Rettung vor den Klimarettern — Teil II

Man kann eine wissenschaftliche Annahme (eine „Hypothese“) auf drei Wegen überprüfen und ggf. widerlegen:

• man prüft ihre Grundannahmen
• man prüft die Korrektheit jedes einzelnen ihrer Gedankenschritte
• man prüft das behauptete Ergebnis auf dessen Vereinbarkeit mit etablierten Naturgesetzen.

Wir wählen den dritten Weg und schauen zunächst auf das Ergeb­nis: Das Wirken des „Treib­­haus­effek­tes“ soll dazu führen, dass bei Anstieg der CO2-Kon­zen­tra­tion die Temperaturen von Bo­den und bo­dennaher Luft anstei­gen. Aber ist das überhaupt möglich?

Dazu machen wir ein Ge­dan­ken­experiment. Wir nehmen an, aus zu­nächst unbekannter Ursache sei eine „Erd­er­wärmung“ tat­säch­lich eingetreten. Nun fragen wir: unter wel­chen Bedin­gun­gen könn­­­te jetzt die Erde überhaupt erwärmt bleiben?

Hierzu muss man wissen, dass Materie ständig Energie abstrahlt, in einer kälteren Umgebung hat sie daher das Bestreben auszukühlen. Wollen wir eine Herdplatte oder einen Grill heißer hal­ten als ihre Um­ge­bung, so müs­sen wir ihnen ständig Energie zu­füh­­ren: durch „Strom“ bzw. Ver­­bren­nung von Holzkohle. Fällt der Strom aus, so ist unser Herd bald kalt.

Für die Erde gilt das auch. Erdoberfläche, Wolken und die Atmo­sphäre strahlen ständig Energie ins Weltall – und Ab­strah­lung bewirkt Kühlung. Trotz Schwankungen in Tageslauf und Wetter bleibt aber die Erde „warm“, weil die Son­ne ständig neue Ener­gie zuführt. Modellhaft vereinfacht können wir uns den Ener­gie­haus­halt der Erde also als ein „Fließgleichgewicht“ vorstellen: mit ei­nem „Zufluss“ (Heizung: Sonne), einem Energievorrat und einem „Ab­fluss“ (Kühlung: Abstrahlung ins Weltall). Die Tem­pe­ra­tu­ren hän­gen am Energievorrat – nimmt der ab, dann wird es kalt.

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Steigt die Temperatur, steigt auch die Abstrahlung

Die Abstrahlung von Materie wird be­stimmt durch deren Tem­­pe­­ra­tur. Steigt die Temperatur, dann steigt auch die Abstrahlung. Das ist der Grund, warum eine Herdplatte nach dem Hoch­schal­ten der Stromzufuhr nicht einfach verglüht. [1] Erhöht man nämlich die elektrische Energiezufuhr, zum Beispiel um 500 Watt, dann steigt die Temperatur, aber nur so lange, bis die zu­­sätz­liche Ener­­gie­­abgabe (und damit die Selbstkühlung) der Platte eben­falls um 500 Watt gestiegen ist. Dann herrscht wieder Gleich­gewicht, und der Tem­peraturanstieg kommt zum Stillstand.

Nehmen wir nun an, die Erde er­wärmte sich, zum Beispiel um jene als an­geb­­liche Ge­fah­renschwelle be­schwo­­­­­­re­nen zwei Grad Celsius. Wie zuvor im Bei­spiel der Herdplatte stiege jetzt die Kühl­lei­stung der Erde an, und zwar nach unserer Ab­schätzung um circa drei Prozent.

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Kühlleistung durch Sa­tel­li­tenmessungen be­stätigt

Ein solcher Anstieg der Kühlleistung als Folge von Erwärmung ist durch Sa­tel­li­tenmessungen be­stätigt. Im warmen Jahr 2002 zum Beispiel lag die mittlere Kühl­­lei­stung in der Spitze um circa sieben Watt pro Quadratmeter (W/qm) über den Minima der kälteren Periode 1984-93  (Abb. 1)

Für Verfechter des Treibhausdogmas ein un­­­­lös­ba­res Problem

Aber hier entsteht für die Verfechter des Treibhausdogmas ein un­­­­lös­ba­res Problem: Strahlt die Erde mehr Ener­gie ins Weltall ab, dann muss dieses „Mehr“ aus­ge­glichen werden: durch einen gleich­ großen Anstieg der Energiezufuhr. CO2 aber kann keine zusätz­liche Energie auf die Er­de schaf­fen. Eine fiktive CO2-Erderwär­mung führt daher unausweichlich zum Ungleichgewicht (Abb. 3).

