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Energetische Wirksamkeit von infrarot aktiven Spurengasen in der Erdatmosphäre
Die Erdatmosphäre setzt sich aus Energie speichernden Gasen und Energie wandelnen Spurengasen zusammen.
Die Dipolmomente von Gasmolekülen ermöglichen Wechselwirkungen wie Absorption & Emission mit
Wärmestrahlung (IR) passender Wellenlänge in der Erdatmosphäre.
Energie speichernde (symmetrische) Gase in der Erdatmosphäre sind Stickstoff (78% N2), Sauerstoff (21% O2) und das
Edelgas Argon (1% Ar). Diese Gase können mangels Dipolmoments nur durch Konduktion (Stoßanregung) Energie
aufnehmen bzw. abgeben.
Die infrarot aktiven (unsymmetrischen) Spurengase in der Erdatmosphäre sind Wasserdampf (je nach Luftfeuchte bis
4% H2O), Ozon (unbestimmt), Kohlendioxid (nur 0,04% CO2) und Methan (minimale 0,00018% CH4).
Dank ihres Dipolmoments können infrarot aktive Spurengase in der Troposphäre Wärmestrahlung (IR) absorbieren und
in der höheren Stratosphäre, aufgrund des exponentiell niedrigeren Luftdrucks, auch wieder emittieren.
Sauerstoff (O2) in der Stratosphäre absorbiert UV-A & UV-B Anteile des Sonnenlichts, was zur Umwandlung in Ozon
(O3) führt. Damit wird dieser energetische Anteil des Sonnenlichts in der Stratosphäre chemisch gespeichert.
Nur über den Erdpolen ist der Einstrahlungswinkel des Sonnenlichts zu klein, um diesen chemischen Wandlungsprozess
von Sauerstoff (O2) in Ozon (O3) aufrecht zu erhalten. Dadurch ergeben sich über den Erdpolen die sogenannten
Ozonlöcher und haben damit rein gar nichts mit Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) zu tun.
Wasserdampf (je nach Luftfeuchte bis 4% H2O) in der Erdatmosphäre findet sich aber nur in der Troposphäre und eben
nicht mehr in der darüber liegenden Stratosphäre.
Wasserdampf steigt aufgrund seiner Verdunstungswärme in der Troposphäre auf (Konvektion), absorbiert dabei
Wärmestrahlung passender Wellenlänge, und wandelt diese absorbierte Strahlungsenergie durch Konvektion in
(adiabatisch) potentielle Energie, also Lageenergie, die durch Gravitation entsteht. Deshalb kann Wasserdampf auch zu
keiner Erwärmung der Luft in der Troposphäre beitragen.
Erst wenn der Wasserdampf, nach Aufstieg in der Troposphäre, durch Unterschreiten der Taupunkt-Temperatur
kondensiert und es dadurch zur Wolkenbildung kommt, beginnen diese Wassertröpfchen bzw. deren Eiskristalle (-50°C
in 10 km Höhe), als quasi Planck’sche Strahler, Wärmestrahlung isotrop zu emittieren, also abzustrahlen.
Kohlendioxid (nur 0,04% CO2) tritt im Gegensatz zum Wasserdampf sowohl in der Troposphäre als auch in der
Stratosphäre auf.
In der Troposphäre liegt die Dauer (ns bis ms) höher angeregter molekularer Schwingungszustände deutlich über der
freien mittleren Flugdauer (ca. 150 ps in Erdbodennähe) aufeinander folgender Kollisionen von Luftmolekülen, womit
IR-Photonen (Wärmestrahlung) passender Wellenlänge absorbiert werden.
Die so durch Absorption von IR-Photonen passender Wellenlänge angeregten molekularen Schwingungszustände von
CO2-Molekülen geben dann ihre so erhaltene überschüssige Schwingungsenergie mit der nachfolgenden Kollision an
benachbarte Luftmoleküle weiter und tragen dadurch zu einer Erwärmung der Luft in der Troposphäre bei.
