Wer war Svante Ar­rhe­ni­us?

Svante Ar­rhe­ni­us wurde am 19. Februar 1859 in Wik in der schwedischen Provinz Uppsala län geboren, studierte ab 1876 Mathematik, Chemie und Physik an den Universitäten Uppsala und Stockholm, promovierte 1884 mit der Dissertation „Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes“ („Forschungen zu der galvanischen Leitfähigkeit der Elektrolyten“), schlug eine Professorenstelle in Riga und später eine in Gießen aus, nahm stattdessen einen Lehrauftrag in Stockholm an, welcher 1895 in eine Professur umgewandelt wurde, erhielt 1903 den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten über die elektrolytische Dissoziation, war ab 1905 selbst Vorsitzender der Nobelkommission für Chemie und starb am 2. Oktober 1927 in Stockholm.

1896 wurde im „Bihang till K. Svenska Vt.-Akad. Hanlingar, Band 22 Afd. I. N:o 1“ (sinngemäß: „Anhang zu den Schriften der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften, Band 22, Abteilung I, Nummer 1“) sein Artikel mit dem Titel „Ueber den Einfluss des atmosphärischen Kohlensäuregehalts auf die Temperatur der Erdoberfläche“ veröffentlicht.

In dessen Einleitung schreibt Ar­rhe­ni­us:

„Es ist sehr viel geschrieben worden über den Einfluss der atmosphärischen Absorption der Wärmrstrahlen auf die klimatischen Verhältnisse der Erde. Besonders hat Tyndall auf die enorme Wichtigkeit dieses Einflusses hingewiesen. Das Hauptgewicht legt aber Tyndall auf die Vermilderung des Klimas durch Anwesenheit von wärmeabsorbirenden Gasen (hauptsächlich Wasserdampf) in der Luft, indem er die Abflachung der täglichen und jährlichen Temperaturvariation durch den Wasserdampf der Atmosphäre beweist.¹) Eine andere Frage welche lange die Aufmerksamkeit der Physiker zugezogen hat, ist diejenige, ob die mittlere Temperatur der Erde durch die Anwesenheit von absorbirenden Dämpfen in der Atmosphäre erhöht wird über den Betrag, den sie ohne diesen Schirm erhalten würde. Man behauptete schon früh, dass die Atmosphäre ähnlich wie das Glas in einem Treibebeet wirkt, indem sie die leuchtenden Strahlen der Sonne hindurchlässt, dagegen die dunkle Strahlung der Erde zurückhält.²) Langley³) wurde durch einige Versuche zu der Ansicht geführt, dass die Temperatur der Erdoberfläche, wenn sie keine schützende Atmosphäre besässe, zu etwa —225° C. sinken würde und auch im hellsten Sonnenschein weit unterhalb Null liegen müsste. Die späteren Untersuchungen von Langley⁴) zeigen, dass dieser Schluss jedenfalls unrichtig ist, indem er aus Beobachtungen über die Strahlung der Mondoberfläche zu dem Resultat kommt, dass die bestrahlte Fläche des Mondes ‚eine mittlere effektive Temperatur‘ von etwa 45° C. besitzt. Auch aus den Beobachtungen von Very⁵) muss man schliessen, dass die beleuchtete Mondoberfläche eine Temperatur besitzt, die im Maximum sogar 100° C. übersteigt.¹) Der italienische Meteorologe De Marchi² hat auch den Einfluss auf die Temperatur der Erdoberfläche zu berechnen versucht, welcher von einer Vergrösserung resp. Verminderung der Durchsichtigkeit der Atmosphäre herrühren würde. Er gelangt zu dem Schluss, dass eine Verminderung der Durchsichtigkeit die Temperatur um die Pole unter allen Umständen erniedrigen müsste und will in dieser Weise das ehemalige Vorkommen der Eiszeiten erklärlich finden.“

Die hierbei angegebenen Fußnoten lauten auf Seite 3:

¹) Tyndall: Heat as a mode of motion 2nd ed. p. 405 (London 1865).

²) Fourier: Mém. de l’Ac. Roy. des Sc. de l’Inst. d. France. T. 7 (1827).

³) Langley: Professional papers Nr. 15 (1884), p. 123. The temperature of the moon: Mem. of the Nat. Academv. Vol. 4, 9th mem., p. 193 (1890).

⁴) Langley: l. c. p. 197.

⁵) Very: The distribution of the moon’s heat [and its variation with the phase]: Utrecht Soc. of Art. and Sc. 1891 (Prize Essay).

Und auf Seite 4 befinden sich diese Fußnoten:

¹) Ich hoffe bald Berechnungen darüber vorlegen zu können. Christiansen berechnet 117° Danske Vid. Selsk. Overs. 1885 p. 103.

²) De Marchi: Le cause dell’era glaciale, premiato dal R. Inst. Lomb .d. Sc. e Lett., p. 176. Pavia 1895.

So ziemlich alles, was er in dieser Einleitung behauptet, ist aber nachweislich für seine Zwecke geschönt oder sogar komplett falsch. Gehen wir diese also Punkt für Punkt durch.

