Sendung vom 30. Januar 2011
Christine Wahl aus Fischingen fragt:
Er ist in aller Munde: der sogenannte Treibhauseffekt. Aber was passiert dabei eigentlich genau? Und warum ist es in einem Treibhaus überhaupt wärmer als außerhalb? Um diesen Fragen von Kopfball-Zuschauerin Christine Wahl praktisch auf den Grund zu gehen, bauen die Kopfball-Reporter Steffi Terhörst und Adrian Pflug im Studio ein Treibhaus nach und machen sogar Unsichtbares sichtbar.
Um den Treibhauseffekt in einem einfachen Modell zu zeigen, sind
keine aufwendigen Zutaten erforderlich: Ein Aquarium mit
Glasdeckel, eine schwarze Matte für den Boden des Beckens,
zwei Thermometer und ein Scheinwerfer – mehr ist nicht
nötig. Eines der beiden Thermometer kommt ins Innere des
Beckens, eines nach draußen. Deckel aufs Becken, Scheinwerfer
so ausgerichtet, dass sich beide Thermometer etwa gleich stark im
Lichtkegel befinden, Licht an und das Experiment beginnt.
Schon nach wenigen Minuten tritt ein deutlicher Effekt auf: Im
Innern des Beckens steigt die Temperatur stärker an, als
außerhalb – der Treibhauseffekt wirkt.
Die Glasscheibe ist für die Strahlen des sichtbaren Lichts durchlässig. Treffen diese relativ kurzwelligen Strahlen auf den Boden des Treibhauses, werden sie dort absorbiert. Je dunkler der Boden, desto besser funktioniert die Absorption. Der Boden erwärmt sich und strahlt die absorbierte Energie als Wärmestrahlung wieder ab. Die Strahlung des sichtbaren Lichts wurde also umgewandelt in die unsichtbare Infrarotstrahlung. Die Wellenlänge dieser Strahlung ist deutlich größer als die des sichtbaren Lichts. Für diese größeren Wellenlängen ist die Glasscheibe nicht mehr durchlässig. Die Infrarot-Strahlen bleiben im Treibhaus eingeschlossen und sorgen dort für eine stärkere Erwärmung als außerhalb.
Doch nicht nur Glas hat diese Eigenschaften, auch verschiedene Gase sind für die Strahlung des sichtbaren Lichts "durchlässig", während sie Wärmestrahlung absorbieren. Steffi demonstriert den Effekt mit einem zweiten Glasbecken, das sie mit Kohlenstoffdioxid (CO2) befüllt. Im Innern befindet sich wieder ein Thermometer und auch dieses Becken wird mit einem Glasdeckel verschlossen. Das Licht des Scheinwerfers simuliert die Sonnenstrahlung – und nach einiger Zeit sieht man deutlich, dass die Temperatur im CO2-Becken höher ist als im mit Luft gefüllten Becken. Denn CO2 absorbiert Wärmestrahlung besser als Luft und hält die Wärme auf diese Weise regelrecht fest.
CO2 ist nicht das einzige Gas mit dieses
Fähigkeiten: Methan, Lachgas und vor allem Wasserdampf –
all diese Gase können Wärmestrahlung absorbieren. So kann
die vom aufgeheizten Erdboden abgestrahlte Wärme nicht mehr
ins Weltall zurückstrahlen, sondern wird zu einem Teil von den
Treibhausgasen absorbiert. Damit sorgen sie für einen
ähnlichen Effekt wie ein geschlossenes Glashaus und werden
deshalb Treibhausgase genannt.
Der sogenannte natürliche Treibhauseffekt sorgt dafür,
dass die durchschnittliche Temperatur auf der Erde bei 15 Grad
Celsius liegt. Wenn die Atmosphäre nur aus Stickstoff und
Sauerstoff bestünde, wäre es auf der Erde bitterkalt:
nämlich etwa minus 18 Grad Celsius.
In der Kopfball-Werkstatt zeigen Steffi und Adrian, dass sich die wärmeabsorbierende Wirkung von CO2 auch sichtbar machen lässt. Wie das geht, sehen Sie im Film: Dort lässt Steffi eine heiße Gasflamme verschwinden.
