wodurch kühlt die erde überhaubt ab?
hallo, ich habe mal über die Klimaerwärmung nachgedacht, und habe jetzt eine frage, und zwar: die Sonnenstrahlen treffen auf die Erde, ein teil wird in wärme umgewandelt, und ein anderer wird zurück ins Weltall reflektiert. diese Wärme, die auf der erde dann bleibt kann doch eigentlich gar nicht wieder abkühlen, da außerhalb der Atmosphäre ja nahezu absolutes Vakuum ist, und wärme ja nur durch Materie geleitet werden kann, also müsste theoretisch all die wärme, die von der Sonne auf die Erde kommt auf der Erde bleiben, und es würde immer wärmer werden, ohne irgendein Einfluss von den Menschen. Aber die erde wird ja nicht SO rasant wärm,er, wie es dann der fall währe. Daher die Frage: wo geht die Wärme von der Erde hin?
10 Antworten
Zunächst sollte man sich über das Wesen der Wärme klar sein.
Als Wärme wird die kinetische Energie der kleinsten Teilchen bezeichnet. Diese bewegen sich ungeordnet im Raum und können je nach Molekülbau auch schwingen. Jede Bewegungsmöglichkeit nennt man Freiheitsgrade. Die Temperatur drückt diese chaotische Bewegung aus. Die Wärme benötigt also Materie, ohne Materie keine Wärme.
Bei der Bewegung der Atome und Moleküle wird eine elektromagnetische Welle ausgesandt, die man Wärmestrahlung nennt und nicht mit der Bewegungsenergie der Materie verwechseln sollte. Jeder Körper mit einer Temperatur > 0 Kelvin strahlt diese Strahlung ab. Der Energieinhalt dieser Strahlung ist mit der 4. Potenz der Temperatur in Kelvin verknüpft. Über das Wien'sche Gesetz kann man die Frequenz dieser Strahlung berechnen.
Wärmetransport erfolgt entweder durch Leitung (Berührung). Hier wird die Bewegungsenergie durch anstoßen an ein Nachbaratom als Impuls übertragen. Oder durch Konvektion/Avektion. Hier transportiert die Materie direkt die Bewegungsenergie, senkrecht nach oben (Konvektion) oder waagerecht (Avektion) zu einem anderen Ort.
Der Transport mit Wärmestrahlung hat nichts mehr mit Materie zu tun, deshalb ist die Bezeichnung Wärmestrahlung etwas irreführend, denn die Energie der Wärmestrahlung ist keine Wärme!! Sie wird erst wieder Wärme (Teilchenbewegung) wenn sie von Materie absorbiert wird.
Wenn man sich den Wärmehaushalt der Erde anschaut, dann sollte man zunächst nur die Energiebilanz in der Kàrman Höhe anschauen. Das ist die Grenze zwischen Atmosphäre und Orbit (ca. 100 km). Hier herrscht Gleichgewicht zwischen Einstrahlung und Abstarhlung. Sollte sich hier das Gleichgewicht ändern, dann hätte es große Auswirkungen auf die Temperatur der Erde.
es gibt nicht nur wärmeleitung sondern auch wärmestrahlung.. wie würde sonst die wärme der sonne zur erde kommen??
die wird auch über wärmestrahlung abgeleitet. z.b ins all. oder schmilztz hier eis. usw
Was immer Du Dir unter "normaler" oder "anormaler" Wärme vorstellen magst: Es gibt keine strahlungslose Wärme. Absolut jeder Körper strahlt Wärme ab. Nur spüren wir das in seltenen, extremen Fällen wie z.B. bei Feuer oder Sonne.
Gute Frage!
Du weist ja jetzt schon dass es durch Wärmestrahlung passiert, ich will nur ein paar technische Anwendungen nennen.
Am Anfang am besten gleich die Thermalkamera, die genau diese Strahlung misst und ihre Wellenlänge. Daraus kann man dann die Temperatur errechnen, denn wenn ein Objekt heißer ist, dann verkürzt sich die Wellenlänge, was man als Glühen kennt. Darum glühen Objekte auch rot, das ist das nächste zum Infrarot Licht.
Häufig will man auch, dass es keine Wärmestrahlung gibt, bzw Sie abschirmen. Hier gibt es zum beispiel Rettungsdecken, diese sind mit Aluminium beschichtet, welches wie alle Metalle dieses Licht reflektiert. Darum verliert die Person viel weniger Wärme. das ist auch der Grund warum diese feuerfesten Anzüge silbern sind. Man will nicht, dass sie sich aufheizen. Das Innere von Thermoskannen ist mit Aluminium beschichtet, auch hier um die Wärmeabstrahlung zu reduzieren, was so sehr sehr gut funktioniert.
