Diskussion:Atmosphärische Gegenstrahlung

Dieser Artikel war am 24. Januar 2017 der Artikel des Tages.

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Kaputter Satz

"Im mittleren Infrarot scheint bei klarem Himmel der Weltraum durch (siehe Atmosphärisches Fenster), ist die Gegenstrahlung besonders kalt." Bitte reparieren! --78.50.198.229 22:23, 24. Okt. 2017 (CEST)

Was soll daran kaputt sein? Grammatisch so korrekt wie "Max bekommt Fieber, friert." Inhaltlich auch korrekt. --Rainald62 (Diskussion) 18:41, 14. Mär. 2019 (CET)

Der Satz ist nicht leicht lesbar. Ich versuche es, besser zu machen. --Lpd-Lbr (d) 20:04, 26. Aug. 2019 (CEST)

Ich halte den Satz für schwer verständlich. Wie wäre es mit aufteilen?

Im mittleren Infrarot scheint bei klarem Himmel der Weltraum durch (siehe Atmosphärisches Fenster). Daher ist die in diesem Fall die Gegenstrahlung besonders kalt.

Dabei verstehe ich nicht, was "die Gegenstrahlung ist kalt" bedeutet. --Hfst (Diskussion) 18:51, 10. Sep. 2019 (CEST)

Das ist mir noch gar nicht bewusst geworden, dass das auch so eine fachsprachliche Metapher ist. In meinem Änderungsvorschlag weiter unten steht es bereits mehr ausformuliert. Wäre das besser? ("Kältere Strahlung" bezieht sich gleichzeitig auf die Farbtemperatur innerhalb des Fensters und den Energiegehalt, wobei für das Lemma nur der Energiegehalt relevant ist.) --Lpd-Lbr (d) 20:15, 11. Sep. 2019 (CEST)

3M: Aus meiner Sicht ist der Satz grammatikalisch seltsam und außerdem schwer verständlich. Warum kann man es nicht einfach und verständlich formulieren? Gruß von --OS (Diskussion) 09:15, 11. Sep. 2019 (CEST)

Absorption und Re-Emisson von Infrarot-Photonen in der Erdatmosphäre durch H2O-Moleküle und CO2-Moleküle

Sobald ein H2O-Molekül oder ein CO2-Molekül ein Infrarot-Photon absorbiert hat, wird es nach einer Relaxationszeit (ps) auch schon wieder emittiert. Aber in alle Richtungen. Somit wird im Gesamteffekt die von der Erdoberfläche abgestrahlte Wärme in alle Richtungen gestreut. Sie kann daher nicht gerichtet sein. Gase in der Erdatmosphäre können deshalb auch keine Wärmestrahlung speichern, denn jedem Gasmolekül ist nur seine Bewegungsenergie inert bis sie durch Konduktion (Stossanregung) weitergegeben wird. Somit kann die Erdatmosphäre das Auskühlen der Erde im Sinne der Entropie lediglich verlangsamen. Streuung von Wärmestrahlung in der Erdatmosphäre kann somit auch nicht zur Temperaturerhöhung der Erde führen. (nicht signierter Beitrag von 31.18.102.212 (Diskussion) 20:37, 5. Aug. 2019‎)

Teils halbwahr, teils falsch. Mehratomige Gase zu atmosphärischen Temperaturen haben neben der Translations- immer auch Rotationsenergie, auch Schwingungen sind bei einem Teil der Moleküle bereits angeregt. Es kann, aber es muss nicht ein Photon exakt gleicher Energie abgestrahlt werden (und jedes Photon für sich hat auch eine ganz konkrete Richtung).

Die Erdoberfläche ist dank der gestreuten/wiederemittierten Strahlung wärmer, als sie es ohne wäre. Wenn sich ein Einfluss auf dieses Fließgleichgewicht ändert, kann dies sehr wohl zu einer Temperaturänderung, selbstverständlich auch einer Erhöhung, führen. --Simon-Martin (Diskussion) 20:51, 5. Aug. 2019 (CEST)

Siehe Idealisiertes Treibhausmodell, dort wird die Abstrahlung in alle Richtungen explizit berücksichtigt.

