Warum ist es auf dem Berg kalt?

[Skeptiker]

Kein Stoff kann Strahlung speichern!

Strahlung speichern bedeutet hier nicht, dass IR-Photonen wie in einer Box „aufbewahrt“ werden.
Gemeint ist: Bestimmte Moleküle interagieren mit Strahlung und verzögern ihre Weiterleitung aus dem System → Verweildauer der Energie steigt → „Strahlungshaushalt“ ändert sich.
Das ist exakt die Basis des Treibhauseffekts. Es wird nicht behauptet, dass CO₂ wie ein Akku funktioniert.

Nur durch diese Emission von Strahlung wird die Tropopause abgekühlt - durch sonst nichts.

Die Kühlung der oberen Atmosphäre erfolgt nicht nur durch Strahlung, sondern durch das Zusammenspiel von Strahlung, Konvektion und anderen Treibhausgasen
Ohne Konvektion (also vertikalen Energiefluss durch bewegte Luft) würde die Energie gar nicht erst in Höhen gelangen, wo sie abstrahlen kann.

[Frau Holle]

Im Folgenden geht es um den theoretischen Fall einer Atmosphäre ohne Treibhausgase, nur O2 und N2 seien vorhanden. Die Oberfläche enthält noch anderes Material, das Sonneneinstrahlung absorbieren und reflektieren kann, im Unterschied zur Atmosphäre.

Die Oberfläche verwandelt Sonnenlicht a) in langwellige IR-Strahlung und b) in Wärme. Jede Strahlung der Oberfläche durchquert die Atmosphäre ungehindert und entweicht ins All. Die Wärme der Oberfläche heizt die unmittelbar angrenze Luftschicht durch Wärmeleitung auf, sozusagen mechanisch.

Da nur das feste und flüssige Material der Oberfläche Strahlung in Wärme umwandelt und umgekehrt, ist sie die einzige Wärmequelle im ganzen System.

Weil die Wärmeleitung in Luft nur langsam und träge erfolgt, ist das Material der Oberfläche stets wärmer als die unmittelbar angrenzende Luftschicht. Denn die Wärme, welche von der Oberfläche an die Luft abgegeben wird, wird der Oberfläche permanent durch Sonneneinstrahlung nachgeliefert.

Die unterste Luftschicht wiederum ist stets die wärmste, da sie sie direkt an die Wärmequelle (Oberfläche) grenzt. Sie wird also aufsteigen, weil es oberhalb kälter ist. Es ist Selbstverständlich, dass die Oberfläche nicht einheitlich überall gleich viel Wärme an die Luft abgibt, sondern je nach Beschaffenheit und Sonneneinstrahlung gibt es horizontal Bereiche mit unterschiedlichen Luft-Temperaturen.

Irgendwelche Einwände? Ist soweit etwas unklar?

Nun zur Behauptung:

dass Konvektion nichts zur Abkühlung mit der Höhe in der Atmosphäre beiträgt.
Im Gegenteil, Konvektion transportiert Wärme von unten nach oben – wie im Kölner Dom.
Dass sich die zunächst wärmere Luft während des Aufstiegs abkühlt, widerspricht dem nicht, denn sie steigt ja nur solange auf, bis ihre Temperatur der Umgebung entspricht.

Da warme Luft während des Aufstiegs abkühlt, ist sie oben nicht mehr warm, logischerweise.

Es wird also nicht Wärme nach oben transportiert, sondern nur Luft. Ihre Wärme ist nicht mehr vorhanden, wenn die aufgestiegenen Luftmoleküle auf Umgebungstemperatur abgekühlt sind und der Aufstieg aufhört. Andernfalls hört der Aufstieg eben nicht auf.

Frage: Kann man das auch anders sehen?

Dann aber kann diese Adiabatik der Atmosphäre keine Wärme mehr entziehen.

Frage: Wie sollte Adiabasie der Atmosphäre überhaupt Wärme "entziehen"?
Was an Wärme mit der Luft aufsteigt und abkühlt, wird ja unten ersetzt durch das Nachfließen der Wärme, die in abgesunkener Luft entstanden ist. Insgesamt wird der Atmosphäre keine Wärme entzogen.

