Der Strahlungshaushalt der Erde Vortrag im Rahmen des

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 UV-C 200 UV-B Sonne UV-A 320 280 390 700 1000 3000 [nm]

Strahlungshaushalt – ohne Atmosphäre S = Solarkonstante, 1368 W/m 2 A = Albedo (Rückstrahlungsfähigkeit der Erde) Le = langwellige Wärmestahlung Le Absorption Reflektion ¼S A • ¼S ERDE

Bestimmung der Gleichgewichtstemperatur P 1 = S · (1 - A) ·F Stefan-Boltzmann Gesetz: P = б · F · T 4 ; б = 5, 6 · 10 -8 W/m 2 K 4 P 2 = б · 4 · F · T 4 → P 1 = P 2 → T= 255 K = -18°C

Die Atmosphäre • Hauptbestandteile: N 2 78, 08 % CO 2 20, 95 % Ar 0, 93 % • enthält klimarelevante Spurengase: CO 2, H 2 O, CH 4, O 3

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

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

Strahungshaushalt – 100 mit Atmosphäre 100 ERDE

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

8 ½ ½ 30 19 T T 43 ½ ½ 51 51 T ERDE

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

8 ½ ½ 30 19 43 ½ ½ 51 51 ERDE

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

Der natürliche Treibhauseffekt Der 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 Spurengase atmosphärische Konzentration [ppm] gegenwärtiger Erwärmungseffekt [Kelvin] H 2 O 25. 000 20, 6 CO 2 3 7, 2 O 3 0, 03 2, 4 N 2 O 0, 3 1, 4 CH 4 1, 7 0, 8 andere ≈ 0, 6 Summe ≈ 33, 0

Der anthropogene Treibhauseffekt (ATE)

Klimarelevante Spurengase und ihr gegenwärtiger Treibhauseffekt Spurengase atmosphärische Konzentration [ppm] gegenwärtiger Erwärmungseffekt [Kelvin] H 2 O 25. 000 20, 6 CO 2 3 7, 2 O 3 0, 03 2, 4 N 2 O 0, 3 1, 4 CH 4 1, 7 0, 8 andere ≈ 0, 6 Summe ≈ 33, 0

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

CO 2 – 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?