Immer wieder erstaunlich, wie in diesem Themenkomplex immer wieder Physik hinterfragt wird, die seit 100 Jahren auf sicherem theoretischen Fundament ruht. --hg6996 (Diskussion) 08:10, 6. Aug. 2019 (CEST)

Das theoretische Fundament ist alt, der Teufel steckt in experimentellen Details, insbesondere mangelte es lange Zeit an spektraler Auflösung. Die natürlichen IR-Linienbreiten kleiner Moleküle (H2O, CO2, CH4, N2O, nicht FCKW) sind so gering, dass sie bodennah sämtlich druckverbreitert sind. Der Druckverbreiterungsparameter gibt Auskunft über die Dauer der Relaxation durch Stöße. Nicht ps, wie die IP behauptet, sondern hunderte ns, und eben durch Stöße, also gekoppelt ans Wärmebad (Temperatur des Gases). --Rainald62 (Diskussion) 00:57, 5. Sep. 2019 (CEST)

Vorschlag neue Einleitung

Hallo! Ich schlage diese Änderung der Einleitung und des ersten Absatzes vor und bitte um Kommentare.

Zwei Dinge sind für mich dabei wesentlich:

1) In der jetzigen Einleitung steht, dass in der quantenmechanischen Betrachtung hin- und Gegenstrahlung untrennbar miteinander verbunden sind [1]. Als Chemiker würde ich es genau umgekehrt formulieren, dass nämlich genau in der Thermodynamik immer das Gesamtsystem mit berachtet wird. Die Einschränkung der 2. HS auf Gesamtsysteme macht ihn ja gerade so ein fruchtbares Feld für furchtbare Fehlinterpretationen. Quantenmechanisch hingegen kann ich mir auch nur ein einzelnes CO₂-Molekül ansehen - und wenn es zu strahlen beliebt, dann wird es das uneingeschränkt tun, wohin auch immer es will. Oder habe ich da etwas falsch verstanden?

2) In der Beschreibung nimmt im Moment hauptsächlich das, was Gegenstrahlung nicht ist, den meisten Raum ein. Die Definition ist zwar kompakt, aber eine etwas langsamere und allgemein verständlichere Sprache, die auch ein bisschen auf das Rundherum eingeht, tut dem Artikel vielleicht gut.

Einleitung

Die atmosphärische Gegenstrahlung ist die Wärmestrahlung aus der Atmosphäre, die in Richtung der Erde abgestrahlt wird. Die Energie der Gegenstrahlung entweicht also nicht in den Weltraum, sondern verbleibt auf der Erde. Sie ist ein wichtiger Bestandteil der Energiebilanz an der Erdoberfläche und ist maßgeblich am Treibhauseffekt beteiligt. Im idealisierten Treibhausmodell ist sie ein wesentlicher Bestandteil der Berechnung der Erdtemperatur. Sie heißt Gegenstrahlung, da sie dem Netto-Strahlungstransport entgegengesetzt ist und so die Strahlungsverluste der Erdoberfläche verringert. In der Physik wird die Gegenstrahlung je nach Teilgebiet unterschiedlich behandelt. In der Thermodynamik handelt es sich um einen Term der Strahlungsbilanz zwischen zwei Körpern, untrennbar mit der intensiveren Strahlung in Richtung des Netto-Strahlungstransports verbunden. Quantenmechanisch betrachtet ist sie ein Teil der Strahlung, die Teilchen (in diesem Fall bestimmte Moleküle und Partikel in der Atmosphäre) in alle Richtungen aussenden.

--Lpd-Lbr (d) 18:59, 27. Aug. 2019 (CEST)

Ich habe vorstehend deine Signatur von unten gedoppelt, um zu beiden Abschnitten getrennt zu antworten.

Die Einleitung zu verbessern ist nicht schwer, da sie eher mäßig ist.

Die Aufteilung des ersten Satzes in zwei Sätze ist ein Fortschritt.

"Weltraum" statt "System" ist eindeutiger als vorher falsch. Beim Lemma geht es um die Bilanz an der Erdoberfläche. Besser direkt im zweiten Satz die Abstrahlung der Oberfläche ansprechen.

Der nun dritte Satz hat den gleichen Mangel in Form des Linkzieles (Strahlungshaushalt der Erde) für den Linktext "Energiebilanz" (der Leser verkürzt die Kombination von Linktext und Tool-Tipp zu "Energiebilanz der Erde", also Systemgrenze oberhalb der Atmosphäre). Mit berichtigtem zweiten Satz ist der dritte redundant.

Der nun vierte Satz bleibt besser am Ende der Einleitung, da es sich um eine (zu) grobe Idealisierung handelt, die der realen Bedeutung der Gegenstrahlung nicht gerecht wird.

Erst der nun fünfte Satz enthält im Nebensatz den wichtigen Hinweis auf die Abstrahlung der Erdoberfläche. So oder ähnlich sollte der zweite Satz lauten. Danach sollte der spürbare Effekt herausgestellt werden: Feuchte Luft strahlt stärker; ohne Gegenstrahlung gäbe es auch in Sommernächten Bodenfrost (in trockenen Wüsten keine Seltenheit).