In der Stratosphäre kehrt sich dieses zeitliche Verhältnis um, da der Luftdruck mit zunehmender Höhe soweit
(exponentiell) abnimmt, dass die Dauer höher angeregter molekularer Schwingungszustände dort deutlich unter der
freien mittleren Flugdauer von Luftmolekülen zwischen zwei aufeinander folgender Kollisionen liegt und so zu
isotroper Emission von IR-Photonen (Wärmestrahlung) führt, deren Wellenlänge(n) sich aus den Emissionslinien der
Kohlendioxid (CO2) Moleküle ergibt bzw. ergeben (und gemäß des Kirchhoff’schen Strahlungsgesetzes mit ihren
Absorptionslinien übereinstimmen).
Die Bestimmungsregel für Schwingungsfreiheitsgrade linearer Gasmoleküle ergibt sich mit 3N-5 (N ist die Anzahl der
am Molekül beteiligten Atome) für das CO2-Molekül zu 4 Schwingungsfreiheitsgeraden mit je 2 Streckschwingungen
& 2 Biegeschwingungen.
Die symetrische Streckschwingung des CO2-Moleküls bei der Wellenlänge 7,5 um (1340 cm ¹) ist infrarot inaktiv und
⁻
die unsymetrische Streckschwingung bei einer Wellenlänge 4,3 um (2350 cm ¹) ist infrarot aktiv. Allerdings ist der
⁻
energetische Anteil des Planck’schen Strahlungsspektrums für die Temperatur von 15°C (288K) für die Wellenlänge um
4,3 um (2350 cm ¹) sehr gering und damit quasi vernachlässigbar.
⁻
Die beiden Biegeschwingungen des CO2-Moleküls fallen bei einer Wellenlänge von 15 um (666 cm ¹) zur sogenannten
⁻
entarteten Biegeschwingung zusammen.
Durch Überlagerung dieser entarteten Biegeschwingung des CO2-Moleküls bei 15 um (666 cm¹) mit seinen
Rotationslinien ergibt sich ein um +- 2 um aufgeweitetes Absorptionsband von Oberwellen zwischen 13 um (769 cm ¹)
⁻
und 17 um (588 cm ¹).
⁻
Allerdings wird dieses Absorptionsband des CO2-Moleküls durch Überlagerung mit Absorptionsbanden des
Wasserdampfs (H2O) sehr dominant überlagert, womit sich für CO2 nur noch ein relativ schmales Absorptionsband von
nur noch 13 bis 14 um ergibt.
Die starke Dominanz des Wasserdampfs (H2O) gegenüber CO2 in der Troposphäre ergibt sich aus:
a) es gibt je nach Luftfeuchtigkeit bis zu 100 mal mehr H2O (bis 4%) als CO2 (nur 0,04%) Moleküle
b) das permanente Dipolmoment von H2O ergibt sich aus seiner molekularen Unsymmetrie (Molekülwinkel 104°) mit
1,84D gegenüber dem lediglich induzierten Dipolmoments des linearen CO2-Molekül mit nur 0,11D gut 17 mal stärker.
Trotz dieses relativ schmalen Absorptionsbands von nur noch 13 bis 14 um ergibt sich daraus eine Erwärmung der
Lufttemperatur in der unteren Troposphäre. Der Sättigungsgrad in diesem schmalen Absorptionsband von CO2 in der
Troposphäre beträgt allerdings schon über 85%.
Aufgrund dieser in der Troposphäre ohnehin schon erreichten Sättigung des CO2 Absorptionsbands von +85% und des
logarithmischen Zusammenhangs zwischen dem Volumenanteil von CO2 in der Erdatmosphäre und der dadurch
bewirkten Lufterwärmung, ergaben auf der HITRAN-Datenbasis basierte Simulationen für den Falle einer Verdopplung
des Volumenanteils von CO2 von 400 auf 800 ppm in der Erdatmosphäre (Klimasensitivität) eine Temperaturerhöhung
von 1 bis 2 Kelvin.
Ein weitere Verdoppelung des Volumenanteils von CO2 über 800 ppm in der Erdatmosphäre hinaus hätte aufgrund des
angeführten logarithmischen Zusammenhangs dann eine immer kleiner werdende zusätzliche Temperaturerhöhung der
Luft in der Troposphäre zur Folge.