Dann gibt es noch etwas ganz interessantes: Die Kühlung von Satelliten. Die eingebauten elektronischen Geräte erzeugen Wärme aufgrund von Verlustleistung. Also will man so viel Strahlung wie möglich mit Strahlung abgeben. Das heißt die beste Farbe währe schwarz, den genau so gut wie eine Farbe Licht absorbiert, emittiert sie es auch. Nun ja, da gibt es nur ein helles Problem, die Sonne. Die würde einen schwarzen Satelliten so schnell aufheizen, dass es binnen Minuten brennen würde :) Also doch wieder in Alufolie einpacken? Man macht beides und benutzt einen Trick. Wie schon geschrieben, genau so gut wie eine Farbe Licht absorbiert, emittiert sie es auch. das gilt auch für die Wellenlängen. Ein rotes Objekt würde rotes Licht reflektieren, aber z.B. blaues Licht absorbieren und emittieren. Genau das macht man bei Satelliten. Das Licht der Sonne ist weiß, also muss die Oberfläche auch weiß sein. Die Wärmestrahlung wiederum liegt im fernen Infraroten Bereich, also braucht man eine Farbe die genau das absorbieren kann. Die Sonne emittiert nicht diese Strahlung, also bleibt der Satellit kühl und kann sogar Wärme abgeben. Und deshalb ist weiße Farbe in der Raumfahrt teuer... Wenn nicht die gesamte Fläche zum Kühlen gebraucht wird, dann wickelt man Teile des Satelliten in eine Art Rettungsfolie ein, die wirklich perfekt so aufgebaut ist (nur mehrere Lagen mit Löchern), da das immer noch weniger Strahlung absorbiert als die weiße Farbe, jedoch aber auch keine Wärmestrahlung ab gibt.
Edgar
Die Erde kann sich, wie Du schon richtig überlegt hast, nicht durch Wärmeleitung oder Umwälzung (Konvektion; warme Luft steigt nach oben) abkühlen.
Da jede Materie (solange diese wärmer ist als der absolute Nullpunkt) Energie in Form von Strahlung abgibt. gibt auch die Erde letztendlich die überschüssige Energie in Form von Wärmestrahlung in den Weltraum ab.
Daraus folgt auch das Strahlungsgleichgewicht der Erde - es wird im Idealfall genausoviel Energie als langwellige Wärme= Infrarotstrahlung wieder abgestrahlt. wie vorher als vorwiegend kurzwellige Sonneneinstrahlung auf die Erde gelangte. Bei Bild 1 zum Treibhauseffekt sieht man das, wenn man zusammenrechnet, was als Wärmestrahlung (rot) wieder abgestrahlt und was reflektiert wird - das ist dann zusammen etwa gleich groß wie die Energie die ursprünglich von der Sonne kommt. (239+102=341)
Der Mensch greift nun durch seine Freisetzung von zusätzlichen Treibhausgasen in dieses Gleichgewicht ein. Der daraus folgende zusätzliche Treibhauseffekt erschwert in der unteren Atmosphäre die Wiederabstrahlung, was zu einer Erwärmung der Erde führt.
Bild 2 zeigt, wie verschieden die Wellenlängen der Energie sind, die auf die Erde treffen, im Vergleich zu dem was von der Erde abgestrahlt wird.
[...] da außerhalb der Atmosphäre ja nahezu absolutes Vakuum ist, und Wärme ja nur durch Materie geleitet werden kann [...]
Stimmt nicht. Wärme ist eine Form der Energie und diese kann auch ohne Materie übertragen werden. Was glaubst du denn, wie die Energie/Wärme von der Sonne zur Erde kommt?
ja, aber wie gesagt, die Wärmestrahlung, die auf die Erde trifft wird ja zu normaler wärme, also sie lässt die Atome schwingen, und diese kann normalerweise nicht ohne Matterie übertragen werden
Wärme kann aber zurücktransferiert werden in Wärmestrahlung.
kanst du mir sagen, wie die Wärme zurückgewandelt wird in Wärmestrahlung? weil es geht bestimmt, aber es müste ja dan auch in riesiger form natürlich auf der erde passieren!?
Jedes warme Objekt strahlt, und zwar strahlt es Licht ab. Das ist die sogenannte Wärmestrahlung und bei Temperaturen, die wir Menschen haben, liegt diese im Infrarotbereich. Infrarotbilder kennst du sicher. Sehr heisse Objekte wie glühendes Metall oder die Sonne senden sichtbares Licht aus - deswegen leuchten sie. Im Grunde ist das aber völlig identisch mit der Wärmestrahlung eines Menschen oder der Erde, nur dass wir es auf den ersten Blick sehen können und sichtbares Licht energiereicher ist als infrarotes (da die Quelle heisser ist, passt das ganz gut).
danke für die Antwort, ich habe es schon von anderen geschrieben bekommen, aber doppelt ist besser :-). aber noch eine Sache, soweit ich weis ist Sichtbares licht viel energiearmer, also kälter als Infrarotlicht, deswegen gibt es ja auch diese Brutlampen, die arbeiten mit infrarot licht.
und soweit ich weis gibt es keinen Natürlichen Prozess, der in riesiger Größe ausgeführt wird, der die "Wärme" wieder in Wärmestrahlung umwandeln kann
einer der grössten in unserem sonensystem ist die sonne. die schickt wärmestrahlung zur erde und an alle anderen orte
ja, aber die Wärmestrahlung, die auf der Erde auftrifft, und nicht reflektiert wird, wird zu normaler Wärme, und die kann nur durch Matterie geleitet werden