Die Sätze zur Quantenmechanik, alt und neu, sind beide falsch. Richtig wäre, aber das gehört nicht in die Einleitung: Emissions- und Absorptionsfähigkeit sind quantenmechanisch untrennbar verbunden.

Auch ein Satz mit "Thermodynamik" ist entbehrlich. Wir haben schon Strahlungstransport verlinkt.

--Rainald62 (Diskussion) 00:23, 5. Sep. 2019 (CEST)

Hallo! Vielen Dank für deine Rückmeldung! Ich denke nicht, dass es bei diesem Lemma um die Bilanz in erster Linie um die Bilanz auf der Erdoberfläche geht. Ich stimme dir zu, dass "Weltraum" eindeutiger ist als "System", weil ein System zusätzlich definiert werden muss, während "Weltraum" ein allgemein verständlicher Begriff ist. Ich freue mich, dass du mir da zustimmst und sobald ich dazu komme, werde ich das gerne einbauen. Falsch war es vorher allerdings nicht, ich habe hier nur umformuliert. Ich nehme an, beim Linkziel möchtest du, dass möglichst deckungsgleiche Begriffe verwendet werden? Das lässt sich machen. Thermodynamik und Quantenmechanik waren vorher explizit angesprochen und ich fand das auch richtig, denn ich habe des öfteren gesehen dass Ungeübte gerne die Theorien durcheinander bringen und dadurch verwirrt werden. Ich merke durch deine Rückmeldung jetzt auch, dass mein Satz zur Quantenmechanik mehrdeutig ist: Natürlich ist er korrekt und ich habe mit "Teil" den Anteil gemeint, der eben in Richtung Erdoberfläche abgestrahlt wird. Dabei auf Absorption einzugehen ist tatsächlich weder nötig noch hilft es beim Verständnis.

PS: Ich merke, dass du einige Sätze komplexer konstruierst als nötig. Ist das der Grund für deine Verteidigung des Satzes Im mittleren Infrarot scheint bei klarem Himmel der Weltraum durch (siehe Atmosphärisches Fenster), ist daher die Gegenstrahlung besonders kalt.? Ich habe entdeckt, dass bereits vor zwei Jahren mehrere User versucht haben, diesen Satz zu ändern, da sie ihn für ungrammatisch halten. Ich finde, das sollte mehr als genug Hinweis darauf sein, dass dieser Satz schwer verständlich ist und das schwerer wiegen sollte als dein Argument in [2], dass der Satz dadurch kürzer wird. Durch das Zeugma spannt er auch eine vermeidbare Satzklammer auf - siehe Wikipedia:Wie_schreibe_ich_gute_Artikel#Schreibe_in_ganzen_Sätzen. Was hältst du davon, eine dritte Meinung einzuholen? --Lpd-Lbr (d) 20:50, 6. Sep. 2019 (CEST)

"Ich denke nicht, dass ..." – wie wäre es mit Belegen? Ein Beleg steht schon im Artikel, hier ein weiterer: eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche --Rainald62 (Diskussion) 00:24, 12. Sep. 2019 (CEST)

Danke, eine gute Quelle! Erde ist ein gebräuchliches Synonym für Erdoberfläche und leichter verständlich. Gemäß Wikipedia:Wie_schreibe_ich_gute_Artikel#Verständlichkeit wäre es also gut, zuerst das Wichtigste in einfache Begriffe zu fassen und dann im weiteren Artikel die Details zu präzisieren. Und es kommt an Ende ein Artikel heraus, der für viel mehr Menschen nützlich ist und trotzdem korrekt. --Lpd-Lbr (d) 18:20, 16. Sep. 2019 (CEST)

Beschreibung

Alle Körper strahlen Wärmestrahlung in alle Richtungen ab, mit einer Intensität die von der Temperatur des Körpers und dem Emissionsgrad der Oberfläche abhängt. Im Temperaturbereich der Erdoberfläche und Atmosphäre ist die Infrarotstrahlung der Hauptbestandteil dieser Wärmestrahlung. Der Großteil der Gase der Atmosphäre ist für Infrarot-Strahlung durchsichtig: Stickstoff und Sauerstoff haben in diesem Bereich einen Emissionsgrad von nahe Null. Treibhausgase und Aerosole hingegen sind in diesem Spektralbereich aktiv, sie können Teile der Infrarotstrahlung abstrahlen und auch absorbieren. Betrachtet man einen gewissen Ausschnitt aus der Atmophäre, also ein zusammenhängendes Volumenelement, dann strahlt es gemäß seiner Gaszusammensetzung und Temperatur Wärmestrahlung ab. Wenn diese Strahlung die Erdoberfläche erreicht, kann sie dort aufgenommen werden und Energie abgeben. Diese Energieübertragung sorgt dafür, dass die Erde wärmer ist, als die ohne Gegenstrahlung wäre.