Aussage 1:

„Es ist sehr viel geschrieben worden über den Einfluss der atmosphärischen Absorption der Wärmrstrahlen auf die klimatischen Verhältnisse der Erde. Besonders hat Tyndall auf die enorme Wichtigkeit dieses Einflusses hingewiesen. Das Hauptgewicht legt aber Tyndall auf die Vermilderung des Klimas durch Anwesenheit von wärmeabsorbirenden Gasen (hauptsächlich Wasserdampf) in der Luft, indem er die Abflachung der täglichen und jährlichen Temperaturvariation durch den Wasserdampf der Atmosphäre beweist.¹)“

Hier bezieht sich Ar­rhe­ni­us offenbar auf diese Aussage von John Tyndall:

„(543) Durch eine Wasserschicht von 0,36 Zoll Dicke fand Melloni eine Durchlässigkeit von 11 Prozent für die Wärme einer Argand-Lampe. Hier verwenden wir eine Quelle höherer Temperatur und eine Wasserschicht von nur 0,27 Zoll Dicke und finden, dass die gesamte Wärme abgefangen wird. Eine Wasserschicht von 0,27 Zoll Dicke ist für die Strahlung einer Wasserstoffflamme vollkommen undurchlässig, während eine Schicht von etwa einem Zehntel der von Melloni verwendeten Dicke mehr als 97 Prozent der gesamten Strahlung abschneidet. Hieraus dürfen wir auf eine Übereinstimmung der Schwingungsperiode [heute: Absorptionsfrequenzen] zwischen kaltem Wasser und auf eine Temperatur von 5898° Fahr. (3259° C.) erhitztem Wasserdampf schließen.

(544) Aus der Opazität von Wasser gegenüber der Strahlung von Wasserdampf können wir auf die Opazität von Wasserdampf gegenüber der Strahlung von Wasser schließen und daraus folgern, dass gerade der Vorgang der nächtlichen Abkühlung, der zur Kondensation von Wasser auf der Erdoberfläche führt, der terrestrischen Strahlung jene besondere Eigenschaft verleiht, die sie besonders anfällig für die Absorption durch unsere Atmosphäre macht und somit verhindert, dass sie sich im Weltraum verliert.“

Original

„(543) Through a layer of water 0.36 of an inch thick, Melloni found a transmission of 11 per cent. for the heat of an Argand lamp. Here we employ a source of higher temperature, and a layer of water only 0.27 of an inch, and find the whole of the heat intercepted. A layer of water 0.27 of an inch in thickness is perfectly opaque to the radiation from a hydrogen flame, while a layer about one-tenth of the thickness employed by Melloni, cuts off more than 97 per cent of the entire radiation. Hence we may infer the coincidence in vibrating period between cold water and aqueous vapour heated to a temperature of 5898° Fahr. (3259° C.)

(544) From the opacity of water to the radiation from aqueous vapour, we may infer the opacity of aqueous vapour to the radiation from water, and hence conclude that the very act of nocturnal refrigeration which causes the condensation of water on the earth’s surface, gives to terrestrial radiation that particular character which renders it most liable to be intercepted by our atmosphere, and thus prevented from wasting itself in space.“

(Es existiert zwar eine deutsche Übersetzung dieses Werks mit dem Titel „Die Wärme betrachtet als eine Art der Bewegung“, welche 1867 Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz und Gustav Heinrich Wiedemann veröffentlichten. Auf diese wird hier aber nicht zurückgegriffen, da die darin verwendeten Formulierungen heute nur noch schwer nachvollziehbar sind.)

Tyndall möchte damit offenkundig aussagen:

• Eine Wasserstoffflamme ist letztlich heißes Wasser (3259 °C sind allerdings etwas hoch gegriffen, mit reinem Sauerstoff erreicht man 3080 °C, in normaler Umgebungsluft nur 2130 °C).
• Die Strahlung dieser Flamme wird sehr gut von flüssigem Wasser absorbiert.
• Daraus folgert er, dass diese Strahlung auch von gasförmigem Wasser sehr gut absorbiert werden muss.
• Wenn nachts die Luft kühler wird, kondensiert ein Teil des Wasserdampfs der Luft zu Wasser (Tau).
• Dieser Tau liegt dann auf der Erdoberfläche.
• Die Abstrahlung der Erdoberfläche geschieht also letztlich aus diesem Tau heraus.
• Die Erdoberfläche strahlt also angeblich mit dem Frequenzspektrum von Wasser (dass die Erdoberfläche keine 3259 °C bzw. 2130 °C warm ist und somit das Strahlungsspektrum auch ein anderes sein muss, stört Tyndall offenkundig nicht, obwohl er diesen Zusammenhang kannte, denn er beschreibt ihn selbst in Absatz 518).
• Dieses Frequenzspektrum wird somit angeblich sehr gut von Wasserdampf absorbiert.
• Also kann diese Strahlung angeblich nicht ins Weltall entweichen.
• Angeblich deshalb wird es nachts nicht so kalt, wie es eigentlich durch den Wegfall der Energiequelle (Sonne) werden müsste.

