Aus FUSION 4/96:

UMWELT

Die fiktiven Treibhauseffekte der Atmosphäre


Von Prof. Dr. Gerd Tetzlaff von der Universität Leipzig, dem Vorsitzenden der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft, gab es in den Mitteilungen der DGM 1/96 unter "DGM intern" mit dem Titel "VORSTAND DER DGM: Pressemitteilung der DGM zum Treibhauseffekt" einen Text, der praktisch vollständig im Teil "Forschung" des Handelsblattes vom 24. 7. 1996 unter dem Titel "Am Grundprinzip kann es keinen Zweifel geben" abgedruckt worden ist.

In diesem Artikel werden von Herrn Tetzlaff fiktive Thesen zum atmosphärischen Treibhauseffekt "widerlegt", die Herr Dr. Thüne im Handelsblatt am 22. 11. 1995 und an anderer Stelle aufgestellt haben soll. Schon früher wurde vom Handelsblatt eine "Expertenmeinung" (von Prof. Graßl) am 3. 1. 1996 zu dem Artikel von Dr. Thüne abgedruckt. Netterweise druckte das Handelsblatt meinen Leserbrief zu diesen Texten, der, ergänzt um eine aussagestarke Illustration, am 8. 2. 1996 im Handelsblatt erschienen ist und mir viele zustimmende Briefe eingebracht hat. Von vielen wurde der Wunsch geäußert, doch auch die mehr trivialen physikalischen Vorgänge zu erläutern, die ich im ausführlichen Manuskript meines Vortrages in Leipzig (veranstaltet von der Europäischen Akademie für Umweltfragen, Deringer Str. 41-45, 72072 Tübingen, dort kann man den Tagungsband anfordern) nicht darstellen konnte. Daran wird deutlich, daß die atmosphärischen Treibhauseffekte wirklich nur ausgedacht wurden, damit man nicht überprüfbare Begründungen für die Beantragung von Großrechnern hat. Von einem bekannten "Umweltwissenschaftler" aus Nordrhein-Westfalen wurden die Teilnehmer der Leipzig-Tagung, die wußten, daß der CO2-Treibhauseffekt organisierter, gut vermarkteter Unsinn ist, als "Clowns" bezeichnet, was meinen berühmten Kollegen und Freund Prof. Dr. Frits Böttcher (Den Haag, theoretische Physik, physikalische Chemie, Gründungsmitglied des Club of Rome) zu dem Slogan veranlaßt hat: "Lieber ein Clown, statt ein Betrüger".

Herr Graßl hatte in seinem Handelsblatt-Beitrag wenigstens noch beschrieben, was er unter dem Treibhauseffekt von Planetenatmosphären versteht, nämlich die Differenz zweier berechneter Temperaturen für Planeten bzw. Planetenatmosphären, die man - wie ich damals ausführte - leider nicht berechnet hatte und für die behaupteten Situationen auch prinzipiell nicht berechnen kann. Herr Tetzlaff gibt lieber gar nicht erst an, was er unter dem atmosphärischen Treibhauseffekt versteht, sondern "widerlegt" selbst aufgestellte Behauptungen, die er Herrn Dr. Thüne (und anderen Kritikern der Treibhauseffekthascherei) unterstellt und die aber gerade die Treibhauseffekthysteriker selbst aufgestellt haben, wie z.B. die "Gegenstrahlung" gegen einen Temperaturgradienten als Erwärmungsmechanismus! Ich bewundere Herrn Tetzlaff, auf welch kleinem Raum er eine solch unglaubliche Menge von falschen physikalischen Aussagen aufschreiben konnte. Selbst bei sorgfältigem Lesen habe ich keine nichttriviale Aussage finden können, die nicht falsch ist. Deshalb kann ich hier nicht alle Fehler korrigieren, sondern werde mich auf die verkehrten Aussagen beschränken, die ich auch schon von anderen Befürwortern der atmosphärischen Treibhauseffekte so oder ähnlich gehört oder gelesen habe und deren Widerlegung auch von physikalischen Laien verstanden werden kann.

Erstes Tetzlaff-Zitat: "Es wird ein Widerspruch zum zweiten Hauptsatz ausgemacht, der schließlich besage, daß Energie nicht vom Kalten zum Warmen fließen könnte."