Die Treibhausgase haben über den Infrarotbereich verteilt Spektralbereiche, in denen sie besonders intensiv Strahlung aufnehmen und abgeben, oder in denen sie durchsichtig sind. Je stärker sie wechselwirken, desto geringer ist in diesem Spektralbereich die optische Dicke - ein Maß dafür, wie weit die Strahlung reicht, bevor sie von anderen Luftteilchen wieder aufgenommen wird. Es gibt auch Bereiche, in denen keines der Treibhausgase absorbiert, das so genannte atmosphärische Fenster. In diesem Bereich kann Wärmestrahlung von der Erdoberfläche bis in den Weltraum entweichen. Die Gegenstrahlung kommt in diesem Fall direkt aus dem Weltraum und überträgt nahezu keine Energie. Dadurch ist es zum Beispiel möglich, dass die Erdoberfläche nachts auch unter die Temperatur der bodennahen Luft abkühlen kann. Dann kann sich, abhängig von den Wetterverhältnissen, Tau, Reif oder Bodenfrost bilden.

Ausserhalb des atmosphärischen Fensters hängt die Durchlässigkeit der Atmosphäre für Wärmestrahlung von der Menge an Triebhausgasen ab, die sich darin befinden. Je mehr von diesen Gasen vorhanden ist, desto intensiver wird die Gegenstrahlung und desto kürzer ist die freie Länge, bis sie wieder absorbiert wird. Dieser Effekt führt im idealisierten Treibhausmodell direkt zu einer Erwärmung der Oberfläche bei Erhöhung der Treibhausgas-Konentration.

--Lpd-Lbr (d) 18:59, 27. Aug. 2019 (CEST)

Unglückliche Verwechselungsgefahr bei Grafik Spektrum der Gegenstrahlung

Die Beschreibung des Diagramms lautet: Spektrum der Gegenstrahlung (blau) bei klarem Himmel Gemeint ist natürlich, dass der blaue Teil des Diagrams das Spektrum darstellt. Jetzt ist es aber so, dass tagsüber der klare Himmel ein Spektrum aufweist, dem man eine blaue Farbe zuordnen kann, allerdings durch das gestreute Sonnenlicht. Also zwei völlig verschiedene Sachen, aber als Leser, der gerade dabei ist, alles irgendwie gedanklich einzuordnen kann sich hier leicht verwirren, vielleicht könnte man einfach die Farbe des Diagrams ändern (zB auf grün). (nicht signierter Beitrag von Rainiger Winkler (Diskussion | Beiträge) 17:03, 7. Jan. 2021 (CET))

Berechnungsformel fehlerhaft?

Die Berechnung der Gegenstrahlung bei bewölktem Himmel ist angegeben als A_g,w = σ T_d,St⁴. Es fehlt aber m.E. auf der rechten Seite der Faktor 0,790.

Begründung:

So wie die Formel darsteht, ist sie die Anwendung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes auf einen schwarzen (!) Körper. Eine Wolke ist aber kein schwarzer Körper, sondern hat eine Emissivität < 1.

Die davorstehende Formel für klaren Himmel enthält den Term 0,790 T_St⁴. Dies kann als die Abstrahlung der Erdoberfläche bei Stationstemperatur T_St interpretiert werden, und daraus ersieht man zwanglos die Emissivität 0,790. Da die Erdoberfläche zu 2/3 aus Wasser besteht, also dem gleichen Stoff wie Wolken, liegt es nahe, den Wert auch für A_g,w zu verwenden. Die Werte, die man damit errechnet, scheinen mir auch glaubwürdiger, während sie für die Ursprungsformel zu hoch ausfallen.

Besonders klar wird dies bei der Luftfeuchte 100%. Dann stimmen die Ergebnisse beider Formeln nach Anbringung der Korrektur überein, während ohne Korrektur ein völlig unplausibler Sprung im Ergebnis zwischen klarem Himmel bei 100% Feuchte und bewölktem Himmel auftritt. --Mike49Nbg (Diskussion) 16:02, 8. Aug. 2024 (CEST)

Ergänzung:

Es muss oben natürlich heißen: "Die davorstehende Formel für klaren Himmel enthält den Term 0,790 σ T_St⁴.".

Diese Fußnote "1. R.Geiger .... " hat übrigens mit meinem Text nichts zu tun. --Mike49Nbg (Diskussion) 22:10, 9. Aug. 2024 (CEST)