Für den Ausgleich der als Folge von „Erd­erwär­mung“ angestie­ge­nen Kühl­­­­­leistung bleiben daher nur zwei Mög­lichkeiten:

• Entweder die Heiz­­leistung am Boden steigt aus einem anderem Grund, zum Beispiel aufgrund eines Rückgangs der Be­wöl­­kung (Das wird im Kapitel „Das Heizsystem der Erde“ im Teil III betrachtet.). Diese Ursache ist physikalisch denkbar, nur hätte sie über­haupt nichts mit dem behaupteten „CO2-Treib­haus­effekt“ zu tun.
• Oder aber die fehlende Differenz wird dem vorhandenen Ener­­­gie­vor­rat der Er­de entnommen (Abb. 3). Dann aber würde dieser Vorrat laufend kleiner. „Ener­gie ver­lie­ren“ heißt aber nichts and­e­res als „aus­küh­len“ – die Temperaturen gingen zurück.

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Das „Aus“ für die Treibhauslehre

Die Konsequenzen bedeuten das „Aus“ für die Treibhauslehre:

• Wenn sich die Erde erwärmen soll, muss der Verur­sacher dieser Erwärmung „Energie mitbringen“: er muss die erwartete stärkere Kühlung durch höhe­re Netto-Heizleistung am Boden ausgleichen.  (Abb. 2)
• Änderungen in der Konzentration IR-aktiver Gase scheiden daher als Ursache aus. Sie können keine „Erderwärmung“ herbeiführen – und eine „Klimakata­stro­phe“ schon gar nicht.
• Auch alle früheren Klimaänderungen müssen Ursachen gehabt haben, die außerhalb des CO2-Treibhausdogmas liegen.

Dieses Ergebnis mag viele überraschen, die bisher unter dem Ein­fluss von Medien und Politik die Treib­haus­lehre für wissen­schaft­lich fest eta­bliert gehal­ten hat­ten. Aber jenes Dogma beruht auf Grund­­­annahmen, die physikalisch falsch sind: sie sind spätestens seit 1909 widerlegt. Das lesen Sie im folgenden Kapitel.

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Treibhausirrtümer und das Experiment von Wood

Der behauptete „Treibhauseffekt“ in der Atmosphäre hat seinen Na­­­­­­men nach einem Wirkprinzip, das angeblich das Gärtner­treib­haus kennzeichnen soll: dem ver­meint­lichen „Ein­sper­ren“ von in­fra­roter Strahlung. Folgende Annahmen liegen dem zugrunde (Abb. 4):

• Die Sonne schickt sicht­bares Licht zur Erde.
• Dieses Licht erwärmt den Boden im Glas­hau­s und außerhalb.
• Der Bo­den strahlt die Wärme als Infrarotlicht (IR) ab.
• Die Glaswände lassen das IR nicht durch, son­dern halten es im Glashaus fest.
• Weil die Bodenstrahlung nicht ent­weichen könne, bleibe deren Energie im Treibhaus. Dadurch würde die Luft erhitzt.
• In der Atmosphäre passiere im Prinzip das Gleiche: hier hätten „Treib­hausgase“ die Rolle der Glasplatten, sie „sperrten die Strah­­lung ein“ und erwärmten den Boden.

Schon vor über 100 Jahren widerlegt

Einer, der diese Deutung für falsch hielt, war Robert W. Wood, Pro­­­­fes­sor für Experimentalphysik an der Johns Hopkins University in Bal­­­ti­more im US-Bundesstaat Ma­ry­land (Abb. 7). Schon 1909 stellte er Ver­suche an, deren Ergebnisse diese (Glas-)Treib­haus­hypothese widerlegten. Wood ahnte wohl nicht, dass sich rund 70 Jah­re spä­­­­ter mit der CO2-Treib­haus­­lehre ein politisch getriebenes Dog­ma ent­­­­­wickeln wür­de, das auf genau den Grund­an­nahmen auf­setzt, die er schon 1909 falsifizieren konnte!