An dieser Kausalkette ist einiges falsch. Als sich Ar­rhe­ni­us 31 Jahre später darauf berief, hätte er aufgrund der inzwischen hinzugekommenen Erkenntnisse der Wissenschaft zumindest einige Fehler erkennen können. Vermutlich erkannte er zumindest, dass diese Argumentation nicht haltbar ist, denn er erwähnt diese Kausalkette nicht. Stattdessen behauptet er letztlich, dass Tyndall einen Effekt des Wasserdampfes in der Atmosphäre auf jegliche Abstrahlung der Erdoberfläche bewiesen hätte – und in seinem eigenen Werk überträgt er diese Wirkung einfach auf das CO₂, obwohl dies in wesentlich kleineren Frequenzbereichen IR-Strahlung absorbieren kann als Wasserdampf. (Übrigens ein Fakt, den auch noch die allermeisten modernen Klimawissenschaftler ignorieren.)

Aussage 2:

„Eine andere Frage welche lange die Aufmerksamkeit der Physiker zugezogen hat, ist diejenige, ob die mittlere Temperatur der Erde durch die Anwesenheit von absorbirenden Dämpfen in der Atmosphäre erhöht wird über den Betrag, den sie ohne diesen Schirm erhalten würde. Man behauptete schon früh, dass die Atmosphäre ähnlich wie das Glas in einem Treibebeet wirkt, indem sie die leuchtenden Strahlen der Sonne hindurchlässt, dagegen die dunkle Strahlung der Erde zurückhält.²)“

Korrekt ist immerhin, dass Jean-Baptiste Fourier behauptete, dass die Atmosphäre ähnlich wie Glas die sichtbaren Strahlen der Sonne hindurchlässt, dagegen die unsichtbare Strahlung der Erde zurückhält. Allerdings verwies Fourier aber auch auf Horace-Bénédict de Saussure, der bereits 1784 die tatsächliche Wirkungsweise eines Treibhauses experimentell herausgefunden hatte. Fourier selbst verwarf deshalb auch den Gedanken, dass die eingesperrte Strahlung für die von ihm gesuchte zusätzliche Erwärmung der Erde verantwortlich sein könnte und stellte stattdessen die Behauptung auf, dass das Weltall selbst „warm“ sein müsse. Auf all dies geht Ar­rhe­ni­us aber nicht ein, hätte er es getan, hätte er allerdings zwangsläufig auch seine eigene Arbeit als wertlos eingestuft.

Aussage 3:

„Langley³) wurde durch einige Versuche zu der Ansicht geführt, dass die Temperatur der Erdoberfläche, wenn sie keine schützende Atmosphäre besässe, zu etwa —225° C. sinken würde und auch im hellsten Sonnenschein weit unterhalb Null liegen müsste. Die späteren Untersuchungen von Langley⁴) zeigen, dass dieser Schluss jedenfalls unrichtig ist, indem er aus Beobachtungen über die Strahlung der Mondoberfläche zu dem Resultat kommt, dass die bestrahlte Fläche des Mondes ‚eine mittlere effektive Temperatur‘ von etwa 45° C. besitzt.“

Tatsächlich schreibt Samuel Pierpont Langley auf Seite 193 seines Werkes :

„Das Gesamtergebnis der ganzen Angelegenheit ist, dass wir es mit einem Gegenstand zu tun hatten, der nahezu an der Grenze unserer gegenwärtigen Untersuchungsmöglichkeiten mit den heutigen Mitteln der Wissenschaft liegt, und dass wir zu keinen Schlussfolgerungen gelangt sind, deren wir absolut sicher wären. Was den Hauptpunkt betrifft, nämlich die strahlende Wärme des Mondes, so wissen wir, dass sie sich in zwei hervorstechende Arten teilt, nämlich reflektierte und emittierte Wärme, und dass letztere die erstere überlagert und sich wahrscheinlich zwischen einer Ablenkung von 40° eines Steinsalzprismas von 60° (entsprechend λ = 1,03 µm) und einer Ablenkung von über 33° im äußersten Infrarot (λ = vielleicht 50 µm) erstreckt. Entgegen allen bisherigen Erwartungen erreicht sie uns dennoch und liefert damit einen Beweis für die teilweise Durchsichtigkeit unserer irdischen Atmosphäre selbst für solche Strahlen, wie sie vom Boden unseres Planeten emittiert werden. Es ist wahrscheinlich, wie an anderer Stelle bemerkt, dass selbst von der Wärme des arktischen Eises ein geringer Teil durch direkte Strahlung in den Weltraum entweicht.

Wenn wir darüber hinaus von irgendetwas sagen können, dass wir dessen sicher sind, so ist es, dass die tatsächliche Temperatur des Mondbodens weit niedriger ist, als man gewöhnlich annimmt; doch gestattet die Beweislage nicht, seine maximale Temperatur genauer festzulegen, als zu sagen, dass sie nur wenig über 0° Celsius liegt. Es wird jedoch zu sehen sein, dass sich der Verfasser bewusst ist, dass diese Schlussfolgerung im Widerspruch zu einer steht, die er aus den Beobachtungen am Mount Whitney gezogen hat, wonach der Boden eines luftlosen Planeten in der Entfernung des Mondes eine Temperatur haben würde, die nicht wesentlich über -225° C liegt. Große experimentelle Mühe wurde auf dieser Expedition darauf verwendet, den Temperaturüberschuss zu bestimmen, den das Gefäß eines Thermometers im Weltraum in der Entfernung der Erde von der Sonne annimmt; dieser wurde näherungsweise zu 48° Celsius gefunden. Aus dieser Beobachtung, die als durchaus zuverlässig erscheint, zog der Verfasser den Schluss, dass die der Sonne zugewandte Oberfläche eines luftlosen Planeten weit unter dem Nullpunkt der Celsiusskala liegen und erheblich kälter sein müsse, als es nach diesen Beobachtungen die Mondoberfläche zu sein scheint. Zwischen meinen Beobachtungen und meinen Folgerungen halte ich an den ersteren fest; und da spätere und lang andauernde Beobachtungen der in diesem Band beschriebenen Art zeigen, dass die Temperatur der sonnenzugewandten Oberfläche des Mondes (der mit Sicherheit nahezu luftleer ist) mit nahezu derselben Sicherheit nicht wesentlich unter null liegt, bin ich zu der Überzeugung gelangt, dass ich mich in einer der aus früheren, an sich genauen Experimente gezogenen Folgerungen geirrt habe, soweit diese Folgerung nicht durch jene späteren Beobachtungen gestützt wird.“