Bekanntlich macht aber gerade der zweite Hauptsatz der Wärmelehre eine Unterscheidung zwischen den verschiedenen Energieformen, daß nämlich Wärme nicht beliebig in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Es geht um Wärmeumwandlungen, daß z.B. bei einer Wärmepumpe mechanische Arbeit aufgewandt werden muß. Natürlich kann man nicht von einem Leipziger Meteorologieprofessor verlangen, daß er den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik richtig formulieren oder anwenden kann, aber er sollte wenigstens vom Hörensagen wissen, daß es sich beim zweiten Hauptsatz nicht um Fragen des Energietransports, sondern um die Umwandlung von Wärme in Arbeit handelt: Eine Dampfmaschine arbeitet zwischen zwei Temperaturen und kann nicht periodisch Arbeit abgeben, indem nur einem einzigen Wärmereservoir Wärme entzogen und in Arbeit umgewandelt wird. Etwas vereinfacht kann man die Erkenntnis des berühmten S. Carnot auch so aussprechen: Heizen allein reicht nicht, man muß auch kühlen, wenn man mit der Dampfmaschine Arbeit gewinnen will. Dies hat Rudolf Clausius, der "Erfinder" der mathematischen Form des ersten und zweiten Hauptsatzes (Die Mechanische Wärmetheorie, 3. Aufl., Vieweg Braunschweig 1887, S. 82) so formuliert: "Ein Wärmeübergang aus einem kälteren in einen wärmeren Körper kann nicht ohne Compensation stattfinden." Was versteht Herr Tetzlaff?

Zweites Tetzlaff-Zitat: "Da die Wellenlänge der von der Erde wieder abgegebenen Strahlung größer ist als die der eingenommenen Sonnenstrahlung, wird auch der zweite Hauptsatz der Thermodynamik erfüllt." Kommentar überflüssig.

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik wird häufig ausgesprochen als die Nichtexistenz eines Perpetuum mobile zweiter Art. So eine Nichtexistenzaussage in der Physik kann natürlich nur bedeuten, daß gewisse ausgedachte Modelle nicht funktionieren können bzw. gewisse Vorgänge in der Natur nicht beobachtet werden können. Wenn wir Clowns der Treibhauseffektszene den Treibhauseffekterklärern vorhalten, sie benutzten bei ihren "Erklärungen" ein Perpetuum mobile zweiter Art, kann so etwas ja nicht mit Beobachtungen in der Natur "widerlegt" werden. Es geht um die zur "Erklärung" herangezogenen Modelle oder Modellvorstellungen, die nicht so, wie gewünscht, funktionieren können: wenn also z.B. durch ausgedachte Mechanismen dem kälteren Bereich, ohne äußere Arbeit aufzuwenden, Wärme entzogen wird, um damit den wärmeren zu erwärmen. Etwas versteckt leistet sich auch Herr Tetzlaff diesen Fehler:

Drittes Tetzlaff-Zitat: "Um die gleiche Wärmemenge von der Erdoberfläche in die Atmosphäre und schließlich in den Weltraum fließen zu lassen, wird an der Erdoberfläche bei höherem Widerstand, d.h. bei einem höheren Gehalt an Wasserdampf, Kohlendioxid u.a. solchen Gasen, eine höhere Temperatur an der Erdoberfläche benötigt."

Diese höhere Temperatur läßt sich leider nur mit dem "verkehrten" Wärmetransport bewerkstelligen! Es handelt sich hier nicht nur um eine sprachliche Ungeschicklichkeit von Herrn Tetzlaff, sondern dieser Versuch, elektromagnetische Strahlung durch Absorption zu "stauen", damit die Wärme sich zurückbewegt, ähnelt dem Versuch der Schildbürger, Licht in Säcken in das fensterlose Rathaus zu tragen.

Um keine Mißverständnisse aufkommen zu lassen, möchte ich noch einmal betonen: Eine Erde ohne Atmosphäre hätte eine andere Temperaturverteilung als mit der Atmosphäre. Auch irgendwelche Mittelwerte wären verschieden. Dies hat mit den behaupteten atmosphärischen Treibhauseffekten nichts zu tun. Es geht bei den atmosphärischen Treibhauseffekten um eine Atmosphäre mit mehr oder weniger Kohlendioxid!

In diesem Zusammenhang kann ich einen neuen, viel effektiveren Treibhauseffekt für bodennahe Lufttemperaturen anbieten: Eine Erde mit und ohne die riesigen Wassermengen!

Was sind die wesentlichen Fehler in der Darstellung von Tetzlaff und vielen anderen, die sich die fiktiven atmosphärischen Treibhauseffekte haben einreden lassen?

1. Es wird eine fiktive, eindimensionale Energiebilanz behauptet und diese mit einer fiktiven, eindimensionalen Strahlungsbilanz verwechselt.

2. Es wird für die Bestimmung von fiktiven Temperaturverteilungen eine vertikale "Strahlungsbilanz" diskutiert. Aber gerade Meteorologen sollten wissen, daß die (mittleren) bodennahen Temperaturen sowohl über den Kontinenten als auch über den Meeren vor allem durch horizontale Energietransporte bestimmt werden!

