Venusatmosphäre

Wie sieht es jedoch mit der Venus aus? Und: Warum unterscheidet sich die Venus so gravierend von der Erde, wo doch wesentliche planetare Größen denen der Erde so ähnlich sind?
Für das Verständnis der Venus könnte die ESA-Sondenmission „Venus Express“ von erheblicher Bedeutung werden. Deshalb wird auch, so bereits vorliegend, auf diese Daten zurückgegriffen [5]. Das Wichtigste ist zunächst die Feststellung eines Temperaturgradienten im mittleren und unteren Teil der Venus-Troposphäre von etwa − 8 K km^-1. Sie muss offenbar als „pseudo“-adiabatische Rate charakterisiert werden [1] . Mit
g = 8,89 m s^-2und c_p = 850 J/kg K lässt sich eine trocken-adiabatische Temperatursenkungsrate von etwa 10,5 K km^-1errechnen. Wenn man nun annimmt, dass die Abstrahlungshöhe der Venusatmosphäre im Bereich der weitgehend geschlossenen Wolkenschicht (aus Schwefelsäurewolken; dafür muss der erforderliche Wasserstoff bzw. das Wasser vorhanden sein, ggf. auch aus aktiven vulkanischen Quellen) liegt, kann man dafür etwa ansetzen: reichlich 60 km. Dann ergibt sich ein überschläglicher atmosphärischer Temperatureffekt von 62 km ∙ 8 K km^-1 = 500 K. Dieser liegt außerordentlich viel höher als bei der Erde – hervorgerufen durch die sehr viel mächtigere Atmosphäre der Venus (3,8 ∙ 10²⁰ kg im Unterschied zur Erde mit 5,1 ∙ 10¹⁸ kg). Wenn man das Strahlungsgleichgewicht der Venus überschläglich mit rund 160 W m^-2 ansetzt [2] , kann man ihm eine Strahlungsgleichgewichtstemperatur von ungefähr 230 K zuordnen. Die Solarkonstante ist mit ungefähr 2615 W m^-2 zwar wesentlich größer als die der Erde (verständlich auf Grund der größeren Nähe zur Sonne), jedoch ist die planetare Albedo der Venus ebenfalls viel größer als die der Erde, im Wesentlichen bestimmt durch die geschlossene Wolkendecke (etwa 0,76 zu etwa 0,31), so dass sich das relativ niedrige planetare Strahlungsgleichgewicht der Venus erklären lässt. Dennoch ist – wegen des außerordentlich hohen atmosphärischen Temperatureffekts – die Oberflächentemperatur der Venus mit etwa 230 K + 500 K = 730 K sehr, sehr hoch – höher noch als die Temperatur, die der Merkur als sonnen-nächster Planet auf seiner Oberfläche erreicht. Dazu trägt gewiss der gewöhnliche Treibhauseffekt bei, also die stark behinderte Konvektion, die das bekannte gärtnerische Glashaus auf der Erde charakterisiert – eben auf Grund der weitgehend geschlossenen Wolkendecke rund um den Planeten. Strahlungsvorgänge sind auch auf der Venus von untergeordneter Bedeutung – selbstverständlich mit Ausnahme der Wärmeabstrahlung des Planeten. Also auch nichts mit einem galoppierenden Treibhauseffekt auf der Venus, auf den manche Autoren so gern verweisen! Den Hauptunterschied zur Erde bildet der Umstand, dass auf der Venus in der Frühzeit kein flüssiges Wasser das Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre ausgewaschen hat, stattdessen Wasserstoff durch Strahlungs-Dissoziation von vorhandenem Wasserdampf in den Weltraum abgedriftet ist [3] [7]. Venus ist an seiner Oberfläche und in der unteren Troposphäre ein weitgehend trockener Planet.

