Was ist der Treibhauseffekt?

Im Dokument „Climate Change 2021: The Physical Science Basis“ herausgegeben von der „Working Group I“ (WGI) als Beitrag zum „Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change“ (AR6) wird der Treibhauseffekt im Glossar auf Seite 2232 folgendermaßen beschreiben:

„Treibhauseffekt, der infrarote Strahlungseffekt aller infrarot-absorbierenden Bestandteile in der Atmosphäre. Treibhausgase (THGe), Wolken und einige Aerosole absorbieren die terrestrische Strahlung, die von der Erdoberfläche und anderswo in der Atmosphäre emittiert wird. Diese Substanzen emittieren Infrarotstrahlung in alle Richtungen, aber – alles andere gleich – ist die Netto-Menge, die in den Weltraum abgestrahlt wird, normalerweise geringer, als sie ohne diese Absorber wäre, wegen des Temperaturabfalls mit der Höhe in der Troposphäre und der daraus folgenden Abschwächung der Emission. Eine Erhöhung der Konzentration von THGe vergrößert die Stärke dieses Effekts; der Unterschied wird manchmal als verstärkter Treibhauseffekt bezeichnet. Die Änderung der Konzentration eines THG aufgrund anthropogener Emissionen trägt zu einem instantanen Strahlungsantrieb bei. Die Erdoberflächentemperatur und die Troposphäre erwärmen sich als Reaktion auf diesen Antrieb und stellen allmählich den Strahlungsausgleich an der Obergrenze der Atmosphäre wieder her.“

Original¹⁾

„Greenhouse effect The infrared radiative effect of all infrared-absorbing constituents in the atmosphere. Greenhouse gases (GHGs), clouds, and some aerosols absorb terrestrial radiation emitted by the Earth’s surface and elsewhere in the atmosphere. These substances emit infrared radiation in all directions, but, everything else being equal, the net amount emitted to space is normally less than would have been emitted in the absence of these absorbers because of the decline of temperature with altitude in the troposphere and the consequent weakening of emission. An increase in the concentration of GHGs increases the magnitude of this effect; the difference is sometimes called the enhanced greenhouse effect. The change in a GHG concentration because of anthropogenic emissions contributes to an instantaneous radiative forcing. Earth’s surface temperature and troposphere warm in response to this forcing, gradually restoring the radiative balance at the top of the atmosphere.“

Verstehen kann man diese Beschreibung des IPCC deutlich besser, wenn man sich das Ganze wie eine Wasserleitung vorstellt:

1. Das Wasserwerk – (beim Treibhauseffekt: die Sonne) liefert Wasser (in der Atmosphäre: Energie).
2. Ein Teil dieses Wassers geht auf dem Weg verloren, weil die Zuleitung undicht ist (beim Treibhauseffekt: Albedo).
3. Der Rest läuft in eine Badewanne (beim Treibhauseffekt: Erdoberfläche).
4. Die Badewanne hat einen geöffneten Ablauf, durch den das Wasser die Badewanne wieder verlassen kann (beim Treibhauseffekt: Wärmestrahlung der Erdoberfläche).
5. Wie viel Wasser aus der Badewanne läuft, hängt einerseits vom Durchmesser des Ablaufs (beim Treibhauseffekt: Fläche der Erdoberfläche), andererseits vom Druck, also von der Höhe des Wasserstandes in der Badewanne (beim Treibhauseffekt: Temperatur der Erdoberfläche) ab.
6. In der Atmosphäre nimmt der Luftdruck mit zunehmender Höhe ab, weil das Gewicht der Luft, die sich überhalb dieser Höhe befindet, abnimmt. Um diesen Effekt auf das Badewannenmodell zu übertragen muss der Durchmesser des Abwasserrohrs mit zunehmender Entfernung vom Abfluss zunehmen.
7. Auf dem Weg durch das Abwasserrohr geht aber auch durch die Reibung an der Außenwand Druck verloren, wobei dieser Effekt durch Ablagerungen verstärkt wird (beim Treibhauseffekt: Wolken, Aerosole, Treibhausgase).
8. Am Ende dieser Abwasserleitung befindet sich (wir gehen mal vom Idealfall aus) eine Kläranlage und danach letztlich das Meer (beim Treibhauseffekt: der obere Rand der Troposphäre, also die Tropopause, und danach letztlich das Weltall).
9. Das IPCC behauptet nun sinngemäß, dass dort wegen dem niedrigeren Wasserdruck nur noch ein Teil des Wassers ablaufen kann, das bei der Badewanne in das Abflussrohr hinein laufen konnte. Es wird also übersehen, dass dieser niedrigere Druck durch den zunehmenden Durchmesser des Abwasserrohrs verursacht wird, beides gemeinsam aber dazu führt, dass sowohl am Abfluss der Badewanne als auch am Ende des Abflussrohrs die selbe Menge Wasser pro Zeiteinheit bewegt wird.
10. Das IPCC behauptet weiter, dass die Badewanne weiß, dass am Ende des Abflussrohrs weniger Wasser abläuft als vom Wasserwerk kommend in die Badewanne hinein läuft (beim Treibhauseffekt: es würde kein Strahlungsgleichgewicht herrschen), was aber nicht sein darf, weil sonst die Badewanne irgendwann überlaufen würde und das ist in den vergangenen Jahrmillionen offenkundig nie geschehen.
11. Logische Konsequenz laut IPCC: der Druck in der Badewanne (beim Treibhauseffekt: die Temperatur der Erdoberfläche) muss steigen, denn dann läuft mehr Wasser ab, wodurch auch der Druck in der Abwasserleitung (beim Treibhauseffekt: Temperatur der Troposphäre) steigt, wodurch auch der Druck am Ende der Abwasserleitung (beim Treibhauseffekt: Temperatur der Tropopause) steigt, wodurch dort mehr Wasser ablaufen kann. (Das Ganze wird beim Treibhauseffekt „Strahlungsantrieb“ genannt.)
12. Wie die Erdoberfläche diese Information konkret erhält und woher die zusätzlich benötigte Energie für diese Temperatursteigerung stammt, erklärt das IPCC allerdings nicht.