Wenn Sie etwas nicht verstehen, stellen Sie einfach eine sachliche Frage.

Das waren jetzt zwei sachliche Fragen. Wenn du etwas daran nicht verstehst, dann bring doch einfach wie immer eine unverschämt unsachliche Antwort. Ich brenne darauf.
 

[Frau Holle]

...
Es wird also nicht Wärme nach oben transportiert, sondern nur Luft. Ihre Wärme ist nicht mehr vorhanden, wenn die aufgestiegenen Luftmoleküle auf Umgebungstemperatur abgekühlt sind und der Aufstieg aufhört. Andernfalls hört der Aufstieg eben nicht auf.
Frage: Kann man das auch anders sehen? ...

Ja wo isse denn hin die Wärme, die unten vom Erdboden ins Luftpaket geleitet wurde?
Wurde sie weggebeamt?

Man nennt es Adiabasie, nicht beamen. Die Wärme ist die kinetische Energie der Gasteilchen. Sie wird beim Aufstieg gegen die Schwerkraft in potentielle Energie verwandelt. Der Aufstieg ist nicht gratis. Denn im konservativen Gravitationsfeld gilt Energieerhaltung.

Sie ist vom während des Aufstiegs ja noch wärmeren Luftpaket an die restliche Atmosphäre abgegeben worden.
Somit hat der nicht ganz adiabatische Aufstieg Wärme von unten nach oben in der Atmosphäre transportiert.

Eine ziemlich naive Vorstellung. Die Wärme wird nicht einfach transportiert und häppchenweise an Nachbarn abgegeben, nach dem Motto "nimm du mal".

Als kinetische Energie wird sie verbraucht bzw. umgewandelt. Die Gasteilchen stoßen sich mit ihrer kinetischen Wärmeenergie unten ab, wo die Dichte größer ist, das "Material" sozusagen fester, und bewegen sich deshalb nach oben. Dabei nimmt ihre kinetische Energie natürlich ab, d.h. ihre Wärme, und ihre potentielle Energie nimmt zu, wie es sich gehört.

So ist es letztlich der dauerhafte Druckabfall mit der Höhe im Gravitationsfeld, der für den dauerhaften Temperaturgradienten verantwortlich ist. Die Meteorologen haben völlig recht.
 

[bumbumpeng]

https://de.wikipedia.org/wiki/Nyos-See

Der Nyos-See ist ein Kratersee in Kamerun (Zentralafrika). Er befindet sich in einem alten Vulkankrater im Oku-Vulkangebiet. Der See wurde durch die Nyos-Tragödie bekannt, bei der im August 1986 plötzlich große Mengen von Kohlenstoffdioxid (CO2) aus dem See austraten und etwa 1700 Bewohner der umliegenden Dörfer töteten.

In einer Senke fanden Naturforscher mehrere tote Kleintiere, Eidechsen Frösche Kröten u.a. .
Die Ursache dafür war CO2.
Wo sammelt sich CO2? Immer schön ganz unten.

Ich spreche vom CO2-Wahn. Das CO2 hat jedenfalls nicht die Ausmaße, die dem CO2 angedichtet werden. Was Treibhaus angeht, wirkt sich Wasserdampf wesentlich intensiver aus.
Die Quellen, die CO2 ausstoßen, erzeugen ordentlich Wärme und die wirkt sich direkt aus.

Ja, CO2-Steuer. Also CO2-Wahn, um eine fadenscheinige Begründung zu haben, um die Bürger so richtig abzocken zu können. Ver-ar-schung bis zum Jüngsten Tag.

[bumbumpeng]

Kein Stoff kann Strahlung speichern!

Strahlung speichern bedeutet hier nicht, dass IR-Photonen wie in einer Box „aufbewahrt“ werden.
Gemeint ist: Bestimmte Moleküle interagieren mit Strahlung und verzögern ihre Weiterleitung aus dem System → Verweildauer der Energie steigt → „Strahlungshaushalt“ ändert sich.

