Gibt es einen Unterschied im Infrarot-Absorptionsspektrum eines Treibhausgases, wenn es rein ist und wenn es mit Nicht-Treibhausgasen gemischt wird?

Gemäß der Standardhypothese des IPCC zum Treibhauseffekt würde eine Verdopplung der vorindustriellen CO2-Konzentration von 285 ppm in der Atmosphäre – der aktuelle Wert beträgt 405 ppm – zu einer Erhöhung der Rückstrahlung oder des Strahlungsantriebs um 3,7 W/m2 führen (Eine frühere Behauptung war 4,3 W/m2). Unter Verwendung des Stefan-Boltzmann-Gesetzes übersetzt sich dies in einen Temperaturanstieg von etwa 0,7 °C (das IPCC behauptet tatsächlich 1 °C, für eine Diskussion siehe hier ). Das IPCC behauptet auch, dass es Rückkopplungsmechanismen gibt, die diesen anfänglichen Temperaturanstieg um einen Faktor von 1,5 bis 4 verstärken, aber das braucht uns in diesem Zusammenhang nicht zu kümmern.

Um dies zu überprüfen, führte ein Chemiker, Dr. Heinz Hug, das folgende einfache Experiment durch ( Die Klimakatastrophe - ein spektroskopisches Artefakt? ): Er maß zunächst das Infrarot-Absorptionsspektrum einer Luftprobe mit einer CO2-Konzentration von 357 ppm (dem Wert von 1993); dann nahm er eine weitere mit einer Luftprobe mit doppelter Konzentration. Das Ergebnis eines Vergleichs zwischen den beiden Spektren ergab eine Absorptionserhöhung von 0,17 %, was einer Erhöhung des Strahlungsantriebs von 0,054 W/m2 entspricht – etwa 1/70 des IPCC-Werts. Dies würde zu einer Temperaturerhöhung von nur etwa 0,015°C führen.

Was könnte der Grund für diese massive Diskrepanz sein? Da die Strahlungsmodelle des „Klimawandels“ auf höchst fragwürdigen Annahmen beruhen, mangelt es nicht an möglichen Ansatzpunkten. Eine davon ist die Tatsache, dass die Modelle auf IR-Absorptionsspektren basieren, die von reinen Treibhausgasen erzeugt wurden. In der realen Welt besteht natürlich der Großteil der Atmosphäre aus einem Gasgemisch, das hauptsächlich aus Nicht-Treibhausgasen besteht. Es wird einfach angenommen, dass sich die IR-Absorptionseigenschaft eines Treibhausgases nicht ändert, wenn andere Arten von Gasen vorhanden sind.

Um zu überprüfen, ob diese Annahme wirklich zutrifft, führte Dr. Hug ein weiteres Experiment durch, bei dem er einen Vergleich des Infrarotabsorptionsspektrums ( Hug & Barrett versus IPCC ) zwischen reinem CO2, CO2 gemischt mit Helium und CO2 gemischt mit Stickstoff durchführte. In allen drei Fällen waren die Anzahl der absorbierenden CO2-Moleküle, die Temperatur und der Gesamtdruck identisch (Der letzte Punkt ist besonders wichtig, da eine Erhöhung des Gasdrucks zu einer entsprechenden Erhöhung der Absorption durch Verbreiterung der IR-absorbierenden Bande führt, ein Effekt, der als Druck bezeichnet wird oder Kollisionsverbreiterung). Das Ergebnis war, dass die Absorption im mit Helium gemischten CO2 deutlich höher war als im reinen CO2 und noch mehr im Gemisch mit Stickstoff.

Diese Ergebnisse haben, wenn sie richtig sind, weitreichende Konsequenzen. Insbesondere bedeutet dies, dass die CO2-Absorptionsbande weitaus gesättigter ist als vom IPCC angenommen, mit entsprechend geringerem Potenzial für eine Absorptionserhöhung bei einer höheren CO2-Konzentration.

Allerdings bestanden IPCC-verbundene Wissenschaftler angesichts der Ergebnisse von Dr. Hug darauf, dass es für die Infrarotabsorption keinen Unterschied mache, ob das Treibhausgas rein oder mit Nicht-Treibhausgasen gemischt sei und dass die Messungen von Dr. Hug fehlerhaft sein müssten . Unten ist ein von ihnen gezeigtes Diagramm (aus diesem Papier: Druckverbreiterung im Infrarot- und optischen Kollisionsdurchmesser ), um die von Dr. Hug gemachten Messungen zu widerlegen. Es zeigt die IR-Absorption von Methan, die mit dem Partialdruck des „Fremdgases“ wie Helium oder Stickstoff ansteigt (Die Skala scheint in Torr zu sein, also von etwa 0-1 bar). Der Partialdruck des Methans wird vermutlich konstant gehalten, was bedeutet, dass der Druck des gesamten Gasgemisches ansteigen wird.

