Wie das Ei im Kochtopf den menschengemachten Klimawandel erlebt

Ein Gastbeitrag von Dr. rer. nat. Anton Schober Fortsetzung von „Der 21. Mai 2019 in Berlin“

In der allgemeinen Diskussion unter Fachleuten vor „Allgemeinpublikum“ gibt es eine immer wieder  gern vorgebrachte Phrase, nicht nur die Details des entsprechenden Komplexes seien zu kompliziert, um sie hier allgemeinverständlich vortragen zu können.

Dieser Meinung mag man zwar sein, und man mag auch viele Mitstreiter um sich haben, die das heftig abnicken, aber man wird gefälligst zur Kenntnis nehmen, dass es auch Koryphäen gibt, die da ganz anderer Meinung sind.

Ich starte mal mit dem sehr bekannten Philosophen Ludwig Wittgenstein, der dazu in seinem oft zitierten Tractatus logico-philosophicus schrieb:

„Alles, was sich sagen lässt, lässt sich klar sagen. Und worüber man nicht sprechen kann, darüber muss man schweigen.“

Tatsächlich ist diese „Erdatmosphäre“ schon eine harte Nuss, bildlich gesprochen. Um dieses „physikalische System“ WISSENSCHAFTLICH zu beschreiben, muss man einiges an Physik, Chemie und sogar Biologie (Botanik) wissen.

Wenn man irgendein System, egal ob aus Naturwissenschaft, Geisteswissenschaft oder Kunst, wirklich richtig gut verstanden hat, ist es nur eine Frage des Engagements, dieses dann auch allgemeinverständlich zu formulieren.

Grob gesprochen, die meisten Autoren haben einfach keine Lust oder sind meinetwegen auch unfähig, ihre Sache klar und einfach vorzutragen. Vom Zuhörer wird nur ein Standardbildungslevel erwartet und der Wille und die Fähigkeit, mal eine halbe Stunde konzentriert einem Vortrag zu folgen. 

Es gibt einige Konzepte, angeblich Kompliziertes korrekt, aber einfach, vorzutragen. Manche – aber nicht alle – Wissenschaftsjournalisten können das. Allerdings ist diese „Vereinfachung“  manchmal doch etwas unbrauchbar und bringt nicht allzu viel. Das kann man in allen „popularwissenschaftlichen“ Magazinen täglich beobachten.

Für diese Erdatmosphäre nehmen wir hier als Analogie einen Topf kochenden Wassers, siehe Bild unten, der auf einer programmierbaren  Induktionskochplatte steht und vor sich hinköchelt.

Die Sonne sendet täglich und abhängig von den Jahreszeiten ihre Energie per Strahlung auf die Erde. Nachts wird ein Teil der Energie wieder abgestrahlt in den Weltraum.

Dasselbe leistet die Induktionskochplatte, die per magnetische Kopplung den Topfboden aufheizt, nicht überall gleichstark, und oben geht die Wärme ab in die Küche (= den Weltraum).

Nun kann jedes Wetter-/Klimaphänomen in einem Kochtopf analogisiert werden, denn Wasser und Gas verhalten sich in weiten Bereichen oft ziemlich ähnlich, gewisse physikalische Formeln gelten für Flüssigkeiten und Gase – meinetwegen das Hook‘sche Gesetz (Ausdehnung) oder die Viskosität (Poise) und – hier ganz wichtig –  diese REYNOLDSSCHE Zahl, die sagt, dass eine  laminare Strömung in eine turbulente Strömung übergeht (in der dann alle diese Gesetze nicht mehr gelten), wenn diese Zahl EINEN BESTIMMTEN BETRAG überschreitet. Die Gesetze der Statik und Dynamik gelten für Gase und Flüssigkeiten, allerdings gelten  nach Überschreiten der Schallgeschwindigkeit teilweise andere Gesetze. (Frauenberger/Fischer Lexikon Physik).

Beachte: es gibt diese Phasenänderung von laminar zu turbulent, aber erst nach einer „Überschreitung“ einer gewissen Grenze. Vorher bleibt alles, wie es ist, nach „Überschreitung“ kann und wird es irgendwann turbulent werden.

Nach Einschalten der Induktionsplatte (Sonnenaufgang) sieht man, wenn man genau hinguckt, wie das Wasser in 6 Säulen (den kreisförmigen Hoch- und Tiefdruckgebieten) aufsteigt, laminar. Bis heute weiß man nicht, warum das Wasser dieses in dieser Form tut. Egal, unter 100°C bei 1 Atm Druck herrscht laminare Strömung im Topf. Kaum Wasserdampf ist sichtbar.