Original

„The conclusion of the whole matter is, that we have been dealing with a subject almost on the limit of our power of investigation with the present means of science, and have reached no conclusions which we are absolutely sure of. As regards the main point, concerning the radiant heat of the moon, we know that it is divided into two salient kinds, reflected and emitted heat, and that the latter overlaps the former and extends probably between the deviation 40° of a rock-salt 60° prism (corresponding to λ=1^μ.03) and a deviation of over 33° in the extreme infra-red (λ=perhaps 50^μ) . Contrary to all previous expectations, it nevertheless reaches us, thus bringing evidence of the partial transparency of our terrestial atmosphere even to such rays as are emitted by the soil of our planet. It is probable, as remarked elsewhere, that even of the heat of arctic ice some minute portion escapes by direct radiation into space.

If beyond this we can be said to be sure of anything, it is that the actual temperature of the lunar soil is far lower than it is believed to be; but the evidence does not warrant us in fixing its maximum temperature more nearly than to say it is little above 0º centigrade; but, it will be seen, the writer is sensible that this conclusion militates against one drawn by him from the Mount Whitney observations, according to which the soil of an airless planet at the moon’s distance would have a temperature not greatly above -225° C. Great experimental labor on this expedition was expended in ascertaining the excess of temperature which a thermometer-bulb would attain in space at the earth’s distance from the sun, which was found to be approximately 48° centigrade. From this observation, which appears to be quite trustworthy, the writer drew the inference that the sunward surface of an airless planet would be very greatly below the zero of the centigrade thermometer, and materially colder than the moon’s surface appears by these observations to be. As between my observations and my inferences, I hold to the former; and since later and long-continued observations, of the character detailed in this volume, show that the temperature of the sunward surface of the moon (which is certainly nearly airless) is almost as certainly not greatly below zero, I have been led to believe myself mistaken in one of the inferences drawn from former experiments, in themselves exact, where this inference is not supported by these later observations.“

Und ab Seite 196 steht unter anderem:

„Die typische Form der lunaren Wärmekurve im Spektrum eines Steinsalzprismas von 60° ist in Tafel 7 dargestellt, gewonnen aus dem Mittel aller Messungen und in einigen Einzelheiten ihrer Form korrigiert durch das Mittel der zuverlässigsten Beobachtungen. Ihr hervorstechendstes Merkmal ist ein Hauptmaximum bei einer Ablenkung von etwa 37° 30' (λ = 14 µm), dessen Lage veränderlich ist, da die stärkere Absorption im Sommer die stärker brechbare Seite abschneidet, so dass nicht nur die maximale Ordinate im Sommer niedriger ist, sondern auch ihre Lage sich um mindestens 15' verschiebt und die Form der Kurve stark verändert wird. Als Nächstes bemerken wir eine tiefe Einsenkung zwischen 38° und 39°, deren Tiefe und Breite im Sommer zunehmen. Dies ist das stärkste Kälteband des infraroten Spektrums, das gleichermaßen die außerirdischen Strahlungen von Sonne und Mond betrifft und in geringerem Maße auch die Emanationen von Körpern innerhalb der Grenzen unseres Laboratoriums. Die Absorption ist hier, wie die Kurve der atmosphärischen Transmission in Tafel 6 zeigt, nahezu vollständig, und die Lage dieses Bandes in demjenigen Teil des Spektrums, der sonst der heißeste wäre, hindert uns daran, eines der vielversprechendsten Mittel zur Bestimmung der Temperatur eines unzugänglichen Körpers anzuwenden, nämlich die Feststellung der Lage des Maximums in seinem Spektrum. Aus anderen Erwägungen jedoch, auf die bereits in einem früheren Kapitel hingewiesen wurde, leiten wir eine wahrscheinliche Lage des Maximums vor der Absorption ab, die es in die Nähe von 38° 15' verlegt, wie es in der oberen gestrichelten Kurve der Tafel 7 angedeutet ist. Die zuverlässigsten Spektralvergleiche mit einer rußgeschwärzten Fläche ergeben eine mittlere ‚effektive Mondtemperatur‘ von etwa +45 °C zur Zeit des Vollmondes.

