Der Strahlungshaushalt der Erde Vortrag im Rahmen des Seminars „Übungen im Vortragen mit Demonstrationen – Physikalische Chemie“ SS 2002 Stud. Rer. Nat. Susanne Möschl

Der schwarze Hautkrebs

Spektrum der Sonnenstrahlen 390 320 280 200 UV-A UV-B UV-C 700 1000 3000 [nm]

Strahlungshaushalt – ohne Atmosphäre S = Solarkonstante, 1368 W/m2 A = Albedo (Rückstrahlungsfähigkeit der Erde) Le = langwellige Wärmestahlung Absorption Le Reflektion ¼ S A • ¼ S ERDE

Bestimmung der Gleichgewichtstemperatur P1 = S · (1 - A) ·F Stefan-Boltzmann Gesetz: P = б · F · T4 ; б = 5,6 · 10-8 W/m2K4 P2 = б · 4 · F · T4 → P1 = P2 → -18°C T= 255K =

Die Atmosphäre • Hauptbestandteile: N2 78,08 % CO2 20,95 % Ar 0,93 % • enthält klimarelevante Spurengase: CO2, H2O, CH4, O3

Aufbau der Atmosphäre Exosphäre = Übergang in den Weltraum Thermosphäre Mesosphäre Stratosphäre Ozonschicht Troposphäre

Die spektrale Energieverteilung der Sonnenstrahlen 2 UV Sichtbares Licht Infrarot  [nm] Watt je Quadratmeter mal Nanometer 2 1 1,4 1 4 2 5 3

Strahungshaushalt – mit Atmosphäre 100 100 ERDE

8 30 19 Luft, Erde T 51 T 51 43 T ERDE

T T ½ 8 ½ 30 19 T T 51 43 51 T ERDE

½ 8 8 ½ 30 19 51 19 51 70 T T 43 51 T ERDE

½ 8 ½ 30 19 51 43 51 ERDE

gesamte absorbierte Sonnenstrahlung reflektierte Sonnenstrahlung 30 Abstrahlung im Infrarotbereich 70 einstrahlende Sonnenenergie 100 15 17 38 30 19 51 32 70 gesamte absorbierte Sonnenstrahlung 95 114 ERDE

Der natürliche Treibhauseffekt (NTE) Der Treibhauseffekt Der natürliche Treibhauseffekt (NTE) → Aufheizung der Atmosphäre um ΔT Gleichgewichtstemperatur von -18°C steigt auf +15°C → ΔT = 33°C = NTE

Klimarelevante Spurengase und ihr gegenwärtiger Treibhauseffekt gegenwärtiger Erwärmungseffekt [Kelvin] atmosphärische Konzentration [ppm] Spurengase andere CH4 N2O O3 CO2 H2O 20,6 25.000 7,2 3 2,4 0,03 ≈ 0,6 0,8 1,7 1,4 0,3 ≈ 33,0 Summe

Der anthropogene Treibhauseffekt (ATE)

Klimarelevante Spurengase und ihr gegenwärtiger Treibhauseffekt gegenwärtiger Erwärmungseffekt [Kelvin] atmosphärische Konzentration [ppm] Spurengase andere CH4 N2O O3 CO2 H2O 20,6 25.000 7,2 3 2,4 0,03 ≈ 0,6 0,8 1,7 1,4 0,3 ≈ 33,0 Summe

Rolle der Wolken • niedrige Wolken → Albedoerhöhung →  Temperatur • dichte Wolken sind IR-undurchlässig →  Temperatur • Bei hohen undurchsichtigen Wolken gleichen sich die Effekte wieder aus. • durch Kondensation wird latente Wärmeenergie frei. →  Temperatur

CO2 – Konzentration seit 1750

Ozon

1979 1994

Klimaprognose • IPCC (21.01.2001): Durchschnittstemperaturerhöhung bis 2100: 1,4 – 5,8 °C Meeresspiegelanstieg bis 2100: 0,09 – 0,88 m • Zunahme von Häufigkeit und Intensität extremer klimatischer Ereignisse

Richtige Temperaturprognose?