Kann man beweisen, dass es den rein strahlungs-basierten natürlichen Treibhaus­effekt und damit auch den darauf aufbauenden anthropogenen Treibhauseffekt über infrarot-aktive Spurengase nicht gibt?

Man kann.   

1. Ausgangspunkt ist die auf dem hydrostatischen Gleichge­wicht beruhende Druckschichtung in der Atmosphäre. Unter keinen unzulässig einschränkenden Annahmen ist es nach dem Modell adiabatisch aufsteigender Luftpakete möglich, im Lang­zeitdurchschnitt auf eine konstante lineare Temperatur­schichtung zu schließen. Für trockene Luft ermittelt sich eine Temperatur­senkungsrate von etwa 9,8 K km^-1, die nur von der Gravitationskonstanten der Erde und der spezifischen Wärme­kapazität der Atmosphärengase bei konstantem Druck abhän­gig ist.

Wenn es folglich – neben der mittleren Globaltemperatur an der Erdoberfläche – in der Atmosphäre einen weiteren ausge­zeich­neten Temperaturbereich gäbe, dann bildete sich zwi­schen beiden eine charakteristische Temperaturdifferenz her­aus. Ei­nen solchen charakteristischen Temperaturbereich in der Atmo­sphäre gibt es tatsächlich, nämlich den Temperatur­be­reich, in dem ein Strahlungsgleichgewicht zwischen der Son­nenzu­strah­lung und der Wärmeabstrahlung des Systems Er­de/At­mo­sphäre auftritt. Er liegt effektiv bei 255 K. Die cha­rakteris­tische Tem­­pe­raturdifferenz zur Erdoberfläche beträgt dabei 33 K – das ist genau die Größe des sogenannten na­tür­lichen Treib­haus­effekts. Zu seiner Herleitung bedarf es kei­nes Strahlungs­vorgangs mit infrarot-aktiven Bestandteilen der At­mosphäre, nur der Kenntnis der Gravitationskonstanten, der spezifischen Wär­mekapazi­tät trockener Luft als idealem Gas und der beiden Mit­tel­temperaturwerte 288 K und 255 K, die prinzipiell mess­tech­nisch erfassbar sind. Die effektive Abstrah­lungshöhe lässt sich zu etwa 3,4 km bestimmen.

Die reale Atmosphäre ist jedoch im Mittel nicht trocken, son­dern weist einen charakteristischen Wassergehalt auf. Er kommt folglich als weitere Bestimmungsgröße für den Tempe­ra­tur­effekt  hinzu. Für die heutige mittlere feuchte Luft ergeben sich eine pseudo-adiabatische Temperatursenkungsrate von etwa - 7 K/km und eine effektive Abstrahlungshöhe von etwa 4,7 km.

Bilden sich in ei­nem begrenzten Temperaturbereich um den heutigen Klima­zustand weitere stabile Klimazustände aus (wie beispielsweise in den periodischen Kalt- und Warmzeiten des Eiszeitalters), zeich­nen sie sich durch den gleichen mittleren atmosphärischen Tempera­tur­effekt von 33 K aus, indem sich je nach dem mitt­leren Was­ser­gehalt der Atmosphäre die zugehö­ri­ge feucht-adiabati­sche Tempera­tur­senkungsrate und die ef­fek­tive Ab­strah­lungs­höhe gegenläufig so verändern, dass deren mathema­tisches Produkt immer konstant bleibt.

2. Die atmosphärische Temperaturschichtung wird durch lau­fen­de Absorption von Sonnen­strahlung in der Erdoberfläche und von dort durch Abgabe von Wärme an die kältere Atmo­sphäre aufrechterhalten und stabili­siert. Die Wärmeab­gabe er­folgt sowohl auf radia­tivem als auch auf konvek­tivem Weg. Diese Wärme wird in der Atmosphäre durch einen insgesamt adiabatisch geprägten inter­aktiven Wärme- und Strah­lungs­strom schritt­weise nach oben trans­­portiert. Dort wird sie in ei­ni­gen Kilo­metern Höhe von in­fra­rot-aktiven Bestandteilen der Atmo­sphäre in das Weltall ab­gestrahlt. Nach Abstrahlung ins All kehren die ma­teriellen Träger der Wärme (Luft­pakete; Nie­der­schläge) – ebenso wie der Teil der Wärmestrahlung, der nach unten emittiert wird – in­ter­aktiv, das heißt, sich fortwäh­rend inein­ander umwandelnd, zur Erdoberfläche zurück, um erneut Wärme aufzunehmen und sie nach oben zu transpor­tieren.

Der Wärmetransport in der Atmosphäre ist keineswegs auf reine Strahlungsvorgänge beschränkt, sondern erfolgt sowohl nach oben als auch partiell wieder nach unten in ständiger Gemeinsamkeit von Strahlung und Konvektion.

Die langzeitige gleichmäßige Erwärmung der Erdoberfläche durch die Sonne, deren Wärmeübergabe an die Atmosphäre, der interaktive Wärmetransport in der Atmosphäre und die Wärmeabstrahlung in der Höhe bilden auch die entscheidende Voraussetzung dafür, dass sich im Rahmen dieses permanenten Energieflusses von der Sonne über die Erde in das Weltall lokal auf der Erde Bedingungen einstellen, die den Aufbau immer höher organisierter Strukturen, entgegen dem Trend zu immer mehr Unordnung im Universum, er­möglichen. Grund­­lage dafür ist die Photosynthese im Zusammenwirken von sicht­barem Sonnenlicht sowie Kohlenstoffdioxid und Wasser.

3. Die Entropieerzeugung der Sonnenstrahlung auf ih­rem Weg über die Erde beträgt etwa 1,2 W/K m². In dieser Größe drückt sich die irre­versible Degradation der Wär­­mestrahlung aus, die in Höhe von einigen Ki­lo­metern in der Erdatmosphäre aus­gesandt wird – so­wohl nach außen, in das Weltall, als auch nach innen, als Gegenstrahlung in Richtung Erdoberfläche, zusam­men mit den untrennbar verbundenen konvektiven Wärmerückführungen nach unten. Durch eine solche Wärme­rück­führung aus der Atmosphäre kann im Mit­tel die Erdober­fläche nicht erwärmt, sondern nur abge­kühlt wer­den. Sie trägt jedoch insofern zur Warmhal­tung der Erdoberfläche bei, als sie deren stärkere Aus­kühlung verhindert, die eintreten würde, wenn es keine solche Wärmerückführung gäbe. Die Aufwär­mung der Erdoberfläche bleibt allein der einzigartigen Sonnen­strah­lung vorbehalten, die im Unterschied zur reinen Ober­flächenwirkung von erdgebundenen Wärmeströmen in die Tiefe des Absorbers vorzudringen vermag. Andere solche hoch­wertige Wärme­quellen stehen in der Atmosphäre auf Dauer nicht zur Verfügung.

Fazit: Sonne plus Wasser und Wald (unter Mitwirkung des Menschen) = Klima.