Wenn man die Analogie mit der Badewanne verlässt, wird die Erklärung des IPCC sogar noch absurder. Denn dann entfällt auch der Abfluss als limitierendes Element. Die von der Erdoberfläche abgegebene Energiemenge ist somit alleine von der Temperatur der Erdoberfläche abhängig.

Was danach mit dieser Energie geschieht – also innerhalb der Atmosphäre, insbesondere an der Tropopause oder am Übergang zum Weltall – hat auf die Abstrahlung der Erdoberfläche überhaupt keinen Einfluss. Die Erdoberfläche hat also schon grundsätzlich keinen Grund, ihre Temperatur zu erhöhen.

Zudem erklärt diese Beschreibung des IPCC zwar, dass die Temperatur der Erdoberfläche von der solaren Einstrahlung beeinflusst wird, aber nicht, wie die Atmosphäre ihre Temperatur erhält. Dort soll aber die mittlere oberflächennahe Lufttemperatur von +15 °C vorliegen, auf die sich der IPCC als Beleg für die Existenz eines Treibhauseffekts beruft.

IR-aktive Gase („Treibhausgase“) haben zudem völlig andere Eigenschaften als Ablagerungen im Abwasserrohr. IR-aktive Gase werden so genannt, weil sie Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung oder kurz IR-Strahlung) absorbieren und anschließend mit der identischen Frequenz wieder abstrahlen können. Die Hauptbestandteile von trockener Luft (78,08 % Stickstoff, 20,95 % Sauerstoff, 0,934 % Argon, somit bereits nur diese drei zusammen: 99,964 %) können dagegen weder Wärmestrahlung absorbieren noch abstrahlen. Das bedeutet: nahezu die gesamte Energie, die von der Atmosphäre ins Weltall abgestrahlt wird, wird durch die IR-aktiven Gase abgestrahlt. Ohne diese Gase wäre die Atmosphäre nur noch über die Aerosole in der Lage, Energie an das Weltall abzugeben. Warum sollten dann aber mehr IR-aktive Gase zu einer Temperaturzunahme der Atmosphäre führen?

Der größte Fehler in dieser Beschreibung ist allerdings, dass IR-aktive Gase Wärmestrahlung nicht abhängig von ihrer Temperatur absorbieren. Darüber hinaus ändert diese Absorption auch nicht die Temperatur (kinetische Energie) des Gas-Moleküls²⁾, sondern regt lediglich dessen Atome zur Schwingung an. Folglich ist auch die anschließende Re-Emission dieser Wärmestrahlung nicht von der Temperatur der IR-aktiven Gase abhängig. Die abnehmende Temperatur der Gase mit zunehmender Höhe hat also keinen Einfluss auf diesen Vorgang und bewirkt insbesondere nicht die behauptete Abschwächung der Emission.

Diese aktuelle Beschreibung des IPCC hat offenkundig nichts mit einem Treibhaus zu tun. Dass man überhaupt vom „Treibhauseffekt“ bzw. vom „atmosphärischen Treibhauseffekt“ und von „Treibhausgasen“ spricht, liegt an der historischen, aber falschen Vorstellung einiger Wissenschaftler davon, wie ein Treibhaus funktioniert. Warum das IPCC auch die neue Hypothese weiterhin als „Treibhauseffekt“ bezeichnet, wird im gesamten WGI des IR6 nicht erläutert. Naheliegend ist jedoch die Vermutung, dass man dieses inzwischen allgemein bekannte Schlagwort schlicht nicht aufgeben möchte.

Allerdings wird im gesamten „AR6 Synthesis Report: Climate Change 2023“ und dessen „Summary for Policymakers“ der Treibhauseffekt nicht erwähnt.