimawandels wie Sonneneinstrahlung und Sonnenaktivität, Wolkenbildung, Pazifische Dekaden-Oszillationen, El-Niño-Ereignisse und auch Planetenkonstellationen bleiben in den Wetter-Modellmodellierungen unbeachtet, weil sie sich der mathematischen Erfassung entziehen. Sämtliche Berichte des Weltklimarates und darauf fußende politische Programme beruhen auf Hypothesen und Theorien, die am Beispiel der Erderwärmung in nahezu allen Fällen zu einer deutlichen Überschätzung der eingetretenen Erderwärmung führten.
Ein Grund dafür liegt in der falschen Beurteilung der physikalischen Prozesse in der Erdatmosphäre. Unstrittig ist die von der Erdoberfläche ausgehende Infrarot (IR)-Strahlung in Richtung Weltall nach vorausgegangener Sonneneinstrahlung. Diese Strahlung wird von gasförmigem Wasser sowie CO2 und anderen mehratomigen Gasmolekülen absorbiert.
Im Folgenden greife ich auf eine Veröffentlichung von Prof. Dr. Klaus-Dieter Döhler aus dem Jahr 2024 zurück, in dem er die physikalischen Fakten der IR-Strahlenwirkung im Umfeld des CO2 zusammengestellt hat.
CO2-Moleküle absorbieren Infrarotstrahlung bei spezifischen Wellenlängen (hauptsächlich bei etwa 4,26 μm und 15 μm). Diese Energieanregung führt dazu, dass das Molekül in einen höheren Schwingungszustand übergeht (Schwingungs- und Rotationsanregung). Innerhalb von Mikro- bis Nanosekunden gibt das CO2 die absorbierte Energie wieder ab [1]. Dies kann auf drei verschiedene Weisen geschehen:
- Nicht-strahlende Übergänge
Stoßen CO2-Moleküle im angeregten Zustand auf andere Luftmoleküle, z.B. Stickstoff (N2) und Sauerstoff (O2), dann übertragen sie ihre Energie auf die Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle. Dies führt zu einer Umwandlung der Schwingungsenergie in kinetische Energie (Wärme). Die N2 und O2 Moleküle dehnen sich aus, werden leichter und steigen nach oben, also weg von der Erde. Dieser Prozess wird als nicht-strahlende Relaxation bezeichnet.
Wenn die Energie durch nicht-strahlende Übergänge verloren geht, wird sie als Wärme an die Umgebung abgegeben, und unterliegt somit dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik. Das bedeutet aber auch, dass diese Energie nicht mehr in Form von Strahlung re-emittiert werden kann. Ebenso wenig ist sie in der Lage, unter ihr liegende wärmere Luftschichten zusätzlich zu erwärmen.
- Wärmeleitung und Konvektion
Die von CO2-Molekülen abgegebene Wärmeenergie kann durch Wärmeleitung und Konvektion weiter in der Atmosphäre verteilt werden. Auch diese Art von Wärme unterliegt dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik und kann somit nicht aus der kalten Atmosphäre den wärmeren Erdboden noch weiter erwärmen
- Emission von Photonen
Jene angeregten CO₂-Moleküle, die ihren angeregten Zustand nicht durch Stoßkontakt verlieren, können die aufgenommene Energie direkt als IRStrahlung wieder emittieren. Diese Emission erfolgt zufällig und geht in alle Richtungen, somit auch nach unten in Richtung Erdoberfläche. Insgesamt betrachtet, ist der Energieverlust zwischen Absorption und Re- Emission von Infrarotstrahlung durch ein CO2-Molekül minimal, wenn man nur die strahlenden Prozesse betrachtet. Jedoch ist es wichtig zu berücksichtigen, dass der weitaus größere Anteil der Energie – nämlich 99,96 Prozent, gleichbedeutend mit 9.996 von 10.000 Luftmolekülen – durch nicht-strahlende Prozesse (wie Kollisionen und thermischen Relaxation) in Wärme umgewandelt wird und somit nicht in Form von Infrarotstrahlung re-emittiert werden kann.
Die Chancen, dass eines der 4 CO2-Moleküle – umgeben von 9.996 Luftmolekülen – seine Aktivierungsenergie an ein anderes CO2-Molekül per Strahlung abgeben kann und damit eine Kaskade bis zum Erdboden eröffnet, sind rein theoretisch gegeben, aber sie sind mit 0,04 Prozent äußerst gering. Selbst bei einer Verdoppelung der Anzahl der CO2Moleküle in der Atmosphäre auf 840 ppm wären diese Chancen mit 0,08 Prozent verschwindend gering. Hinzu kommt, dass nach Ansicht der „Treibhaus-Theoretiker“ ja nur maximal die Hälfte der Strahlung nach unten in Richtung Erdoberfläche gerichtet wäre, die andere Hälfte ist nach oben in Richtung Weltall gerichtet. Je höher sich die CO2-Moleküle in der Atmosphäre befinden, desto weniger sind sie von N2 und O2-Molekülen umgeben. Das gibt der Strahlung in Richtung Weltall weniger Behinderung als in Richtung Erdboden. Sie wirkt also kühlend auf die Atmosphäre, nicht wärmend.