An dieser Stelle sei ein Vergleich der klimatisch charakteristischen Werte auf der Venus mit den von Sorokhtin [8] auf der Grundlage seiner adiabatischen Theorie des Treibhauseffekts erhaltenen Werten angestellt:

*adiabatische Temperatursenkungsrate in der unteren Venusatmosphäre: − 7,9 K km^-1

Der Vollständigkeit halber soll hier angemerkt werden, dass sich der Autor des vorliegenden Buches bereits früher zu den klima-charakteristischen Werten der Venusatmosphäre geäußert hat [9] und zu den folgenden Ergebnissen gekommen ist. Mittlere Temperatur an der Oberfläche: 730 K; Strahlungsgleichgewichtstemperatur: 231,7 K; adiabatische Temperatursenkungsrate: 8,3 K km^-1.

In allen Fällen gibt es eine durchaus befriedigende Übereinstimmung, trotz der teilweise vorgenommenen starken Vereinfachungen.

Man kann resümieren, dass den atmosphärischen Gegebenheiten auf der Venus die gleichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten zugrunde liegen wie auf der Erde – trotz völlig unterschiedlicher stofflicher Zusammensetzung der Atmosphäre. Die beiden Temperaturwerte 730 K (an der Oberfläche) und 230 K (im Strahlungsgleichgewicht) charakterisieren die Atmosphäre der Venus. Trotz der dichten Bewölkung wärmt die Sonne den Venusboden auf. Dieser gibt seine Wärme konvektiv und radiativ an die Atmosphäre ab. In ihr werden die Wärmeströme nach oben transportiert. Die Wolkenschicht behindert die Aufwärtsströmung, doch letztlich strahlt sie die Wärmestrahlung des Systems Venus/Atmosphäre an das Weltall ab. Mit diesem Wärmedurchfluss vom Venusboden durch die Venusatmosphäre und die Abstrahlung aus der Wolkenschicht gibt es eine stabile Temperaturschichtung [4] g/c_p (trocken und feucht).

[1] Jelbring [6] merkt dazu an: „Interessanterweise bildet die Modellatmosphäre den Zustand eines energetischen Gleichgewichts aus, unabhängig davon, ob Licht direkt die Planetenoberfläche erreicht oder nicht. Das erklärt, warum Venus eine quasi- oder nass-adiabatische Temperatursenkungsrate in ihrer Troposphäre hat.“

[2] Dabei wird überschläglich davon ausgegangen, dass die wesentliche planetare Reflexion an der Wolkenschicht stattfindet. Die planetare Albedo beträgt 0,76. Damit gelangt etwa ein solarer Strahlungsanteil von 2615 W m^-2 ∙ 0,24 = 627,6 W m^-2 durch die Wolken hindurch. Geteilt wieder durch den Geometriefaktor 4, errechnen sich rund 157 W m^-2 - eine ähnliche Größe wie bei der Erdoberfläche - , die von der Venusoberfläche im globalen Durchschnitt absorbiert und dann wieder an die Troposphäre übergeben werden. Sie werden letztlich als Wärmestrahlung von den Wolken ins Weltall abgeführt.

[3] Venussonden haben bis einige tausend Kilometer Höhe über der Venus ungewöhnlich viel Wasserstoff gemessen. Außerdem hat sich offenbar im Lauf der Zeit in der Venusatmosphäre schwerer Wasserstoff relativ angereichert, der auf Grund seiner höheren Masse weniger schnell ins All entweichen kann. [7]

[4] „Wie auf der Erde ist es auch auf der Venus in Bergen kälter und in Tälern wärmer“ wird in einem Bericht der LVZ [10] aus dem Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt mitgeteilt.

[6] Jelbring, H.: The „Greenhouse Effect“ as a function of atmospheric mass. Energy & Environment, Vol. 14, Nos. 2 & 3, 351-356, 2003.

[7] Kippenhahn, R.: Abenteuer Weltall. Stuttgart: Deutsche Verlags-Anstalt, 1991.

[8] Sorokhtin, O.G.: Adiabatische Theorie des Treibhauseffekts. In: Möglichkeiten der Verhinderung des Klimawandels und seiner negativen Auswirkungen (russ.). Moskau: Verlag Nauka, 2006, S. 101-129.

[9] Brune, W.: Gravitation and gas laws: an alternative approach to climatology. Energy & Environment, Vol. 20, No. 7, 2009, 1141-1147.