wodurch kühlt die erde überhaubt ab?

10 Antworten

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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.

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.

Schema Treibhauseffekt und Strahlungshaushalt - (Physik, Klima, Weltall) Spektren der eingehenden- und ausgehenden Strahlung - (Physik, Klima, Weltall) Wirkung des zusätzlichen CO2 (vereinfacht) - (Physik, Klima, Weltall) Globale Temperaturen (GISS), CO2 und Sonneneinstrahlung 1950 bis 2013 - (Physik, Klima, Weltall)
[...] 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

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@HellasPlanitia

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!?

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@simonkl

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).

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@HellasPlanitia

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.

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und soweit ich weis gibt es keinen Natürlichen Prozess, der in riesiger Größe ausgeführt wird, der die "Wärme" wieder in Wärmestrahlung umwandeln kann

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@simonkl

einer der grössten in unserem sonensystem ist die sonne. die schickt wärmestrahlung zur erde und an alle anderen orte

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