Das andere wichtige Maximum der Energiekurve findet sich bei einer Ablenkung von 39° 40' und stimmt sowohl in der Lage als auch in der Form mit demjenigen der Energiekurve des Sonnenspektrums überein. Es ist offensichtlich, dass dieser reflektierte Teil der Kurve denjenigen Teil überlappt, der auf die von der erhitzten Mondoberfläche ausgesandte Strahlung zurückzuführen ist. Der Mond besitzt eine effektive Temperatur, die um bis zu 100 °C über derjenigen des winterlichen Himmels liegen kann. Die Strahlung einer mit Lampenruß geschwärzten Fläche mit diesem Temperaturüberschuss beginnt bei etwa einer Ablenkung von 40° wahrnehmbar zu werden, während die Sonnenstrahlung, durch Reflexion an der Mondoberfläche vermindert, von unserem Apparat bei 39° kaum wahrgenommen werden könnte.“

Original

„The typical form of the lunar curve of heat in the spectrum of a rock-salt 60° prism is shown in Plate 7 from the average of all the measures, corrected in some of the details of its form by the average of the most reliable observations. Its most salient feature is a principal maximum at a deviation of about 37° 30' (λ=14^μ), whose position is variable, the greater absorption of summer cutting off the more refrangible side, so that not only is the maximum ordinate lower in summer but its position is shifted through at least 15' and the form of the curve is much changed. We next notice a deep depression between 38° and 39°, whose depth and width increase in summer. This is the greatest cold band of the infra-red spectrum, affecting alike the extraterrestrial radiations of sun and moon and also in less degree the emanations from bodies within the limits of our laboratory. The absorption here, as shown in the curve of atmospheric transmission, Plate 6, is almost absolute, and the position of the band in what would otherwise be the hottest part of the spectrum prevents our applying one of the most promising means for finding the temperature of an inaccessible body, namely, the determination of the position of the maximum in its spectrum. From other considerations, however, already alluded to in a previous chapter, we deduce a probable position for the maximum before absorption which places it near 38° 15', as indicated in the upper dotted curve of Plate 7. The most reliable spectrum comparisons with a blackened screen show an average ‚effective lunar temperature‘ of +45.° C. near the time of full moon.

The other important maximum in the energy curve is found at deviation 39° 40', agreeing in position and in form with that of the energy curve for the solar spectrum. It is evident that this reflected part of the curve overlaps the part due to the radiation emitted from the heated lunar surface. The moon has an effective temperature which may be as great as 100° centigrade above that of the winter sky. The radiation of a lamp-blacked screen having this excess of temperature begins to be sensible at about deviation 40°, while the solar radiation, diminished by reflection at the lunar surface, could scarcely be felt by our apparatus at 39°.“

Also was sagt Langley tatsächlich?

• Dass sich die Atmosphäre offenkundig nicht wie eine Glasscheibe verhält, welche nahezu die gesamte Wäremestrahlung absorbiert.
• Dass er zu keinen Schlussfolgerungen gelangt ist, deren er absolut sicher wäre.
• Dass die von der Monoberfläche kommende Strahlung sich aus der Reflektion der Sonnenstrahlung und der Abstrahlung der Mondoberfläche selbst zusammensetzt.
• Dass er für die Abstrahlung der Mondoberfläche ein Maximum bei einer Wellenlänge von 14 µm ermittelt. Dieser Wert wird auch von modernen Satellitenmessungen bestätigt. Heute lässt sich daraus mit Hilfe des Wienschen Verschiebungsgesetzes die entsprechende Schwarzkörpertemperatur berechnen:$$T=\frac{\mathrm{2897,8}\mathrm{ \mu m}·\mathrm{K}}{14\mathrm{ \mu m}}\approx 207\mathrm{ K}\approx -66\mathrm{ °C}$$Das entsprechende Wissen existierte allerdings zu der Zeit, in der Langley seine Arbeit verfasste, noch nicht. Deshalb schätze er den Wert stattdessen auf +45 °C. Beide Werte sagen aber über die tatsächliche Temperatur der Mondoberfläche genauso wenig aus, wie der von Klimawissenschaftlern regelmäßig genannte Wert -18 °C über die tatsächliche mittlere Oberflächentemperatur einer Erde ohne Atmosphäre aussagt.
• Langley war bewusst, dass das Spektrum nicht die reale mittlere Temperatur der von der Sonne beschienenen Mondoberfläche zeigt. Deshalb bezeichnet er die von ihm daraus abgeleitete Temperatur stattdessen als „effektive Mondtemperatur“. Heute würde man sagen, dass es die Temperatur eines Schwarzen Körpers ist, der die gleiche Strahlungsleistung hat.

