Warum nehmen Temperaturen mit der Höhe ab?
Warum nehmen Temperaturen mit der Höhe ab und was hat das mit dem natürlichen Treibhauseffekt zu tun?
3 Antworten
Wie schon gesagt kühlt sich Luft beim Ausdehnen ab und erwärmt sich beim Verdichten. Vielleicht kennt du das von der Luftpumpe, die sich erwärmt.
Mit einem Deckel über der Erde würde sich eine gleichmäßige Temperatur einstellen und jegliche Neigung zum Auf- oder Absteigen wäre im Keim erstickt, denn aufsteigende Luft würde sich abkühlen und absinken, absteigende Luft sich erwärmen und aufsteigen. Die Schichtung wäre stabil.
Nun gibt es aber keinen Deckel. Das Sonnenlicht durchdringt die Atmosphäre recht ungestört, erwärmt hauptsächlich den Boden, während die Luft dank der Treibhausgase durchaus in der Lage ist, Wärme abzugeben. So stellt sich eine Schichtung ein, in der es oben kälter ist als unten.
Labil, also instabil, wird diese Schichtung, wenn er Temperaturunterschid zu groß ist, also oben zu kalt oder unten zu warm. Dann kühlt sich die warme Luft beim Aufsteigen zwar ab, ist aber immer noch wärmer als die Umgebung, also steigt sie weiter auf. Unterstützt durch die Kondensationswärme feuchter Luft hast du so ein Gewitter. Aber auch ohne Gewitter funktioniert das im Prinzip gleich. Ein Gleichgewicht stellt sich nie ein, weil es keinen Deckel gibt, aber Unmengen an Energie.
Achso, du fragtest nach dem Treibhauseffekt. Der behindert die Ausstrahlung der Erdoberfläche. Die ausgestrahlte Wärmestrahlung (fernes IR) wird von dem Treibhausgasen absorbiert und emittiert, zum Teil auch zurück zur Oberfläche. Daher muss sie eine etwas höhere Temperatur annehmen, um die eingestrahlte Wärme loszuwerden.
Denn am Ende des Tages ist das immer ein Nullsummenspiel, was eingestrahlt wird muss auch wieder ausgestrahlt werden. Die Wämeproduktion durch natürliche Radioaktivität oder Verbrennung von fossilen Energieträgern sind Lachnummern dagegen.
Das ist wie bei einer Lupe und einem Blatt Papier:
- Das Papier fängt an zu brennen, da es von der Sonne aufgeheizt wurde
Und wenn wir mal annehmen, das Blatt Papier wäre die Erde, dann erwärmt sich halt eben nur die Oberfläche.
Berge sind ja oft weiß/schneebedeckt, reflektieren das Sonnenlicht, darum ist es höher auch meist kälter. Aber auch das ändert sich mehr und mehr.
Die Sonnenstrahlen erwärmen in erster Linie die Erde auf die sie auftreffen und nicht die Luft die sie durchdringen. Die Wärme der Erde wird an die untersten Luftschichten abgegeben und diese dadurch ebenfalls erwärmt. Durch die Erwärmung dehnt sich die Luft aus und wird dadurch leichter als die sie umgebende Luft. Dadurch steigt sie auf. Der Luftdruck der Atmosphäre sinkt mit der Höhe. Deshalb dehnt sich die aufsteigende Luft in der Höhe noch weiter aus und kühlt dabei ab.