Das Experiment

Wood fertigte also zwei Kästen aus schwarzem Karton und befe­stig­te darin Ther­mometer (Abb. 5). Einen Ka­sten deck­te er luft­­dicht mit einer Glasplatte ab, den anderen mit einer gleich dicken Platte aus Steinsalz (NaCl). Der Hintergrund:

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• Glas lässt sicht­­­bares Licht durch, filtert aber (abhängig von der Sorte!) IR-Licht fast voll­stän­dig he­raus.
• Salz dagegen ist sowohl im sicht­­ba­ren als auch im IR-Spek­trum na­hezu vollkommen durch­läs­sig.

Dann stellte er beide Kästen in die Sonne. Ausgehend von der „Einsperrhypothese“ hätte nun Folgendes ein­treten müssen: Starke Aufheizung der Glas­box (vergleichbar mit einem Auto, das man in der Sonne parkt). Und nur sehr geringe Erwärmung der Salz­box (am Boden er­zeug­te IR-Strah­lung kann ungehindert den Be­häl­ter verlassen).

Aber das Ergebnis des Experiments war völlig anders! Statt nur der Glasbox heizten sich beide Mo­dell­treibhäuser stark auf. Das Salztreibhaus blieb so­gar ständig wärmer als das Mo­­dell mit der Glasabdeckung. Es er­reich­te schließlich eine Tem­pe­ratur von 65 Grad Celsius.

Offensichtlich war die „Einsperrhypothese“ falsch. Aber warum? Ihr erster Feh­ler war die Annahme, Sonnenlicht enthielte kein IR. Tatsächlich ist der IR-Anteil groß, und die­sen sperrte die Glas­schei­be aus, während die Salzschei­be ihn unge­hin­dert hineinließ, und der die Wände der Box zusätzlich aufheizte.

Die wirk­liche Wir­kungs­weise eines Glas­treib­hauses

Um diese Wirkung zu neutralisieren und die IR-Einstrahlung noch vor Erreichen der Versuchs­anord­nung auszufiltern, brachte Wood nun ober­­halb bei­der Modelltreib­häuser je eine wei­tere Glas­platte an (Abb. 6). Dann wiederholte er den Versuch. Das Ergebnis:

• Die Glas­box er­reichte jetzt nur noch eine Tem­pe­ra­tur von 55 Grad Celsius, fast 10 Grad we­ni­ger als zuvor. [2]
• Die Salzbox blieb jetzt etwas kühler als das Glas­mo­dell. Aber dieser Unterschied betrug kaum 1 Grad [3], gegenüber den 25-30 Grad, um die die Modelltreibhäuser insgesamt wärmer wurden als die Umgebung. [4]

Diese Beobachtungen offenbaren uns die wirk­liche Wir­kungs­weise eines Glas­treib­hauses. Und sie gewähren uns einen Einblick in das Zu­sam­menspiel zwischen Erdboden und Atmosphäre:

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• Da das „Einsperren von Strahlung“ (Glasplatte) kaum eine Tem­pe­ra­tur­­ände­rung bewirkt, kann der bodennahe Energietransport nur zu ei­nem sehr kleinen Teil auf Strahlung beruhen.
• Die Luft im Treibhaus erwärmt sich durch Kon­takt zum Boden (Wär­­meleitung, Konduktion). Die wärmere Luft steigt auf, küh­lere sinkt zu Boden (Konvektion). [5]
• Damit hat für das Kühlen des Bo­dens dessen Ab­strah­lung nur eine völlig untergeordnete Bedeutung.
• Ein Treibhaus wirkt, indem es warme Luft ein­sperrt – und nicht Strahlung. Im Glashaus wird bereits warme Luft immer weiter erwärmt. Die Konvektion in größere Höhe und das Nach­strö­men kalter Außenluft werden unterdrückt.
• Die Benutzung des Wortes „Treibhaus“ im Zusammenhang mit behaupteten Wirkungen IR-aktiver Gase ist irre­füh­ren­der Unsinn.