Knapp unter 100°C ändert sich alles (Bild 1), und wenn die sprudelnde Kochphase erst erreicht ist, gibt es nur noch Turbulenz und die Energie entweicht massiv  durch Dampfbildung (Bild 2).

Bild 1
Wasser knapp unter 100°C.
Komplexer Phasenmix aus Wasser, Wasserdampf und Luft.
Starke Strömungen mit und durch Energietransport (Golfstrom, Passatwinde …)
Bild 2
Kochphase: 100% chaotisch. 
Alle 3 Phasen (Luft – Wasser – Wasserdampf) existieren total ungeordnet nebeneinander.
Stark turbulent (Gewitter, Wirbelstürme …)

Dieses Modell kann man nun auf jede Zone der Erde übertragen, man kann seine Küche auch runterkühlen, bis alles einfriert.

Ein frisches Hühnerei wird nun seine Klimakatastrophe menschengemacht erleben,  wenn es in kaltes Wasser gelegt wird und der Kochvorgang gestartet wird.

Auch die Eiszeiten und den Meeresspiegelanstieg können wir simulieren, wobei sich dieser Meeresspiegelanstieg – so wie in der Realität – sehr in Grenzen hält.

Nun die Übungsaufgabe für die  Klimaexperten:

Wir setzen diesen Topf mit kalten Wasser halbvoll auf die kalte Induktionsplatte und programmieren so auf 15 Minuten Heizperiode, wobei wir wissen, dass nach etwa 10 Minuten das Wasser anfängt zu kochen und es nach 3 Stunden eventuell wieder ist wie es vorher war, nur etwas weniger.

Die Aufgabe besteht darin, die Sache per Computer etwas genauer zu beschreiben, als ein Thermometer zu beobachten, das den Temperaturanstieg anzeigt.

Sie werden es erst gar nicht erst versuchen…

Physikalische Dikussion über Atmosphäre als Luft-/Wasser-/Wasserdampfgemisch anhand eines Enthalpiediagramms

Bild 3
Quellennachweis:
Ulrich Grigull: Technische Thermodynamik (Sammlung Göschen), Berlin, New York, de Gruyter, 1977, S. 167
(Ein Klassiker, der derzeit in einer dritten, überarbeiteten Auflage lieferbar ist.)

Jeder Punkt im Diagramm von Bild 3 beschreibt den Zustand eines Wasser/Wasserdampf/Luftgemisches: die spezifische Enthalpie h als Funktion des Wassergehalts x, der Luft und der Temperatur t. – x = 0: trockene Luft, x = 1: 100% Luftfeuchtigkeit. – Auf den geknickten Geraden herrscht im Luft-Wassersystem gleicher Wassergehalt x eine konstante Temparatur t. Oberhalb der Kurve und oberhalb 0°C: „feuchte“ Luft.
Unterhalb der Kurve: Luft mit Nebel (=Wassertröpfchen). Unterhalb O°C Linie:kalte feuchte Luft links, rechts: Eisnebel (Schnee). Ein Gemisch im Punkt 1, dem ein Gemisch im Punkt 2 zugemischt wird, wandert auf der Mischungsgeraden in den Punkt m. Keine Nebelbildung. In den Punkten A (warme feuchte Luft) und B (kalte Luft). schneidet die Mischungsgerade das Nebelgebiet. Falls der Mischzustand M unterhalb der Kurve liegt, hat man Nebel.

„Enthalpie“ ist ein Energiemaß für Luft, wenn Zustandsänderungen bei konstantem Druck vorgenommen werden. Dies ist in der Atmosphäre unterhalb der chaotischen Phase in der Regel der Fall.

Dr. rer. nat. Anton Schober

Fortsetzung: Märchen, Mythen, Klimawandel

Unterschreiben Sie bitte die Petition „Retten Sie den Rotmilan und andere von der Ausrottung bedrohte Arten!“

https://www.change.org/p/f%C3%BCr-landwirtschaft-und-umwelt-mecklenburg-vorpommern-retten-sie-den-rotmilan-und-andere-von-der-ausrottung-bedrohte-arten-0dab0be9-2465-4cbe-93f0-84b5430b0d8f

 

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