Physik 9 · Wärmelehre

Einfaches Treibhausmodell

Die Erde bekommt Energie von der Sonne und strahlt Energie als Infrarot ins All ab. Im Gleichgewicht ist beides gleich groß. Die Atmosphäre lässt das Sonnenlicht fast ganz durch, nimmt aber einen großen Teil des Infrarots auf und strahlt ihn in beide Richtungen wieder ab. Ein Teil kommt also zum Boden zurück. Deshalb ist es am Boden wärmer als ohne Atmosphäre.

So gehst du vor

1Sieh dir die Pfeile an: Die Breite zeigt die Stärke des Energiestroms, alle Zahlen sind in Wm².
2Ziehe im Bild waagrecht: im Weltall ändert sich die Sonne, in der Atmosphäre die Aufnahme des Infrarots, am Boden die Albedo. Oder nimm die Regler.
3Beobachte die Bilanz oben rechts: Stimmt sie nicht, wird der Boden wärmer oder kälter, bis sie wieder stimmt.
4Vergleiche die Vorlagen und lies die Temperaturen ab.

Gelb: Sonnenlicht. Rot: Infrarot. Das Modell mittelt über die ganze Erde, Tag und Nacht. Wolken, Verdunstung und Wind fehlen; die echten Ströme sind deshalb etwas anders verteilt. Die Temperaturen sind Näherungen.

Vorlagen

Gemessen: etwa 15 °C im Mittel

Solarkonstante S

1.361 Wm²

Albedo α

0,30

Infrarot-Aufnahme ε

0,78

Rechnung im Gleichgewicht

Sonne: S4 = 340 Wm²

bleibt auf der Erde: 238 Wm²

ohne Atmosphäre: −18,6 °C

mit Atmosphäre: 14,9 °C

Treibhauseffekt: 33,5 K

Aufträge

Die Solarkonstante beträgt 1361 Wm². Warum rechnet das Modell mit einem Viertel davon?
Wähle „Erde ohne Treibhausgase“. Wie kalt wäre es? Wie groß ist der Treibhauseffekt zwischen dieser Temperatur und „Erde heute“?
Lies bei „Erde heute“ die Pfeile am Boden ab. Der Boden strahlt mehr ab, als die Sonne ihm gibt. Wie kann das sein?
Stelle von „Erde heute“ aus ε von 0,78 auf 0,80. Was zeigt die Bilanz sofort, was nach einiger Zeit? Wie stark ändert sich die Temperatur?
Vergleiche „Erde heute“ und „Erde voller Eis“. Was bedeutet das, wenn Eis schmilzt? Warum nennt man das Rückkopplung?
Die Venus bekommt etwa 2600 Wm² und hat die Albedo 0,77. Stelle das ein und setze ε = 1. Gemessen sind rund 460 °C. Was sagt das über das Modell?

Theorie: Wärmelehre, Kapitel „Treibhauseffekt“.