Die  Bedeutung von Woods Ergebnissen für heute

Die moderne CO2-Treibhaushypothese beruht auf Grund­annah­men, von denen Wood bereits drei experimentell widerlegt hatte.

Irrtum 1: Das Sonnenlicht durchdringe die Atmosphäre unge­hin­dert, denn es sei „sichtbar“ bzw. „kurzwellig“. Wood zeigt, dass das Sonnenlicht einen großen IR-Anteil auf­weist. Es kann daher die Atmosphäre nicht ungehindert durchdringen.

Irrtum 2: Der Boden würde vor allem gekühlt, indem er Infra­rot­licht ab­strahlt. Diese Strahlung fangen die „Treibhausgase“ ab. Wood bewies, dass die Abstrahlung für die Bodenkühlung kaum ei­ne Rol­le spielt. Die Wärme des Bodens fließt vor allem durch andere, viel stär­kere Mechanismen in die kältere Atmosphäre ab.

Irrtum 3: Würde genug Bodenstrahlung „eingesperrt“, sei die „Kli­ma­­katastrophe“ unausweichlich. Als Wood mittels Glas sogar die ge­­sam­te Bo­den­­strah­lung zurückhielt, ergab sich eine Erwär­mung von weniger als ein Grad Celsius. Ein Bruchteil dieser Ursache (Än­de­rung im CO2-Anteil) könn­te allenfalls einen Bruchteil der Wirkung aus­­lö­sen. Die Klimakatastrophe durch so genannte „Treibhausgase“ bleibt auch daher ein Hirngespinst.

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Eine Hypothese ist widerlegt, wenn sie auf notwendigen Grundan­nah­men auf­baut, die selbst widerlegt sind. Das ist hier der Fall.

[1] Gegenstände auf der Erde geben Wärme auch durch Wärme­leitung ab (zum Beispiel an die Luft) und nicht nur durch Strahlung. Kor­rekt müsste man also als Vergleich zur Erde einen „Herd im Va­ku­­­um“ heranziehen. Hier mag das gewählte Bei­spiel aber genügen.

[2] Das Einfügen einer weiteren Glasplatte in den Strahlengang bewirkt auch Verluste an sichtbarem Licht durch Reflektion. Von dem Temperaturrückgang von insgesamt 10 Grad Celsius kann daher nur ein Teil dem Ausfiltern des Sonnen-IR zugerechnet wer­den.

[3] Wood hat die Temperatur, die während seines Versuches im Freien herrschte, leider nicht publiziert. Aufgrund der klimati­schen Ver­hält­nis­se in Baltimore gehen wir hier von geschätzten Außentem­pe­ra­tu­ren von 25 bis 30 Grad Celsius aus.

[4] Wichtig für jede weitergehende Bewertung: Die Wärme­leit­fähigkeit von Salz ist etwa sechsmal so hoch wie die von Glas!

[5] Im richtigen Treibhaus und in der Natur erfolgt ein großer Teil der Kühlung durch die Verdunstung von Wasser. Wood untersuchte diesen Aspekt nicht, son­­­dern arbeitete mit trockenen Modelltreibhäusern, weil sonst das Kon­dens­wasser die teuren Steinsalzscheiben ruiniert hätte.

Lesen Sie auch:

Rettung vor den Klimarettern – Teil I

Rettung vor den Klimarettern – Teil III

Rettung vor den Klimarettern – Teil IV

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Klaus Ermecke ist Wirtschafts- und Organisationswissenschaftler. Sein Unternehmen, Klaus Ermecke GmbH – KE Research in Oberhaching bei München, unterstützt Entscheidungsträger in Politik und Wirtschaft bei der Beurteilung von Zukunftsfragen für den Wirtschaftsstandort Deutschland. Die hier vorgestellte Studie erstellte er mit der Unterstützung von nahezu einem Dutzend einschlägig spezialisierten Physikern, Meteorologen und anderen Fachexperten. www.ke-research.de