In der Stratosphäre wird CO2 aber aufgrund des höhenbedingten (exponentiell) geringeren Luftdrucks dann aber zum
Energiewandler, der die Wärme der Erdatmosphäre in der Stratosphäre in Strahlung wandelt und isotrop Richtung
Weltraum emittiert, also abstrahlt und so die Erdatmosphäre kühlt.
Eine Verdoppelung des Volumenantels von CO2 in der Erdatmosphäre (Klimasensitivität) würde in der Stratosphäre
allerdings dessen Kühlungswirkung noch verstärken.
Alle im Weltraum befindlichen Satelliten (Nimbus, ERBS & NOAA) „sehen“ damit drei infrarote Strahlungsquellen:
1) die Erdoberfläche (quasi Planck’scher Strahler) im atmosphärischen IR-Fenster (7..13 um)
2) die Wolken (Eiskristalle als quasi Planck’sche Strahler) in der Troposphäre
3) CO2 und Ozon (O3) als Linienstrahler in der Stratosphäre
Der zur Erdoberfläche gerichtete Anteil der isotropen Emissionen, also des CO2 & Ozons in der Stratosphäre und den
Wolken (Eiskristalle) in der Troposphäre, von Klimaforschern auch als „Gegenstrahlung“ tituliert, erreichen mit einer
Strahlungsleistungsdichte von ca. 60 W/m², mit Ausnahme des Ozon, gar nicht die Erdoberfläche, denn so wie
Wärmestrahlung der Erdoberfläche in Richtung Weltraum schon in der Troposphäre absorbiert wird, so wird diese
umgekehrt eben auch in Richtung Erdoberfläche in der Troposphäre absorbiert.
Da der nach unten gerichtete Anteil der isotropen Emission des Ozon (O3) in der Stratsophäre zu keiner messbaren
Erwärmung der Erdoberfläche führt, gibt es auch keine Erderwärmung durch CO2 wie von vielen Klimaforschern, trotz
aller in diesem Dokument angeführten Argumente, behauptet.
Die Wolkenbildung, also der Kreislauf von Verdunstung, Kondensation und Regen (und nicht etwa CO2) ist der
entscheidene atmosphärische Prozess in der Erdatmosphäre, der über Erwärmung und Abkühlung der bodennahen
Luftschichten bestimmend!
Die durch Sonnenwinde mehr oder weniger gedämpfte harte Weltraumstrahlung bestimmt den Umfang der Ionisation
von Luftmolekülen und der damit gebildeten Kondensationskerne, die wiederum die Stärke der Wolkenbildung in der
Troposphäre bestimmen.
Diese strahlungsphysikalischen Prozesse in der Erdatmosphäre haben der dänische Klimaforscher Prof. Dr. Hendrik
Svensmark und der israelische Astrophysiker Prof. Dr. Nir Shaviv erforscht und zur Theorie der Kosmoklimatologie
weiter entwickelt.
Prof. Dr. John Christy hatte im Auftrag der NASA mittels langjähriger Wetterbalon-Messungen bis hoch in die
Stratosphäre die Meßergebnisse von Satelliten überprüft. Dr. Roy Spencer hat die über mittlerweile fünf Jahrzehnten
angesammelten Satelliten-Messungen (UAH dataset) analysiert und daraus einen gemittelten Temperaturtrend von
lediglich 0,15 K pro Jahrzehnt ermittelt.
Dieser moderate Aufwärtstrend der mittleren Lufttemperatur von nur 0,15 K pro Jahrzehnt, ergibt sich aus dem
langfristigen Milankovitch-Zyklus und entspricht damit dem Prozess des natürlichen Klimawandels in Form einer
Wiedererwärmung der Erdatmosphäre nach der kleinen Eiszeit (15. bis 19. Jahrhundert). Darauf hatte und hat CO2 in
der Erdatmosphäre keinen Einfluss!
Zudem haben Prof. Dr. John Christy und Dr. Roy Spencer auch die grobe Fehlerhaftigkeit der sogenannten
Klimamodelle, die von vielen Klimaforschern eingesetz werden, aufgezeigt.
Prof. Dr. John Christy hat als gelandener Sachverständiger vor Ausschüssen des amerikanischen Senats immer wieder
seine Erkenntnisse zum Klimawandel vorgetragen.