3. Es wird die Absorption von elektromagnetischer Strahlung mit der Wärmeleitung (Wärmetransport) verwechselt.

Viertes Tetzlaff-Zitat: "Diejenige Schicht, in der die Energie absorbiert wurde, sendet entsprechend ihrer Temperatur Strahlung nach oben und nach unten."

Diese emittierte Strahlung, deren Größe nach dem Satz von Kirchhoff nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom Absorptionsvermögen (und der Wellenlänge der Strahlung) abhängig ist, geht in alle Raumrichtungen. Aber auch das "vertikale" Bilanzmodell, das nur die Strahlung berücksichtigt, führt zu verkehrten Temperaturverteilungen: Der strahlende Boden soll nämlich, abhängig von den Absorptionseigenschaften der darüber liegenden Schicht, dem Energietransport durch die elektromagnetische Strahlung einen unterschiedlichen "Widerstand" entgegensetzen:

Fünftes Tetzlaff-Zitat: "Zusätzlicher Wasserdampf und zusätzliches Kohlendioxid verringern die Durchlässigkeit der Schicht bzw. erhöhen den Widerstand gegen den Energietransfer nach oben."

Dieser Behauptung kann man ein sehr einfaches Gedankenexperiment gegenüberstellen, das für viele Hausfrauen manchmal schreckliche Realität ist: Wir simulieren die Einstrahlung der Sonne mit der elektrischen Heizung einer Herdplatte. Wenn man keinen Topf auf die Herdplatte stellt, wird sie nach einiger Zeit so heiß, daß sie rot glüht. Wenn man einen Topf mit Wasser darauf gestellt hat, wird sie nicht rot glühend, solange Wasser im Topf ist. Im ersten Fall hat man den wenig effektiven Wärmeübergang Platte/Luft: Zwar wird laufend die heiße Luft nach oben abgeführt und die kühlere Luft kommt von der Seite heran, aber das reicht nicht, das Glühen der Herdplatte zu verhindern. Klar ist, daß ohne die Luft die Platte heißer wäre als mit Luft. Wesentlich besser als von der Luft wird die elektromagnetische Strahlung von einer Metallplatte, dem Boden des Wassertopfes, reflektiert, absorbiert und emittiert (dies wird oft irreführend neulateinisch "reemittiert" und "Gegenstrahlung" genannt). Meist glüht der Boden des leeren Wassertopfes nicht ganz so "schön" wie die Herdplatte, aber er ist nicht wesentlich davon entfernt. Ist aber Wasser im Topf, glüht die Herdplatte nicht, obwohl nun auch noch das Wasser die "Wärmestrahlung" absorbiert. Das Mehr an absorbierter elektromagnetischer Strahlung führt also zu einer deutlich niedrigeren Temperatur der Herdplatte! Die Erklärung ist einfach, weil die Wärmeübergänge nicht nur durch die Temperaturen der Herdplatte und irgendwelche Strahlungsbilanzen bestimmt sind.

Ich möchte dieses Beispiel etwas ausführlicher behandeln. Wir wollen zeigen, daß sich in vielen Fällen bei höherer elektromagnetischer Absorption tatsächlich eine kleinere Temperatur des strahlenden Bodens einstellt. Wir betrachten dazu zwei Körper höherer und tieferer Temperatur in einem gewissen räumlichen Abstand. Den ersten Körper halten wir auf der höheren Temperatur, indem wir ihn mit einer konstanten elektrischen Leistung heizen (man denke an die Herdplatte, Erdboden durch die Sonnenstrahlung), den kälteren halten wir z.B. mit Eiswasser auf einer festen tieferen Temperatur (für Experten: man denke an eine experimentelle Anordnung zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit). Wenn wir nun mit allen möglichen experimentellen Tricks alle anderen Wärmeübergänge nach außen vermeiden, stellt sich eine unterschiedliche Temperatur beim beheizten Körper ein, je nach dem, wie groß die Wärmeleitfähigkeit des Materials zwischen den beiden Körpern ist. Ist die Wärmeleitfähigkeit dieses Materials größer, ist die Temperatur des beheizten Körpers niedriger. Ist die Wärmeleitfähigkeit kleiner, ist die Temperatur des beheizten Körpers größer. Jetzt muß man sich nur noch überlegen, wie die Strahlungsabsorption aussieht. Wenn zwischen den beiden Körpern noch nicht einmal ein Gas ist, gibt es überhaupt keine Strahlungsabsorption, aber die Wärmeleitfähigkeit ist extrem niedrig, der beheizte Körper wird besonders heiß! Setzen wir ein Metall zwischen die beiden Körper, ist die Strahlungsabsorption besonders groß, aber auch die Wärmeleitfähigkeit besonders groß (gut) und damit die Temperatur des beheizten Körpers besonders niedrig. Dies ist also genau das Gegenteil des von den "Umweltklimatologen" behaupteten atmosphärischen Treibhauseffektes: große Absorption der Schicht über dem wärmeren beheizten Körper und trotzdem eine niedrigere Temperatur des beheizten Körpers!