Hätte Ar­rhe­ni­us diese Arbeit von Langley tatsächlich gelesen und darin nicht nur nach einem Wert für die Temperatur des Mondes gesucht, hätte er nicht nur viel über korrektes wissenschaftliches arbeiten im allgemeinen und über Strahlung im besonderen lernen können, sondern auch diese Aussage von Langley am Beginn von Kapitel II gesehen:

„Um zu sehen, wie die Frage der Mondwärme unser Wissen über das gesamte Thema der Temperatur unseres Planeten beeinflusst, müssen wir uns daran erinnern, dass bis vor einigen Jahren von allen namhaften Autoren angenommen wurde, dass die Erdatmosphäre genau wie die Glasabdeckung eines Frühbeets wirkte und den Planeten warm hielt, und zwar auf genau dieselbe Weise, wie das Frühbeet erwärmt wird, indem sie die Lichtwärme der Sonne durchlässt, die vom Boden in der unsichtbaren Strahlung längerer Wellenlänge zurückgesendet wurde, gegen die die Atmosphäre als undurchlässig angesehen wurde, und dass auf diese Weise die Wärme gespeichert wurde.^*“

Original

„To see how the question of the lunar heat affects our knowledge on the whole subject of our planet’s temperature, we must remember that until a few years past it had been assumed by all writers of repute that the earth’s atmosphere acted exactly like the glass cover of a hot-bed, and kept the planet warm, in exactly the same way that the hot-bed is warmed, by admitting the light-heat of the sun, which was returned by the soil in the invisible radiation of greater wave-length to which the atmosphere was supposed to be impervious, and that thus the heat was stored.^*“

Sogar noch viel interessanter wäre für Ar­rhe­ni­us aber sicher die hierzu angegebene Fußnote gewesen. Denn in dieser schreibt Langley:

„Wir haben uns einige Mühe gemacht, den Ursprung dieser Auffassung nachzuspüren, und es ist lehrreich, die Art und Weise zu beobachten, in der sie entstanden ist. Fourier, der sich auf de Saussures Experimente zur Ansammlung von Wärme durch die Verwendung von Glas in einem Frühbeet bezieht, bemerkt (in den ‚Annales de chimie et de physique‘, Band 27, S. 155), dass:

‚Wenn alle Luftschichten, aus denen die Atmosphäre besteht, ihre Dichte bei gleichzeitig unveränderter Transparenz beibehalten würden und nur die ihnen eigene Beweglichkeit verlieren würden, dann würde diese auf diese Weise zur festen Masse gewordene Luft, der Sonnenstrahlung ausgesetzt, einen Effekt derselben Art erzeugen. Die Wärme, die als Licht zur festen Erde gelangt, würde plötzlich und nahezu vollständig die Fähigkeit verlieren, die sie hatte, durch durchsichtige Festkörper zu dringen; sie würde sich in den unteren Atmosphärenschichten ansammeln, die auf diese Weise sehr hohe Temperaturen erreichen würden.‘

Er weist dann darauf hin, dass die Beweglichkeit der Luft diesen Effekt verringern wird, kommt aber zu dem Schluss, dass er ihn nicht vollständig aufheben wird; und er schreibt anscheinend den beobachteten Temperaturabfall der Luft mit der Höhe fast vollständig dieser Ursache zu. Pouillet folgt ihm mit den Worten:

‚Herr Fourier formuliert auf präzise Weise eines der Prinzipien, die mir zur Aufstellung der Gleichgewichts­gleichungen dienten; er scheint es jedoch nur auf die Sonnenwirkung anzuwenden, wobei er annimmt, dass diese periodische Wirkung die Hauptursache für den Temperaturabfall der Atmosphäre ist.‘ (Comptes Rendus, Band 7, S. 49.)

Mit anderen Worten: Pouillet übernimmt Fouriers Vorschlag und erweitert ihn, indem er eine ähnliche Wirkung der Atmosphäre auf seine imaginäre ‚Wärme des Weltraums‘ postuliert, so dass wir sehen, dass einer dieser angesehenen Autoren die reine Annahme aufstellte, die Luft würde ebenso wirken wie Glas, wie es angenommen wurde; der andere handelte auf Grundlage dieser unbegründeten Annahme, als sei sie eine beobachtete Tatsache, und auf der Grundlage dieser beiden angesehenen Namen wurde dies als physikalisches Datum akzeptiert, aus dem weitreichende Schlussfolgerungen gezogen und noch immer verbreitete Fehler eingeführt wurden, ohne dass ein einziges Experiment durchgeführt worden wäre, wobei ein gut durchgeführtes Experiment das ganze Konstrukt hätte widerlegen können, denn über den gesamten Spektralbereich, der den Autoren dieser Theorie bekannt war, hätte das Experiment gezeigt, dass die Wirkung der Erdatmosphäre direkt das Gegenteil der Wirkung des Glases in einem Frühbeet war.

Um Missverständnissen vorzubeugen, erinnern wir den Leser daran, dass wir in unseren sehr jüngsten Untersuchungen dennoch eine noch entferntere Region gefunden haben, in der die Wirkung der Luft tatsächlich mit der von Glas vergleichbar wird, und diese Region wird in der vorliegenden Abhandlung beschrieben.“