Hamburg, den 16. April 2024
Hans J. Vetter
Dipl.-Ing.
Email: office@hjvetter.de

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  • 1. Energetische Wirksamkeit von infrarot aktiven Spurengasen in der Erdatmosphäre Die Erdatmosphäre setzt sich aus Energie speichernden Gasen und Energie wandelnen Spurengasen zusammen. Die Dipolmomente von Gasmolekülen ermöglichen Wechselwirkungen wie Absorption & Emission mit Wärmestrahlung (IR) passender Wellenlänge in der Erdatmosphäre. Energie speichernde (symmetrische) Gase in der Erdatmosphäre sind Stickstoff (78% N2), Sauerstoff (21% O2) und das Edelgas Argon (1% Ar). Diese Gase können mangels Dipolmoments nur durch Konduktion (Stoßanregung) Energie aufnehmen bzw. abgeben. Die infrarot aktiven (unsymmetrischen) Spurengase in der Erdatmosphäre sind Wasserdampf (je nach Luftfeuchte bis 4% H2O), Ozon (unbestimmt), Kohlendioxid (nur 0,04% CO2) und Methan (minimale 0,00018% CH4). Dank ihres Dipolmoments können infrarot aktive Spurengase in der Troposphäre Wärmestrahlung (IR) absorbieren und in der höheren Stratosphäre, aufgrund des exponentiell niedrigeren Luftdrucks, auch wieder emittieren. Sauerstoff (O2) in der Stratosphäre absorbiert UV-A & UV-B Anteile des Sonnenlichts, was zur Umwandlung in Ozon (O3) führt. Damit wird dieser energetische Anteil des Sonnenlichts in der Stratosphäre chemisch gespeichert. Nur über den Erdpolen ist der Einstrahlungswinkel des Sonnenlichts zu klein, um diesen chemischen Wandlungsprozess von Sauerstoff (O2) in Ozon (O3) aufrecht zu erhalten. Dadurch ergeben sich über den Erdpolen die sogenannten Ozonlöcher und haben damit rein gar nichts mit Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) zu tun. Wasserdampf (je nach Luftfeuchte bis 4% H2O) in der Erdatmosphäre findet sich aber nur in der Troposphäre und eben nicht mehr in der darüber liegenden Stratosphäre. Wasserdampf steigt aufgrund seiner Verdunstungswärme in der Troposphäre auf (Konvektion), absorbiert dabei Wärmestrahlung passender Wellenlänge, und wandelt diese absorbierte Strahlungsenergie durch Konvektion in (adiabatisch) potentielle Energie, also Lageenergie, die durch Gravitation entsteht. Deshalb kann Wasserdampf auch zu keiner Erwärmung der Luft in der Troposphäre beitragen. Erst wenn der Wasserdampf, nach Aufstieg in der Troposphäre, durch Unterschreiten der Taupunkt-Temperatur kondensiert und es dadurch zur Wolkenbildung kommt, beginnen diese Wassertröpfchen bzw. deren Eiskristalle (-50°C in 10 km Höhe), als quasi Planck’sche Strahler, Wärmestrahlung isotrop zu emittieren, also abzustrahlen. Kohlendioxid (nur 0,04% CO2) tritt im Gegensatz zum Wasserdampf sowohl in der Troposphäre als auch in der Stratosphäre auf. In der Troposphäre liegt die Dauer (ns bis ms) höher angeregter molekularer Schwingungszustände deutlich über der freien mittleren Flugdauer (ca. 150 ps in Erdbodennähe) aufeinander folgender Kollisionen von Luftmolekülen, womit IR-Photonen (Wärmestrahlung) passender Wellenlänge absorbiert werden. Die so durch Absorption von IR-Photonen passender Wellenlänge angeregten molekularen Schwingungszustände von CO2-Molekülen geben dann ihre so erhaltene überschüssige Schwingungsenergie mit der nachfolgenden Kollision an benachbarte Luftmoleküle weiter und tragen dadurch zu einer Erwärmung der Luft in der Troposphäre bei. In der Stratosphäre kehrt sich dieses zeitliche Verhältnis um, da der Luftdruck mit zunehmender Höhe soweit (exponentiell) abnimmt, dass die Dauer höher angeregter molekularer Schwingungszustände dort deutlich unter der freien mittleren Flugdauer von Luftmolekülen zwischen zwei aufeinander folgender Kollisionen liegt und so zu isotroper Emission von IR-Photonen (Wärmestrahlung) führt, deren Wellenlänge(n) sich aus den Emissionslinien der Kohlendioxid (CO2) Moleküle ergibt bzw. ergeben (und gemäß des Kirchhoff’schen Strahlungsgesetzes mit ihren Absorptionslinien übereinstimmen). Die Bestimmungsregel für Schwingungsfreiheitsgrade linearer Gasmoleküle ergibt sich mit 3N-5 (N ist die Anzahl der am Molekül beteiligten Atome) für das CO2-Molekül zu 4 Schwingungsfreiheitsgeraden mit je 2 Streckschwingungen & 2 Biegeschwingungen.
