Die physikalischen Hintergründe des Klimawandels sind mir weitgehend klar. Was mir noch nicht klar ist: Ich dachte immer die Stratosphäre und Troposphäre wären auch durch Kontakt des Gases in einem gewissen thermodynamischen Gleichgewicht. Ist also die Konvektion so schwach, dass sich die Erwärmung der Troposphäre nicht durch Luftaustausch mit der Stratosphäre wieder abschwächt? Muss ja wohl so sein, aber vielleicht hat jemand von euch dazu noch mehr quantitative und explizitere Informationen? P.S. Die Wirkung der Gravitation gegen das heiße aufsteigende Gas war ja auch bei niedrigeren Troposphärentemperaturen vorhanden, also müsste jetzt ja mehr Wärme oben ankommen (in meinem naiven Bild 
.
Hi Wizzy,
meine 2 Cents:
es kommen eigentlich nur 3 Arten des Wärmeaustausches in Frage.
Konvektion, Konduktion, Strahlung
Konvektion scheidet an der Tropopause aus, da hier Isothermie besteht bzw. die mittlere und obere Stratosphäre durch eine Inversion gekennzeichnet ist. Aufsteigende Luftpakete kommen dadurch in eine stabile Position und steigen irgendwann nicht weiter auf, Konduktion würde ich ohnehin ausschließen, bleibt noch die Strahlung als verbleibende Möglichkeit des Wärmeaustausches und da liegt eigentlich schon auch die Krux!
Von der Erde kommt ja hauptsächlich langwellige Strahlung, die die Atmosphäre je nach Beschaffenheit mehr oder weniger wieder reflektiert. (Smog, Bewölkung etc.)Somit hat man periodisch im Mittel eine positive Strahlungsbilanz, sprich Erwärmung innerhalb der Systemgrenze Tropopause…
Ciao, Easyjoel
Innerhalb des Systems Erde, also mit der Atmosphäre wird der Großteil der eingestrahlten Sonnenenergie, welche als Wärme fühl- und messbar ist, durch Wärmetransport (Konvektion)in die höheren Bereiche der Atmosphäre verfrachtet. Die Gravitation spielt hier eine untergeordnete Rolle, da aufsteigende Luftmassen Unterdrücke induzieren welche durch Ausgleichsströmungen ausgeglichen werden. Gut zu erkennen ist das z.B. an der inertropischen Konvergenz. In Äquatornähe steigen die Luftmassen auf und es bilden sich Tiefdruckgebiete. Nach dem Aufstieg auf 10 bis 12 km weichen die Luftmassen nach Nordwesten bzw. Südwesten aus um etwa in Höhe von 30° Nord bzw. 30° Süd als kalte Fallwinde in den Hochdruckgebieten zum Erdboden zu strömen. Von hier gleichen der dort typische Nordostpassat bzw. Südostpassatwind die Unterdrücke am Äquator wieder aus.Die Wärmeleitung (Konvektion)kann allenfalls regional kühlend wirken da der einzige Weg der Wärmeenergie über IR-Strahlung in das Weltall führt. P.S.:Wenn jetzt mehr Wärmeenergie aufsteigt erhöht sich auch die Emission von IR-Strahlung der Treibhausgase in das All mit der 4. Potenz der absoluten Temperatur.
Das scheint mir die Antwort auf meine Frage zu sein; allerdings verstehe ich immer noch nicht vollständig, warum kaum konvektiver Austausch von troposphärischen Luftmassen zu stratosphärischen passiert, insbesondere, da die Stratosphäre ja bei zunehmender Treibhauseffekt-Erwärmung der Troposphäre abkühlt. Magst du mir (oder sonst jemand) den Grund dazu vielleicht noch einmal auf andere Weise oder ausführlicher erklären?
Moin,
Großteil der eingestrahlten Sonnenenergie, welche als Wärme
fühl- und messbar ist, durch Wärmetransport (Konvektion)in die
höheren Bereiche der Atmosphäre verfrachtet. Die Gravitation
spielt hier eine untergeordnete Rolle, da aufsteigende
Luftmassen Unterdrücke induzieren
Um Konvektion überhaupt beobachten zu können bedarf es der Gravitation. Ohne Schwerefeld kann heißes, dünneres Gas gar nicht irgendwohin aufsteigen, das es dann kein oben gibt und es einfach bliebe wo es ist.
Gruß,
Ingo
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Hi,
Konvektion bedeutet Wärmeaustausch in Verbindung mit sich bewegenden (Luft)teilchen.
Ein konvektiver Austausch von Wärme zwischen Troposphäre und Stratosphäre bedingt daher:
- Luftteilchen mit thermischer Energie(differenz zwischen Ausgangsort und Zielort) - ist gegeben!
- Luftteilchen muß über die Grenze der Troposhäre in die Stratosphäre aufsteigen - hier scheitert die Sache bereits
Das Aufsteigen eines Teilchen / eines Luftpaketes in seiner Umgebung setzt voraus, dass das Luftpaket stets leichter ist als die besagte Umgebung. Das ist nur der Fall, wenn das Paket wärmer als die Umgebung ist. Das Luftpaket erfährt jedoch mit dem Aufstieg eine Volumenvergrößerung aufgrund des fallenden Luftdruckes, dadurch kühlt sich das Luftpaket adiabatisch ab - d.h. ohne Austausch mit der Umgebung, sondern durch Volumenarbeit (s. 1. Satz der Thermodynamik, bzw. -> dU=pdV)
Das Paket kühlt sich spätestens in der Isothermen Schicht, bzw. in der daran mit der Höhe angrenzenden Inversion schneller ab, als seine Umgebung. Damit bleibt das Paket irgendwann stehen. Der „Anreiz“ in der kühleren Umgebung aufzusteigen ist weg. Inversionen sind daher sogenannte „Sperrschichten“, da läuft nix mit Konvektion.
Das ist ja auch der Grund, weswegen Wettererscheinungen in der Stratosphäre normalerweise nicht vorkommen. Der Grund für die Temperaturumkehr(Inversion) in der Stratosphäre ist anscheinend das Ozon, welches kurzwellige Strahlung absorbiert und dabei Wärme erzeugt.
Es verbleibt die Austauschmöglichkeit über Strahlung.
Informativ hierzu:
http://de.wikipedia.org/wiki/Stratosph%C3%A4re
http://de.wikipedia.org/wiki/Adiabatisch
http://de.wikipedia.org/wiki/Konvektion
Ciao, Easyjoel
Lieber EasyJoel,
meinen sehr herzlichen Dank! Jetzt habe ich das Ganze wirklich verstanden. Sehr freundlich von dir, deine Antwort sogar extra nochmal (mit anderen Worten) zu wiederholen!
Grüße, Wizzy