Original

„^* We have given some pains to a search for the origin of this opinion, and it is instructive to observe the way in which it arose. Fourier, referring to de Saussure’s experiments on the accumulation of heat by the use of glass in a hot-bed, remarks (in the ‘Annales de chimie et de physique’, tome 27, p. 155) that, ‘Si toutes les couches d’air dont l’atmosphère est formée conservaient leur densité avec leur transparence, et perdaient seulement la mobilité qui leur est propre, cette masse d’air ainsi devenue solide, étant exposée aux rayons du soleil, produirait un effet du même genre. La chaleur, arrivant à l’état de lumière jusqu’à la terre solide, perdrait tout-à-coup et presqu’entièrement la faculté qu’elle avait de traverser les solides diaphanes ; elle s’accumulerait dans les couches inférieures de l’atmosphère, qui acquerraient ainsi des températures très-élevées.’ He then points out that the mobility of the air will diminish this effect, but concludes that it will not entirely obliterate it; and he apparently attributes the observed decrement of the temperature of the air with the altitude almost entirely to this cause. * * * Pouillet follows him with these words: ‘M. Fourier énonce d’une manière précise l’un des principes qui m’ont servi à établir les équations d’équilibre: seulement, il paraît ne l’appliquer qu’à l’action solaire, supposant que cette action périodique est la cause principale du décroissement de température de l’atmosphère.’ (Comptes Rendus, tome 7, p. 49.) In other words, Pouillet accepts Fourier’s suggestion and extends it, postulating a similar atmospheric action upon his imaginary ‘heat of space’, so that we see that one of these eminent authors made the pure assumption that air absorbed quite as glass was supposed to do; that the other acted upon this unfounded assumption as if it were an observed fact, and that on the faith of these two eminent names this has been received as a physical datum whence conclusions of wide-spread importance have been drawn and errors still current introduced without a single experiment, where one well-conducted experiment would have overturned the fabric, for through all the part of the spectrum known in the times of the authors of this theory, experiment would have shown that the action of the terrestrial atmosphere was directly the reverse of that of the glass in a hot-bed. To prevent misapprehension we remind the reader that, in our very recent investigations, we have, nevertheless, found a yet remoter region in which the action of the air does become assimilable to that of glass, and this region is described in the present memoir.“

Hätte Ar­rhe­ni­us dies gelesen (und verstanden), hätte er gewusst, dass sein (zu diesem Zeitpunkt noch nicht fertiggestelltes) Werk für die Wissenschaft wertlos sein wird und sich stattdessen mit Themen beschäftigen können, die mehr mit seinem Fachwissen zu tun haben. Vor allem hätte er der Menschheit aber erspart, dass sein Unsinn Mitte des 20. Jahrhunderts wieder ausgegraben wird und anschließend über Jahrzehnte hinweg mit als Begründung für zahlreiche sinnfreie aber schädliche politische Entscheidungen dienen wird. Zur Entschuldiung von Ar­rhe­ni­us muss man allerdings auch feststellen, dass offenbar auch die tausenden Klimawissenschaftler, die sich auf Ar­rhe­ni­us berufen, die Arbeit von Langley nicht gelesen haben.

Aussage 4:

„Auch aus den Beobachtungen von Very⁵) muss man schliessen, dass die beleuchtete Mondoberfläche eine Temperatur besitzt, die im Maximum sogar 100° C. übersteigt.¹)“

Bereits diese Aussage belegt, dass Ar­rhe­ni­us den Unterschied zwischen mittelerer Mondtemperatur und „effektiver Mondtemperatur“ offenkundig nicht verstanden hat. Denn die Aussage von Frank Washington Very hat qualitativ eine völlig andere Bedeutung als die Aussage von Langley.

Tatsächlich findet sich in der Arbeit von Very auf Seite 6 folgende Tabelle:

Ar­rhe­ni­us hat aber offenkundig die Aussage dieser Tabelle nicht verstanden. Denn diese gibt die 100 °C nicht als die maximale Mitteltemperatur der gesamten beleuchteten Mondoberfläche an, sondern eigentlich eindeutig als die Temperatur des wärmsten Punktes auf der Mondoberfläche. Dass Ar­rhe­ni­us dies nicht verstanden hat, wird insbesondere auf Seite 24 seiner Arbeit deutlich, denn dort schreibt er: „Wenn nun der Mond auch 15° warm wäre (bei Vollmond), so hätte man die durch die Atmosphäre K = 1, W = 0.3 durchgestrahlte Wärmemenge aus der Tabelle 2 zu berechnen. Weil aber der Mond (bei Vollmond) eine höhere Temperatur ¹) (etwa 100°) besitzt, ist eine kleine Korrektion wegen der ungleichen Verteilung der Wärme im Spektrum eines 100° varmen Körpers gegen diejenige im Spektrum eines 15° warmen Körpers einzuführen.“ Die hierzu angegebene Fußnote lautet: „¹ Nach Berechnungen aus Verys Angaben. Vgl. Note 1 S. 4.“ Bereits durch diesen groben Fehler ist die gesamte Arbeit von Ar­rhe­ni­us zwangsläufig wertlos.

Dieser gravierende Fehler hätte Ar­rhe­ni­us aber auch zu denken geben müssen. Denn wenn die von der Sonne beschienene Seite des Mondes tatsächlich eine mittlere Temperatur von etwa 100 °C hätte, dann wäre diese erheblich wärmer, als die von der Sonne beschienene Hälfte der Erde. Die Arbeit von Ar­rhe­ni­us beruht aber auf der Annahme, dass ein angeblich vorhandener Treibhauseffekt die Erde zusätzlich erwärmt. Also müsste auf der von der Sonne beschienene Hälfte der Erde zwingend eine deutlich höhere Temperatur erreicht werden als auf dem Mond.

