hmpf hat geschrieben:
warum warme Luft ganz nach oben steigen würde.
Fangen wir doch mal in Zeitlupe ganz unten an:
- Die Sonne heizt den steinigen Erdboden auf.
- Der steinige Erdboden heizt durch Wärmeleitung die unterste Luftschicht auf.
Es passiert in der Atmosphäre folgendes, ausgehend von der untersten Luftschicht:
1. Zuerst mal steigt der Druck durch den Wärmeeintrag von der Oberfläche.
2. Die Luft dehnt sich aus, hauptsächlich nach oben, weil dort der Gegendruck der Luftsäule kleiner ist als der seitliche.
3. Bei der Ausdehnung vergrößert sich das Volumen der Luft.
4. Durch die Volumenvergrößerung sinkt die Temperatur der Luft, denn:
hmpf hat geschrieben:Niemand bestreitet, dass eine Volumenvergrößerung einen Stoff abkühlt.
5. Zuerst erhitze (Punkt 1) und nach oben ausgedehnte (Punkt 2 und 3), aber abgekühlte Luft (Punkt 4) befindet sich nun etwas höher als zu Beginn (Punkt 1).
6. Der Vorgang ab Punkt 2 wiederholt sich in der neuen Höhe (Punkt 5). Denn der Druck ist noch immer höher als in der neuen Umgebung.
Das Ganze setzt sich fort bis z.B. 10.000 m Höhe.
In jeder neuen Höhe (Punkt 5) ist die Luft etwas kühler geworden (Punkt 4), weil sich permanent ihr Volumen vergrößert hat (Punkt 3).
hmpf hat geschrieben:Sagen wir, wir betrachten 2 Luftpakete auf 10.000 m Höhe.
Eins der beiden Pakete ist etwas wärmer und steigt deshalb auf 10.001 m.
[...]
Also müsste trotz Druckabnahme mit der Höhe die warme Luft letztlich oben landen
Nein, nicht die warme Luft landet oben.
Oben landet nur solche Luft, die vorher warm war, als sie noch weiter unten war. Sie ist erst dann oben, wenn sie sich nach oben ausgedehnt hat (Punkt 3), und dadurch kühler geworden ist (Punkt 4).
Es landet oben letztlich immer nur kalte Luft. Dass sie vorher warm war ist klar, aber wenn sie schließlich oben landet ist sie es nicht mehr.
Der Punkt ist, dass diese Abkühlung durch Ausdehnung nach oben viel schneller erfolgt als eine Erwärmung durch die schlechte Wärmeleitung im Gas. Das Ganze findet in der Zeit statt, ist ein dynamischer Vorgang.
Wärmeleitung findet ebenfalls statt, ist aber zu langsam. Jedes noch so kleine Luftpaket, das wärmer als seine Umgebung ist, steigt wie beschrieben auf und wird dabei schneller kalt, als es seine die Umgebung erwärmen kann. Es kann sich niemals die gleichmäßige Temperatur in allen Höhen ergeben, auch ohne Treibhausgase nicht, ganz egal wie lange man wartet.