Die Energie der Sonne wird wie in einer Laufzeitkette sphärisch fortlaufend "zwischengelagert".
Ähnlich Wasserleitung.
Die Sonne pumpt Energie in Form von Schwingungen in das el. Feld und das magn. Feld sphärisch ein und an der Erde kommt dann ca. 8 min. später ein kleiner Teil davon an.

Photonen gibt es nicht, es gibt ENERGETISCHE Schwingungen.

[Skeptiker]

Somit geben Sie zu, dass Konvektion nichts zur Abkühlung mit der Höhe in der Atmosphäre beiträgt.
Im Gegenteil, Konvektion transportiert Wärme von unten nach oben – wie im Kölner Dom.
Dass sich die zunächst wärmere Luft während des Aufstiegs abkühlt, widerspricht dem nicht, denn
sie steigt ja nur solange auf, bis ihre Temperatur der Umgebung entspricht.
Dann aber kann diese Adiabatik der Atmosphäre keine Wärme mehr entziehen.

Was richtig ist:
1. Konvektion transportiert Wärme von unten nach oben.
Ja, warme Luftpakete steigen auf, weil sie eine geringere Dichte haben als die Umgebungsluft. Dabei nehmen sie thermische Energie mit nach oben.

2. Ein Luftpaket steigt nur so lange, bis es mit der Umgebungstemperatur im Gleichgewicht ist.
Auch das ist korrekt: Ist das aufsteigende Paket kälter als die Umgebung, sinkt es wieder ab – der Auftrieb verschwindet.

Was nicht richtig ist:, bzw. irreführend:
1. "Konvektion trägt nichts zur Abkühlung mit der Höhe bei":
Falsch. Konvektion ist essentiell für das Temperaturprofil in der Troposphäre.
Ohne Konvektion würde die Luftschichtung durch reine Strahlungskühlung sehr instabil und stark geschichtet sein.
Der beobachtete Temperaturgradient von etwa 6,5 K/km ist nur durch Konvektion (mit adiabatischer Abkühlung) stabil erklärbar.
Konvektion verteilt Energie vertikal, was notwendig ist, damit Treibhausgase in höheren Atmosphärenschichten die Energie abstrahlen können.

2. "Dann aber kann die Adiabatik keine Wärme mehr entziehen":
Adiabatische Abkühlung ist kein Prozess, der dem System dauerhaft Energie entzieht. Aber:
Sie verschiebt Energie vertikal, sodass diese durch Strahlung (vor allem durch CO₂, H₂O, O₃) in oberen Atmosphärenschichten abgegeben werden kann.
Ohne Konvektion gäbe es keinen Transport dieser Energie in emittierende Höhen – das ist wie ein Heizkörper ohne Kamin.

[Skeptiker]

Genau diese Wärmeleitfähigkeit der Luft unterschlagen die meisten „Meteorologen“.

Die Aussage über die „unterdrückte Wärmeleitfähigkeit“ ist physikalisch unpräzise und im klimatologischen Kontext irreführend.
Wärmeleitung ist in der Atmosphäre nur in sehr dünnen Schichten (z. B. direkt über dem Boden) relevant.
In den entscheidenden Höhenbereichen wird Energie fast ausschließlich durch Konvektion und Strahlung transportiert.

Das wird ja immer peinlicher mit dir hier.

[Skeptiker]

Aufsteigende Luftpakete transportieren Wärme nach oben.
Absteigende Luftpakete entziehen unteren Luftschichten die Wärme.
Beide Massenströmungen sind exakt gleich groß und kompensieren sich deshalb zu 100 %.

