Klimawandel verstehen – Die Atmosphäre wird größer
Zweck
Diese Seite soll verständlich erklären, warum die Atmosphäre bei steigenden Temperaturen nicht nur wärmer, sondern auch größer, feuchter und energiereicher wird. Die thermische Ausdehnung der Luft ist ein grundlegender physikalischer Effekt, der in der öffentlichen Diskussion häufig wenig Beachtung findet.
Anwendungsbereich
Die dargestellten Zusammenhänge dienen dem allgemeinen Verständnis von Klimawandel, Wetterextremen und atmosphärischen Prozessen.
Begriffe
Atmosphäre
Die gasförmige Hülle der Erde.
Wasserdampf
Gasförmiges Wasser in der Luft. Wasserdampf ist ein natürliches Treibhausgas.
Relative Feuchte
Verhältnis zwischen der tatsächlich enthaltenen und der maximal möglichen Wassermenge in der Luft.
Absolute Feuchte
Tatsächlich enthaltene Wassermenge in der Luft.
Kelvin (K)
Absolute Temperaturskala.
0 °C = 273,15 K
15 °C = 288,15 K
16 °C = 289,15 K
Zuständigkeit
Jeder Mensch kann durch eigenes Verständnis und verantwortungsvolles Handeln zur Lösung der Klimafrage beitragen.
Beschreibung
Die Atmosphäre verhält sich wie ein Gas
Luft folgt den allgemeinen Gasgesetzen.
Wird ein Gas erwärmt und bleibt der Druck gleich, vergrößert sich sein Volumen.
Dies gilt auch für die Atmosphäre der Erde.
Dadurch entsteht ein Effekt, der oft übersehen wird:
Die Atmosphäre wird mit steigender Temperatur dicker.
Gleichzeitig kann wärmere Luft mehr Wasserdampf aufnehmen.
Die Atmosphäre wird dadurch:
- wärmer,
- größer,
- feuchter,
- energiereicher.
Diese zusätzlichen Energie- und Wassermengen können Extremwetterereignisse begünstigen.
Einfache Berechnungsgrundlage
Bei konstantem Druck gilt:
V1 / V2 = T1 / T2
bzw.
V2 = V1 × T2 / T1
Temperaturen müssen dabei immer in Kelvin eingesetzt werden.
Beispiel: Erwärmung um 3 °C
Ausgangstemperatur:
15 °C = 288 K
Neue Temperatur:
18 °C = 291 K
Berechnung:
V2 = V1 × 291 / 288
V2 = 1,0104 × V1
Die Atmosphäre vergrößert sich also um etwa:
1,04 %
Beispiel für eine 10 km hohe Atmosphäre “vereinfachtes Anschauungsmodell”!
Ausgangshöhe:
10.000 m
Erwärmung:
+3 °C
Berechnung:
10.000 m × 291 / 288
= 10.104 m
Zunahme:
104 m
Schon eine scheinbar kleine Temperaturänderung führt daher zu einer deutlich größeren Luftsäule.
Wasserdampf verstärkt den Effekt
Mit steigender Temperatur kann die Luft mehr Wasserdampf speichern.
Beispiel aus dem Modell:
- 1800: ca. 71 kg Wasser
- 2020: ca. 75 kg Wasser
- 2050: ca. 82 kg Wasser
Die Atmosphäre wird dadurch nicht nur größer, sondern enthält zusätzlich mehr Energie und mehr Wasser für Wolken und Niederschläge.
Fazit
Der Klimawandel verändert nicht nur die Temperatur.
Die Atmosphäre wird gleichzeitig:
- größer,
- feuchter,
- energiereicher.
Die thermische Ausdehnung der Luft und die Zunahme des Wasserdampfgehalts sind grundlegende physikalische Prozesse, die helfen können, die zunehmende Intensität vieler Wetterereignisse besser zu verstehen.
Mitgeltende Unterlagen
- Klimawandel verstehen
- Wasserdampf als Klimafaktor
- Albedo und Reflexion
- Energiehaushalt der Erde
- Extremwetter und Klimawandel
Dokumentation
Grafiken:
- Entwicklung der Atmosphärenhöhe
- Entwicklung der Wassermasse
- Entwicklung der Temperatur
Lenkung
Regelmäßige Überprüfung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse und Anpassung der Beispielrechnungen.
Anlagen
Anlage 1: Beispielrechnung Atmosphärenausdehnung
Anlage 2: Vergleich 1800 – 2020 – 2050
Anlage 3: Grafische Darstellung „Der wachsende Atmosphären-Umhang“