Liou [2] beschreibt die Strahlungstransferprozesse in der Atmosphäre und betont, dass die re-emittierte Strahlung von CO2-Molekülen ständig von anderen Molekülen absorbiert und wieder emittiert wird, was die effektive Reichweite der Strahlung auf kurze Distanzen beschränkt.
Bei großzügiger Auslegung dieser Reichweite, sagen wir von 10 cm, bedeutet dies, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,04 Prozent innerhalb von 10 cm ein Energietransfer per Strahlung von einem CO2-Molekül auf ein anderes CO2-Molekül erfolgt. Die Wahrscheinlichkeit, dass der angerregte Zustand stattdessen durch Stoßaktivierung auf N2 und O2 übertragen wird, beträgt hingegen 99,96 Prozent. Nach weiteren 10 cm Distanz wäre die Wahrscheinlichkeit einer Übertragung durch Strahlung nur noch 0,04 x 0,04 = 0,0016 Prozent. Nach weiteren 10 cm wäre diese Wahrscheinlichkeit nur noch 0,0016 x 0,04 = 0,00006 Prozent und nach 50 cm nur noch 0,0000001 Prozent. Um das zu berechnen benötigt man keine komplizierten Differential- und Integralformeln, keine HITRAN-Transmissionsspektren, kein Lambert-Beer-Gesetz und auch keine 100 Millionen Dollar teuren Supercomputer – dazu genügen etwas Logik, ein Taschenrechner und gesunder Menschenverstand.
Würde sich wirklich eine „CO2-Barriere“ in 6.000 Metern Höhe befinden, wie von Svante Arrhenius behauptet, und würde diese für die IR-Gegenstrahlung verantwortlich sein, dann hieße das logischerweise, dass circa 50 cm unterhalb von 6.000 Metern keine Gegenstrahlung mehr ankommt, weil der weitaus überwiegende Anteil der Gegenstrahlung durch Molekülkollision als Wärme an die umgebende Luft abgegeben und dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik folgend, nach oben in Richtung Weltall steigen würde. Selbst wenn wir davon ausgehen, dass es diese imaginäre CO2-Barriere in 6.000 Metern Höhe gar nicht gibt, sondern dass die gegenstrahlungsfähigen CO2-Moleküle gleichmäßig in der Atmosphäre verteilt sind – diese Annahme gebührt der Logik – so ergibt die zuvor durchgeführte Berechnung, dass oberhalb von 50 cm Entfernung vom Erdboden keine Gegenstrahlung mehr auf dem Erdboden ankommt. Das müsste sie aber, um eine Erderwärmung verursachen zu können. Das ist vermutlich auch der Grund, dass es zwar viele Studien gibt, die die Gegenstrahlung von CO2 nachgewiesen haben, aber gleichzeitig keine Erwärmung feststellen konnten.
Bereits 1971 schrieb Prof. Dr. Heinz Fortak in seinem Buch „Meteorologie“: „Der „Zyklus“ der langwelligen Strahlung zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre trägt nichts zur Erwärmung des Systems bei. Die Emission infraroter Strahlen sorgt lediglich für das Strahlungsgleichgewicht am oberen Rand der Atmosphäre“.
Klaus Puls erwähnte in einem seiner Vorträge: „Die Treibhaus-Wirkung von zusätzlichem CO2 ist marginal, und liegt im natürlichen Rauschen der Klima-Temperaturen“.
Zum Abschluss nochmals ein Warnruf an alle, die in dem vom Menschen erzeugten Kohlenstoffdioxid ausschließlich einen Schadstoff sehen:
Ohne CO2 wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich!!! Ohne CO2 wäre bereits die Entstehung des Lebens vor etwa 4 Milliarden Jahren nicht möglich gewesen, denn von allen auf der Erde verfügbaren Elementen wie Sonne, Wasser, Mineralstoffe, Sauerstoff, Stickstoff und CO2 hat nur das CO2 den lebensnotwendigen Kohlenstoff (C) im Molekül. Ohne Kohlenstoff ist ein Leben wie wir es auf der Erde kennen, nicht möglich!
Quellen
[1] https://link.springer.com/book/10.1007/978-0-387-48951-3
[2] Liou, K. N. (2002). „An Introduction to Atmospheric Radiation.“ Academic Press
https://www.sciencedirect.com/bookseries/international-geophysics/vol/84
[3] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2950630125000250