Text Niels Waibel
Film VisualBridges: Niels Waibel und Tobias Schlößer mit Steffi Terhörst und Adrian Pflug
James T. Kirk
schrieb am 14.04.2012, 22:26 Uhr
Auch der Test mit der Flamme beweist gar nichts, da die Wärmestrahlung der Erde einen Wellenlängenbereich um 10 Mikrometer herum abstrahlt (im Bereich zwischen 3 und 100 Mikrometer), das durch die Oberflächentemperatur der Erde entsteht - und nicht etwa durch die Temperatur einer Gasflamme - und unter Berücksichtigung der Atmosphärengase das offenes Strahlungsfenster auf ein Intervall von ca. 8 bis 13 Mikrometer schrumpft, das in der Fachwelt auch als N-Band bekannt ist. Lediglich am Rand von 13 Mikrimeter kratzt eine CO2 Absoptionsbande, die ca. um 15 Mikrometer in einem Bereich zwischen 13 und 18 Mikrometer liegt. Das ist jedoch nicht die CO2 Absorptionsbande, die in dem Experiment das Licht der Gasflamme absorbiert, da die Gasflamme bei höherer Temperatur brennt und ihr abgestrahltes Licht damit kurzwellliger ist als Wärmestrahlung der Erde.
Ich denke, von einem Öffenlich-Rechtlichen und (zwangs-)gebührenpflichen Sender, der lt. Rundfunkstaatsvertrag einem Bildungsauftrag und dafür Sendungen wie "Kopfball" im Programm hat, sollte man etwas mehr Sorgfalt in der Sendungsgestaltung und weniger gesendetes Halbwissen erwarten, andernfalls ist der Bildungsauftrag nicht das Papier wert, auf dem es geschrieben steht.
Kopfball
schrieb am 14.04.2012, 22:26 Uhr
Hallo Herr Kirk,
es war nicht unser Ziel, mit den Versuchen den natürlichen Treibhauseffekt zu beweisen, denn dieser ist unstrittig. Wir wollten ihn vor allem veranschaulichen. Auch die Wärmestrahlen
absorbierende Wirkung von CO2 ist weithin bekannt und sollte nicht "bewiesen" werden. Es ging uns lediglich darum, diese Wirkung
sichtbar zu machen. Dazu eignet sich das Experiment unserer Meinung nach
bestens. Dass der Wellenlängenbereich der Gasflamme nicht dem der Wärmestrahlung der Erde entspricht, ist uns durchaus bewusst. Den
Zusammenhang stellen Adrian und Steffi aber so auch nicht direkt her. Vielleicht hätten wir das etwas klarer herausstreichen können.
Wir sind aber aus verschiedenen Gründen in unseren Beiträgen zu Vereinfachungen und Verkürzungen gezwungen und bitten deshalb an dieser Stelle um Ihr Verständnis.
Chris
schrieb am 11.02.2011, 04:29 Uhr
@kai-uwe:
Daß die Erde oder auch das Aquarium nicht ständig wärmer wird liegt einfach an der Tatsache, daß wenn die Temperatur der Luft im Glaskasten steigt auch die Geschwindigkeit steigt, mit der die Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben wird, so daß sich irgendwann wieder ein Gleichgewicht zwischen Energieaufnahme und Energieabgabe einstellt.
Ich gebe Ihnen aber recht, daß der erste Versuch etwas ungeschickt angelegt ist.
kai-uwe.goss
schrieb am 09.02.2011, 12:32 Uhr
Der erste Versuch ist leider in keine Weise aussagekräftig. Auch wenn die Infrarotstrahlung das Aquarium vollständig verlassen könnte, würde sich das Aquarium natürlich viel schneller aufheizen als das große Studio ( aus dem übrigens auch keine Wärmestrahlung entweichen kann).
Leider bleibt auch die Frage offen, warum es auf der Erde eigentlich nicht ständig heißer wird, wenn die Infrarotstrahlung doch nicht ins Weltall enweichen kann?
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