Allerdings hätte das seine Arbeit auch nicht gerettet. Denn im direkten Anschluss zum Zitat auf Seite 24 rechnet er das Spektrum eines 15 °C warmen Körpers (die Erde) in ein Spektrum für einen angeblich 100 °C warmen Körper (also nun auch auf der unbestrahlten Hälfte!) um, was er allerdings so gnadenlos falsch macht (insbesondere unter Missachtung all der zu seiner Zeit bereits bekannten Erkenntnisse), dass allein dieser Schritt sich genauso verheerend auf sein Gesamtwerk auswirkt.

Aussage 5:

„Der italienische Meteorologe De Marchi² hat auch den Einfluss auf die Temperatur der Erdoberfläche zu berechnen versucht, welcher von einer Vergrösserung resp. Verminderung der Durchsichtigkeit der Atmosphäre herrühren würde. Er gelangt zu dem Schluss, dass eine Verminderung der Durchsichtigkeit die Temperatur um die Pole unter allen Umständen erniedrigen müsste und will in dieser Weise das ehemalige Vorkommen der Eiszeiten erklärlich finden.“

Mit diesem Hinweis schießt Ar­rhe­ni­us den Vogel endgültig ab. Denn tatsächlich ist es der Chemiker Ar­rhe­ni­us, der mit falschen Annahmen und falschen Rechenschritten die Eiszeiten allein auf Basis von Strahlung erklären will. Das nur ein Jahr zuvor erschienene Werk vom Meteorologen Luigi de Marchi behandelt das selbe Thema dagegen wesentlich umfangreicher, indem es nicht nur auch die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Komponenten eines Klimas eingehend thematisiert, sondern insbesondere auch geologische Einflüsse behandelt – beispielsweise darauf eingeht, dass der Golfstrom erst durch die Verbindung von Südamerika mit Noramerika auftreten konnte.

Bei der von Ar­rhe­ni­us angesprochenen berechnung zur Verminderung der Durchsichtigkeit der Atmosphäre ging es zudem nicht um angebliche Effekte von Treibhausgasen, sondern um die Wirkung, die eine Verringerung der Einstrahlung durch die Sonne hätte. Dabei berechnet de Marchi keine unsinnige „globale Temperaturänderung“ sondern berechnet wie Wirkung für unterschiedliche Breitengrade und vor allem getrennt für die kontinentale und ozeanische Oberfläche. Das Ergebnis fasst er in dieser Tabelle auf Seite 179 zusammen:

Anhand dieser Tabelle wird sofort ersichtlich, dass die Aussage „Er gelangt zu dem Schluss, dass eine Verminderung der Durchsichtigkeit die Temperatur um die Pole unter allen Umständen erniedrigen müsste“ eine (wohl durchaus beabsichtigte) starke Vereinfachung des Ergebnisses ist. De Marchi selbst schreibt dazu:

„Wir bemerken außerdem

[…]

b) dass diese Abnahmen in absolutem Wert bis 70° Breite zunehmen, um dann wieder bei höheren Breiten abzunehmen. Diese Schlussfolgerung stimmt mit der Tatsache überein, dass die glaziale Invasion im Quartär ihre Hauptzentren der Ausbreitung nicht in den Polarregionen, sondern in deutlich niedrigeren Breiten hatte, wie etwa in Skandinavien und Labrador.“

Original

„Notiamo inoltre

[…]

„b) che tali diminuzioni crescono in valore assoluto fino a 70° Lat. per diminuire, nuovamente a latitudini più elevate. La quale conclusione s’accorda col fatto che l’invasione glaciale, qnaternaria ebbe i suoi centri principali di irradiazione non nelle regioni polari, ma a latitudini assai minori, come quelle della Scandinavia e del Labrador.“

Allerdings verfuhr Ar­rhe­ni­us in seiner gesamten Arbeit nach dem Motto: „Was nicht passt, wird passend gemacht“ und gilt somit immerhin zurecht als Urvater der heutigen Klimawissenschaftler.

Die Wissenschaftsgemeinde beerdigte diese Arbeit von Ar­rhe­ni­us offenkundig schnell, insbesondere wohl auch, weil die Hauptthese dieser Arbeit sich nicht als tragfähig erwies, welche laut Zusamemfassung auf Seite 68 seiner Veröffentlichung lautete:

„Ich habe versucht in dieser Arbeit zu zeigen, dass eine Änderung der Kohlensäuremenge der Atmosphäre, welche nicht grösser ist, als dass sie sehr wohl in geologisch kurzen Epochen vorkommen könnte, Temperaturänderungen von solcher Grössenordnung hervorzurufen im Stande wäre, wie diejenigen welche von den Geologen zur Erklärung des Klimas während den Eiszeiten an der einen Seite, während der Eozenzeit an der anderen Seite, anzunehmen nötig und ausreichend sind.“

Rund 100 Jahre später wurde die Arbeit allerdings reanimiert – wobei sie offenbar kaum einer wirklich gelesen hat.

Das wirklich erstaunliche an Ar­rhe­ni­us ist, dass offenbar selbst ein Wissenschaftler, der so schludrig mit Fakten umgeht, zu einer so wichtigen Erkenntnis wie die elektrolytische Dissoziation gelangen kann, für die ihm folglich ein Nobelpreis zuerkannt wird. Dies wird allerdings durch die Tatsache wieder relativiert, dass so jemand auch Vorsitzender der Nobelkommission für Chemie werden kann, also die Arbeiten anderer Wissenschaftler bewerten darf.