Nun hat nach meinen Unterlagen Kohlendioxid tatsächlich eine kleinere Leitfähigkeit (und Temperaturleitfähigkeit) als Luft. Aber bei dem kleinen Volumenanteil (0,03%) bringt auch ein Verzehnfachen keine Veränderungen im Bereich der sinnvoll angebbaren Dezimalstellen. Deshalb überlasse ich diesen Unsinn, daß der Schwanz oder besser die Schwanzhaare mit dem Hund wackeltn lieber "Umweltklimatologen".

Natürlich "bestrahlt" auch der kältere Körper den wärmeren Körper und der kältere Raumbereich den wärmeren. Aber selbst mit Spiegeln oder Linsen kann man den wärmeren nicht auf Kosten des kälteren erwärmen. Dies hat schon vor langer Zeit sehr sorgfältig der vorne genannte Rudolf Clausius behandelt (loc. cit. S. 317-354). Der "Gegenstrahlungseffekt" geht im nicht-leeren Raum immer in der Wärmeleitung "unter" und läßt sich experimentell von ihr überhaupt nicht trennen.

In der feldtheoretischen Beschreibung der irreversiblen Thermodynamik wird der zweite Hauptsatz dadurch berücksichtigt, daß die Wärmeleitfähigkeit positiv ist, d.h. die Wärmestromdichte ist immer ungleich Null in Richtung vom wärmeren zum kälteren Bereich. Genau dies wird - schon aus numerischen Gründen - in den Klimamodellen vernachlässigt. Wenn man in der Atmosphäre die Wärmeleitung vernachlässigt, muß man den "Gegenstrahlungseffekt" immer vorher vernachlässigen. Man brauchte sonst wirklich ein extrem gutes Vakuum. Von dem "Umweltmeteorologen" Prof. Dr. F. Fiedler wurde mir auf der (oben erwähnten) Leipzig-Tagung vorgehalten, daß ich heute das Diplom in Physik nicht schaffen würde und die molekulare Wärmeleitfähigkeit gegen die turbulente vernachlässigt werden müsse und deshalb der zweite Hauptsatz nicht verletzt sei. Mit der turbulenten (Energie-)Leitfähigkeit wird aber die kinetische Energie der translatorischen Flüssigkeitsbewegung transportiert und nicht Wärme. Dieser Energietransport hat mit dem zweiten Hauptsatz nichts zu tun. Es ist eine Ehre für mich, daß ich bei Leuten wie Fiedler (oder auch Tetzlaff) durch die Prüfung fallen würde.

Die umweltklimatologische Treibhauseffektdiskussion hat nichts mit Wissenschaft zu tun. Man findet den Treibhauseffekt deshalb auch nicht in einem Lehrbuch der theoretischen Physik. Er ist ein schönes Beispiel für das Märchen von Kaisers neuen Kleidern.

Nachdem das deutsche Klimarechenzentrum den anthropogenen Treibhauseffekt zu 95% nachgewiesen hat, müßte es eigentlich geschlossen werden, damit die Hamburger Umwelt weniger belastet wird. Man kann sicher viele Windmühlen stillegen, die für den Strom des Rechnerbetriebs benötigt würden. Denn welche neuen Erkenntnisse können noch herauskommen? Daß die 95% durch 98% ersetzt werden? Daß es den CO2-Treibhauseffekt nicht gibt, da sich die Temperaturerhöhungen in den Simulationsrechnungen beim Verdoppeln des CO2-Anteils inzwischen der Null nähern, wie es im letzten Jahrzehnt tatsächlich geschieht? Gerade vor wenigen Tagen habe ich gelesen, daß die Wettermodelle 90prozentig richtige Kurzzeit-Prognosen liefern sollen. Da fiel mir ein, daß für Privatleute die meisten Wettervorhersagen im Unterschied zu den Wettervorhersagen in Kriegen (Fliegerangriffe) unbrauchbar bzw. weniger wichtig sind als die Lottozahlen, und sogar eine 100prozentig richtige Wetterprognose völlig ohne Computer möglich ist: Wenn der Hahn kräht auf dem Mist, ändert sich das Wetter, oder es bleibt, wie's ist.

Prof. Dr. G. Gerlich