Warum ist es auf dem Berg kalt?

[Skeptiker]

Dass Druck- und Volumenänderungen eine kurzzeitige Temperaturänderung bewirken, bestreitet doch niemand.

In einem sich ständig bewegenden System wie der Atmosphäre gibt es kontinuierlich stattfindende Druck- und Volumenänderungen. Die Temperaturunterschiede, die daraus entstehen (z. B. durch Konvektion), sind nicht nur „kurzzeitig“, sondern dauerhaft vorhanden, solange das System in Bewegung bleibt – wie in der realen Atmosphäre.

Dass danach in einem „adiabatischen System“ diese Temperaturen sich nicht ändern würden, bestreitet auch niemand.
Blöd nur, dass die Luft nicht adiabatisch ist, wie jeder weiß, der im Winter schon einmal in einem
kalten Raum die Heizung aufgedreht hat.

Korrekt – in der Realität ist keine Zustandsänderung völlig adiabatisch.
Es gibt immer etwas Wärmeleitung, Strahlung, Verdunstung usw.
Aber:
Die adiabatische Annahme ist ein Modell, das in vielen Situationen eine sehr gute Näherung ist – zum Beispiel bei schnell auf- oder absteigenden Luftpaketen, bei denen kaum Zeit für Wärmeaustausch mit der Umgebung bleibt.
Wissenschaft bedeutet nicht: "Es ist exakt so", sondern: "Das ist ein nützliches Modell unter bestimmten Bedingungen."

Dass warme Luft aufsteigt, beweisen jeder Schonstein, jede Kerze und jedes Lagerfeuer.

Ja, und genau das erklärt der adiabatische Temperaturgradient!
Das Aufsteigen warmer Luft ist Teil eines Konvektionsprozesses, der auf Dichteunterschieden aufgrund von Temperaturunterschieden beruht.
→ Der Zusammenhang ist:
Wärmere Luft ist leichter → sie steigt auf → expandiert adiabatisch → kühlt beim Aufsteigen ab.
Das ist keine Widerlegung, sondern eine praktische Bestätigung adiabatischer Prinzipien.

Also sind alle „adiabatischen Betrachtungen“ realitätsfernes Wunschdenken von CO2-Theologen.

Die adiabatische Temperaturbetrachtung ist ein physikalisches Modell, das unabhängig von CO₂, Klima oder Politik existiert. Es wurde im 19. Jahrhundert entwickelt, lange vor der CO₂-Debatte.

[Skeptiker]

Es kühlt nur sich selbst auf eine Temperatur ab,
...
Damit hat es aber weder sich selbst oder sonst einen Teil der Atmosphäre insgesamt abgekühlt.

Es kühlt sich also selbst ab, aber es hat sich nicht selbst abgekühlt. Sich selbst im nächsten Satz direkt zu widersprechen ist natürlich auch eine Kunst.

[Frau Holle]

@Rudi Knoth

In einem adiabatischen System gibt es per Definition keine Wärmequellen oder -senken, aber trotzdem kann eine stabile Temperaturdifferenz existieren, z. B. mit der Höhe.
Diese Temperaturdifferenz ist dann durch Druck- oder Volumenänderungen begründet, nicht durch Wärmezufuhr oder -abfuhr.

Nun da muß ich man etwas klar stellen. Eine adiabatische Erwärmung oder Abkühlung ist ein dynamischer Prozess etwa wenn Luft aufsteigt oder absteigt.

Da muss ich auch etwas klar stellen.
hmpf bringt ständig Beispiele wie den geschlossenen Autoreifen oder eine geschlossene, thermisch isolierte eine Küche mit Herdplatte, wo sich das innere Volumen nicht ändert, sondern nur Druck und Temperatur. Die Dynamik nimmt dann ein Ende, alles wird mit der Zeit statisch und so eine Atmosphäre wird isotherm.

Dieser Vergleich mit der Erdatmosphäre ist aber nicht zulässig. Kurts thermisch isolierte Ballonhülle zeigt es besser: Diese kann sich ausdehnen, wobei sich im Inneren Druck und Volumen ändern. Die Temperaturänderung im Inneren erfolgt weitgehend adiabatisch.

Dies geht aber nicht ohne Energiezufuhr.

Warum denn ohne Energiezufuhr? Davon redet niemand. Die Sonne führt bekanntlich der Erde permanent Energie zu, pausenlos seit Milliarden Jahren.

Und Wärmeenergie kann nur durch Wärmequellen und Wärmesenken in mechanische Arbeit umgewandelt werden.

Richtig. Wärmequelle der Erde ist die Oberfläche und mit Treibhausgasen auch die Atmosphäre. Ohne Treibhausgase nur die Oberfläche. Wärmesenke ist ebenfalls die Oberfläche und mit Treibhausgasen auch die Atmosphäre. Ohne Treibhausgase nur die Oberfläche.
Dass die Erde mitsamt Atomsphäre viel Energie ins All zurückstrahlt ist ja wohl bekannt.

Die Atmosphäre verliert global betrachtet ~240 W/m² ins All (gemittelt).
Davon stammen etwa 80% direkt oder indirekt von Treibhausgasen (CO₂, H₂O, O₃).
Der Rest kommt aus Fensterbereichen (direkte Abstrahlung von der Oberfläche durch transparente Spektralbereiche).

Das heißt: Strahlung ist der dominante Kühlmechanismus der gesamten Atmosphäre.
Ohne diesen Abfluss (d.h. ohne Treibhausgase) würde die Luft tatsächlich aufheizen, bis die Oberfläche allein (per Leitung/Kontakt) die gesamte Energie ins All strahlt – in ihrer Funktion als Wärmesenke.
Wir hätten dann ca. -18 °C globale Durchschnittstemperatur an der Oberfläche. Tatsächlich allerdings nur -20...-25 °C, wegen weitgehender Vereisung und dadurch größerer Albedo.

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.
 

[Skeptiker]

Das Luftpaket hat sich... nicht abgekühlt

Natürlich hat es sich abgekühlt. Sonst wäre es ja oben genauso war wie unten.

[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

[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

[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) 2351-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) 2352-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.
---------------------------------

Lies halt mal die Argumente und Erklärungen dazu und versuche sie zu kapieren, schliesslich wurden sie dir ja mehrmals zu diesem Zweck vorgelegt.

Kurt

.

[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.