5 Der Treibhauseffekt

Das Spektrum der Sonne

Die Sonne strahlt Ultraviolettes-Licht (UV), sichtbares Licht und Infrarotlicht (IR) auf die Erde. Das ist in der Grafik mit der orangen Fläche dargestellt. Ein Teil davon wird von der Atmosphäre absorbiert. Das was auf der Erde ankommt ist in der Grafik schwarz und bunt dargestellt:

(Grafik: Wikipedia)

Der Treibhauseffekt

Die kurzwelligen elektromagnetischen Wellen der Sonne, also UV-Licht und das sichtbare Licht, können die Erdatmosphäre nahezu ungehindert durchdringen. Nur die langwellige Wärmestrahlung wird von der Atmosphäre schon teilweise absorbiert. Aber der größte Teil der Strahlungsenergie der Sonne besteht aus sichtbarem Licht und UV-Strahlung und gelangt somit vollständig auf die Erde. Etwa 30% dieses Lichtes wird zurück in das Weltall reflektiert (Albedo). Die restlichen 70% dieser Sonnenenergie werden von der Erde absorbiert und in Wärme, also langwellige elektromagnetische Strahlung, umgewandelt.
Das Sonnenlicht erwärmt so die Erde. Die warme Erde strahlt aber auch wieder Wärme ab, denn sie befindet sich in einem Strahlungsenergie-Gleichgewicht. Die Erde strahlt genau so viel Energie ab, wie sie von außen bekommt. Die Treibhausgase in der Atmosphäre absorbieren etwa 80% dieser Wärme. Das heißt die Atmosphäre heizt sich auf.
Aber auch die Atmosphäre ist in einem Strahlungsenergie-Gleichgewicht. Genauso viel Wärme, wie sie von der Erde aufnimmt, gibt sie auch wieder ab. Allerdings in zwei Richtungen, in Richtung Erde und ins Weltall.
Der Teil dieser Wärme, der von der Atmosphäre zurück zur Erde strahlt, das ist die Wärme vom sogenannten Treibhauseffekt.
Die Erde hat also zwei "Heizungen". Sie erhält Wärme durch die eingestrahlte kurzwellige elektromagnetische Strahlung der Sonne und durch die von der Atmosphäre zurückgestrahlte langwellige elektromagnetische Strahlung in Form von Wärmeenergie.
Der Einfluss des Menschen: Der oben geschilderte Treibhauseffekt ist immer da, auch ohne den Menschen. Wenn aber die Menschen zusätzliche Treibhausgase in die Atmosphäre bringen, dann wird die Atmosphäre wärmer. Wenn die Atmosphäre wärmer wird, dann strahlt sie auch mehr Wärme auf die Erde zurück.

Ein Geogebra-Applet zum Treibhauseffekt

Dieses ist eine stark vereinfachte Darstellung der Energieflüsse. Eine etwas detailliertere Darstellung findet sich hier:
https://www.leifiphysik.de/waermelehre/wetter-und-klima/grundwissen/strahlungshaushalt-der-erde

Alles Verstanden? Prüfen Sie Ihr Wissen:

Interaktive Aufgaben zum Treibhauseffekt

von klimawandel-schule.de

Videos zum Thema

Kurze Erklärung des Treibhauseffektes

https://youtu.be/u2adyPZuRa8
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Strahlungshaushalt der Erde an Bildern erläutert

https://youtu.be/BlQd1w7xfz0
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Zusammenfassung zum Strahlungshaushalt

Video: Erläuterungen des Treibhauseffektes mit Experimenten (Harald Lesch)

https://youtu.be/lUucND1s0lM
(leider evtl. mit etwas Werbung vorweg)

Die Theorie zum Thema

https://klimawandel-schule.de/sites/default/files/2023-11/kapitel2.pdf
von klimawandel-schule.de

Was muss ich wissen?

Das kurzwellige (sichtbare) Sonnenlicht strahlt auf die Erde
Die Atmosphäre ist für dieses kurzwellige Licht nahezu durchsichtig, d.h. die Atmosphäre nimmt von dem eingestrahlten Sonnenlicht wenig Energie auf.
Ein kleinerer Teil dieses kurzwelligen Sonnenlichtes wird in den Weltraum zurückreflektiert. Das nennt man Albedo. Der Albedo-Wert a gibt an, wie viel Prozent der von der Sonne eingestrahlten Energie wieder an den Weltraum abgestrahlt wird
Der größte Teil (ca 70%) der Energie des Sonnenlichtes wird auf der Erde in Wärme umgewandelt.
Die Wärmeenergie der Erde sammelt sich in der Luft, auf dem Boden und im Wasser sowie bei der Verdunstung von Wasser
Die Erde strahlt genau so viel Wärme ab, wie sie bekommt. Sie ist in einem Strahlungsgleichgewicht
Die Atmosphäre kann zwar das kurzwellige Sonnenlicht nicht aufhalten, aber die langwellige Wärmestrahlung von der Erde wird zu einem großen Teil (80%) von der Atmosphäre absorbiert
Auch die Atmosphäre ist in einem Strahlungsgleichgewicht, d.h. die Wärme, die sie von der Erde erhält, strahlt sie auch wieder ab, einen Teil ins Weltall und den anderen Teil zurück auf die Erde. Das ist der Treibhauseffekt
Die Erde hat also "zwei Heizungen", die Sonne und die Atmosphäre.
Wenn die Atmosphäre mehr Wärme aufnehmen kann (durch zusätzliches CO₂), strahlt sie auch mehr Wärme auf die Erde zurück.

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