  • 2. Die symetrische Streckschwingung des CO2-Moleküls bei der Wellenlänge 7,5 um (1340 cm ¹) ist infrarot inaktiv und ⁻ die unsymetrische Streckschwingung bei einer Wellenlänge 4,3 um (2350 cm ¹) ist infrarot aktiv. Allerdings ist der ⁻ energetische Anteil des Planck’schen Strahlungsspektrums für die Temperatur von 15°C (288K) für die Wellenlänge um 4,3 um (2350 cm ¹) sehr gering und damit quasi vernachlässigbar. ⁻ Die beiden Biegeschwingungen des CO2-Moleküls fallen bei einer Wellenlänge von 15 um (666 cm ¹) zur sogenannten ⁻ entarteten Biegeschwingung zusammen. Durch Überlagerung dieser entarteten Biegeschwingung des CO2-Moleküls bei 15 um (666 cm¹) mit seinen Rotationslinien ergibt sich ein um +- 2 um aufgeweitetes Absorptionsband von Oberwellen zwischen 13 um (769 cm ¹) ⁻ und 17 um (588 cm ¹). ⁻ Allerdings wird dieses Absorptionsband des CO2-Moleküls durch Überlagerung mit Absorptionsbanden des Wasserdampfs (H2O) sehr dominant überlagert, womit sich für CO2 nur noch ein relativ schmales Absorptionsband von nur noch 13 bis 14 um ergibt. Die starke Dominanz des Wasserdampfs (H2O) gegenüber CO2 in der Troposphäre ergibt sich aus: a) es gibt je nach Luftfeuchtigkeit bis zu 100 mal mehr H2O (bis 4%) als CO2 (nur 0,04%) Moleküle b) das permanente Dipolmoment von H2O ergibt sich aus seiner molekularen Unsymmetrie (Molekülwinkel 104°) mit 1,84D gegenüber dem lediglich induzierten Dipolmoments des linearen CO2-Molekül mit nur 0,11D gut 17 mal stärker. Trotz dieses relativ schmalen Absorptionsbands von nur noch 13 bis 14 um ergibt sich daraus eine Erwärmung der Lufttemperatur in der unteren Troposphäre. Der Sättigungsgrad in diesem schmalen Absorptionsband von CO2 in der Troposphäre beträgt allerdings schon über 85%. Aufgrund dieser in der Troposphäre ohnehin schon erreichten Sättigung des CO2 Absorptionsbands von +85% und des logarithmischen Zusammenhangs zwischen dem Volumenanteil von CO2 in der Erdatmosphäre und der dadurch bewirkten Lufterwärmung, ergaben auf der HITRAN-Datenbasis basierte Simulationen für den Falle einer Verdopplung des Volumenanteils von CO2 von 400 auf 800 ppm in der Erdatmosphäre (Klimasensitivität) eine Temperaturerhöhung von 1 bis 2 Kelvin. Ein weitere Verdoppelung des Volumenanteils von CO2 über 800 ppm in der Erdatmosphäre hinaus hätte aufgrund des angeführten logarithmischen Zusammenhangs dann eine immer kleiner werdende zusätzliche Temperaturerhöhung der Luft in der Troposphäre zur Folge. In der Stratosphäre wird CO2 aber aufgrund des höhenbedingten (exponentiell) geringeren Luftdrucks dann aber zum Energiewandler, der die Wärme der Erdatmosphäre in der Stratosphäre in Strahlung wandelt und isotrop Richtung Weltraum emittiert, also abstrahlt und so die Erdatmosphäre kühlt. Eine Verdoppelung des Volumenantels von CO2 in der Erdatmosphäre (Klimasensitivität) würde in der Stratosphäre allerdings dessen Kühlungswirkung noch verstärken. Alle im Weltraum befindlichen Satelliten (Nimbus, ERBS & NOAA) „sehen“ damit drei infrarote Strahlungsquellen: 1) die Erdoberfläche (quasi Planck’scher Strahler) im atmosphärischen IR-Fenster (7..13 um) 2) die Wolken (Eiskristalle als quasi Planck’sche Strahler) in der Troposphäre 3) CO2 und Ozon (O3) als Linienstrahler in der Stratosphäre Der zur Erdoberfläche gerichtete Anteil der isotropen Emissionen, also des CO2 & Ozons in der Stratosphäre und den Wolken (Eiskristalle) in der Troposphäre, von Klimaforschern auch als „Gegenstrahlung“ tituliert, erreichen mit einer Strahlungsleistungsdichte von ca. 60 W/m², mit Ausnahme des Ozon, gar nicht die Erdoberfläche, denn so wie Wärmestrahlung der Erdoberfläche in Richtung Weltraum schon in der Troposphäre absorbiert wird, so wird diese umgekehrt eben auch in Richtung Erdoberfläche in der Troposphäre absorbiert. Da der nach unten gerichtete Anteil der isotropen Emission des Ozon (O3) in der Stratsophäre zu keiner messbaren Erwärmung der Erdoberfläche führt, gibt es auch keine Erderwärmung durch CO2 wie von vielen Klimaforschern, trotz aller in diesem Dokument angeführten Argumente, behauptet.
  • 3. Die Wolkenbildung, also der Kreislauf von Verdunstung, Kondensation und Regen (und nicht etwa CO2) ist der entscheidene atmosphärische Prozess in der Erdatmosphäre, der über Erwärmung und Abkühlung der bodennahen Luftschichten bestimmend! Die durch Sonnenwinde mehr oder weniger gedämpfte harte Weltraumstrahlung bestimmt den Umfang der Ionisation von Luftmolekülen und der damit gebildeten Kondensationskerne, die wiederum die Stärke der Wolkenbildung in der Troposphäre bestimmen. Diese strahlungsphysikalischen Prozesse in der Erdatmosphäre haben der dänische Klimaforscher Prof. Dr. Hendrik Svensmark und der israelische Astrophysiker Prof. Dr. Nir Shaviv erforscht und zur Theorie der Kosmoklimatologie weiter entwickelt. Prof. Dr. John Christy hatte im Auftrag der NASA mittels langjähriger Wetterbalon-Messungen bis hoch in die Stratosphäre die Meßergebnisse von Satelliten überprüft. Dr. Roy Spencer hat die über mittlerweile fünf Jahrzehnten angesammelten Satelliten-Messungen (UAH dataset) analysiert und daraus einen gemittelten Temperaturtrend von lediglich 0,15 K pro Jahrzehnt ermittelt. Dieser moderate Aufwärtstrend der mittleren Lufttemperatur von nur 0,15 K pro Jahrzehnt, ergibt sich aus dem langfristigen Milankovitch-Zyklus und entspricht damit dem Prozess des natürlichen Klimawandels in Form einer Wiedererwärmung der Erdatmosphäre nach der kleinen Eiszeit (15. bis 19. Jahrhundert). Darauf hatte und hat CO2 in der Erdatmosphäre keinen Einfluss! Zudem haben Prof. Dr. John Christy und Dr. Roy Spencer auch die grobe Fehlerhaftigkeit der sogenannten Klimamodelle, die von vielen Klimaforschern eingesetz werden, aufgezeigt. Prof. Dr. John Christy hat als gelandener Sachverständiger vor Ausschüssen des amerikanischen Senats immer wieder seine Erkenntnisse zum Klimawandel vorgetragen. Hamburg, den 16. April 2024 Hans J. Vetter Dipl.-Ing. Email: office@hjvetter.de