Es ist nicht klar, warum dies eine Widerlegung der Arbeit von Dr. Hug sein soll. Dass es aufgrund des steigenden Drucks zu einer Erhöhung der Absorption kommt, schließt natürlich keinesfalls aus, dass andere Effekte mitwirken. Dass es nicht möglich ist, die Druckverbreiterung nicht-empirisch zu entwirren, wird in der Zusammenfassung des Papiers deutlich: "Aus den erhaltenen Ergebnissen geht hervor, dass die Druckverbreiterungseffekte bestimmter Gase auf einen Absorber nicht zuverlässig extrapoliert werden können, um die Effekte auf einen anderen Absorber. Auch die Effekte bei einer Wellenlänge sind im Allgemeinen nicht dieselben wie bei einer anderen Wellenlänge für denselben Absorber.“ Das Diagramm zeigt schön, dass die von Dr. Hug gemessene Absorption für verschiedene „Fremdgase“ bei gleichem Druck unterschiedlich ist.

Darüber hinaus erhöht die Druckverbreiterung die Absorption nicht so sehr, sondern breitet sie aus, wodurch die Spitzen verringert werden, während die Seitenbänder erhöht werden. Da die Messung im obigen Diagramm nur am Peak durchgeführt wurde, ist es sehr wahrscheinlich, dass die Auswirkungen des erhöhten Drucks den beobachteten Anstieg der Absorption tatsächlich verringern!

So wie ich es verstehe, ist es absolut sinnvoll, dass ein Treibhausgas eine höhere Absorptionsrate hat, wenn es mit Nicht-Treibhausgasen gemischt wird: Ein einzelnes CO2-Molekül absorbiert ein Photon und gibt es dann nach einer bestimmten Zeitspanne wieder ab. In einem Gas, das aus vielen CO2-Molekülen besteht, kollidiert ein einzelnes Molekül mit anderen Molekülen; die durchschnittliche Zeit zwischen diesen Kollisionen ist, zumindest unter den Bedingungen der unteren Atmosphäre, viel kürzer als die durchschnittliche Zeit zwischen Absorption und Reemission. Wenn ein angeregtes Molekül auf ein anderes trifft, kann dies zu einer Umwandlung der Rotations-/Vibrationsenergie in Translationsenergie führen und das Molekül wird sich schneller bewegen, dh es kommt zu einer Thermalisierung und das Gas wird wärmer (wenn wir die Temperatur nur durch die Translationsbewegungen definieren) . Dies geschieht natürlich auch in die andere Richtung, dh

Was passiert, wenn wir jetzt Nicht-Treibhausgasmoleküle wie N2 hinzufügen? Die N2-Moleküle kollidieren mit den CO2-Molekülen und dadurch werden die Translations-/Vibrationsenergieniveaus ausgeglichen. Da das N2 weniger Translations- und überhaupt keine Rotationsschwingungsenergie hat, führt dies zu einer Nettoübertragung von Translations-/Vibrationsenergie von den CO2-Molekülen auf die N2-Moleküle. Dieser Energieverlust bedeutet, dass die CO2-Moleküle eine höhere Absorptionsrate aufrechterhalten können oder, wenn man es vorzieht, benötigen, um die Gleichgewichtstemperatur aufrechtzuerhalten. Ein anderer Gesichtspunkt wäre, dass eine zusätzliche Absorption durch das CO2 erforderlich ist, um die erhöhte Temperatur des N2 aufrechtzuerhalten. Es muss noch einmal betont werden, dass die verstärkte Absorption durch eine identisch verstärkte Emission ergänzt wird, sobald das neue Gleichgewicht erreicht ist.

Aber ich bin kein Experte und Dr. Hug könnte wirklich seine Messungen verpfuscht haben. Die Frage lautet also: Gibt es einen Unterschied im Infrarot-Absorptionsspektrum eines Treibhausgases, wenn es rein ist und wenn es mit Nicht-Treibhausgasen gemischt wird?

Perfekt wären Diagramme wie im obigen Druck-Absorptions-Diagramm, aber mit eliminierten Druckeffekten, indem der Partialdruck des Treibhausgases verringert wird, wenn der Partialdruck des Nicht-Treibhausgases ansteigt, um einen konstanten Gesamtdruck aufrechtzuerhalten die Anzahl der Treibhausgasmoleküle konstant (wie es Dr. Hug für einen einzelnen Druckdatenpunkt tat). Aber jede Art von Messung von Gemischen aus IR-absorbierenden und nicht-absorbierenden Gasen bei konstantem Gesamtgasdruck sollte hilfreich sein.

Ein scheinbar relevantes Papier:

Auswirkungen von Temperatur, Druck und Wasserdampf auf die Gasphasen-Infrarotabsorption durch CO2 von DK McDermitt, JM Welles und RD Eckles

„Intuitiv erwartet man, dass die Absorption proportional zur Anzahl der Absorbermoleküle im Lichtweg ist, nicht zum Molenbruch (Ball, 1987). ist klar, dass eine einzige funktionale Beziehung immer noch nicht besteht."

Und

"5. Infrarot-CO2-Analysatoren sollten in Bezug auf den Molenbruch kalibriert werden, nicht in Partialdruck oder Moldichte. Das ist überraschend."

Molenbruch: Molzahl von CO2 dividiert durch Molzahl des gesamten Luftgemisches. Die „überraschende“ Tatsache ist also, dass das CO2 nicht ausreicht, es werden auch die nicht absorbierenden Gasbestandteile benötigt, um das Absorptionsverhalten auch nach Eliminierung des Druckeinflusses zu erklären.