Was physikalisch falsch oder irreführend ist:
1. „Auf- und Abwärtsbewegung kompensieren sich zu 100 %.“
Falsch im Kontext des Energieflusses.
Dass Luftmassen gleich viel auf- wie absteigen (wegen Massenerhaltung), heißt nicht, dass sich der Energietransport dadurch aufhebt.
Aufsteigende Luft transportiert Wärme nach oben, wo sie (durch Strahlung) in den Weltraum abgegeben wird.
Absteigende Luft ist kälter – sie bringt also keine neue Energie zurück nach unten, sondern schließt lediglich den Zirkulationskreislauf.

2. „Konvektion kann keine Temperaturdifferenz erzeugen oder aufrechterhalten.“
Konvektion entsteht gerade wegen Temperaturdifferenzen (durch Instabilität und Dichteunterschiede).
Aber sie ist auch der Hauptmechanismus, der in der Troposphäre die Temperatur verteilt und Energie nach oben bringt.
Konvektion + Strahlung zusammen ermöglichen den Energieabfluss aus der Atmosphäre – das ist essenziell für das Temperaturprofil.

3. „Fußbodenheizung braucht keinen Kamin“
Ein Vergleich mit einem geschlossenen Heizsystem (z. B. elektrische Heizung) ist irrelevant für ein offenes System wie die Atmosphäre.

[Skeptiker]

Zitieren Sie doch einfach mal eine Quelle, die auch behaupten würde, dass die Wärmeleitfähigkeit von Luft
(0,025 W/(m·K)) nur über wenige Zentimeter gelten würde.
Was Laien sich so ausdenken ist schon erstaunlich!

Die Aussage, dass Wärmeleitung in Luft (bei typischen atmosphärischen Bedingungen) nur über wenige Zentimeter wirksam ist, stammt nicht daher, dass die Wärmeleitfähigkeit selbst sich mit der Strecke ändert – die Wärmeleitfähigkeit ist ein Materialparameter und konstant (für Luft bei 20 °C etwa 0,025 W/(m·K), wie korrekt zitiert).

[Frau Holle]

...
Als kinetische Energie wird sie verbraucht bzw. umgewandelt. Die Gasteilchen stoßen sich mit ihrer kinetischen Wärmeenergie unten ab, wo die Dichte größer ist, das "Material" sozusagen fester, und bewegen sich deshalb nach oben. Dabei nimmt ihre kinetische Energie natürlich ab, d.h. ihre Wärme, und ihre potentielle Energie nimmt zu, wie es sich gehört.
So ist es letztlich der dauerhafte Druckabfall mit der Höhe im Gravitationsfeld, der für den dauerhaften Temperaturgradienten verantwortlich ist. Die Meteorologen haben völlig recht. 

Ich habe noch nie gelesen, dass bei der Erklärung des Temperaturverlaufs in der Atmosphäre
die potentielle Energie der Moleküle berücksichtigt wurde.

Jetzt hast du es gelesen. Verstehen solltest du es eigentlich auch. So schwer ist das ja nicht.

Die grundlegenden Gesetze der klass. Mechanik werden nicht ungültig, nur weil es sich um Gas handelt. Berücksichtigt wird bekanntlich der Luftdruck, der sich durch die Schwerkraft ergibt, wie jeder echte Physiker weiß.

Die Gasmoleküle haben ja auch gar nicht die Möglichkeit, ihre potentielle Energie durch einen freien Fall in kinetische Energie umzuwandeln.

Sie fallen runter wie jedes andere massebehaftete Objekt, was jeder echte Physiker weiß. Zweifelsfrei bewiesen durch zunehmenden Luftdruck mit abnehmender Höhe.

Was Laien sich so ausdenken ist schon erstaunlich!

Was angebliche Diplomphysiker nicht verstehen allerdings auch.

Als Wink mit dem Zaunpfahl hatte ich bereits darauf hingewiesen:

Solltest vllt. erst mal lernen was Temperatur ist.
Tipp: Es ist nicht Strahlung, sondern Bewegung von Atomen und Molekülen.

Aber deiner naiven Schilderung nach ist Wärme wohl etwas, das quasi in Säcke gepackt, herumtransportiert und irgendwo anders häppchenweise abgeben wird, wo es dann für immer rumlungert oder weiterverschenkt wird.