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Sie fragten: Wie kommt Kohlendioxid so hoch in die Atmosphäre?

September 21-27 ist Klimawoche in New York City. Begleiten Sie uns zu einer Reihe von Online-Veranstaltungen und Blogbeiträgen über die Klimakrise und weisen Sie uns auf Maßnahmen hin. Diese Woche widmen wir unsere You Asked-Serie der Beantwortung von Leserfragen zum Klimawandel.

Die folgende Frage wurde von einem Leser gestellt, und die Antwort kommt vom Klimawissenschaftler Ángel Muñoz.

F:

Wie gelangt CO2 hoch in die Atmosphäre? Mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,5 sollte es auf die Erde fallen, wenn es beim Aufstieg abkühlt. Die Fluggesellschaften sagen uns, dass es -40 Grad bei 30.000 ft ist. Warum oder wie kommt es also, dass etwas CO2 in die obere Atmosphäre gelangt?

EIN:

Ángel Muñoz ist Associate Research Scientist am Internationalen Forschungsinstitut für Klima und Gesellschaft und leitet die lateinamerikanische Komponente des Columbia World Project „Adapting Agriculture to Climate Today, for Tomorrow“ (ACToday). Er ist auch ein hingebungsvoller Weinkenner und hier mit Carménère-Reben in Chile abgebildet.

Kohlendioxid ist ein Gas. Die Dichte eines Gases nimmt zu, wenn die Temperaturen kälter werden. Da die Temperaturen mit zunehmender Höhe sinken, werden die Gase in höheren Lagen dichter. Dichtere Objekte neigen dazu, durch die Schwerkraft nach unten zu sinken. (Tatsächlich hält die Schwerkraft, die Gasmoleküle zur Erdoberfläche zieht, unsere Atmosphäre aufrecht.) Verschiedene Gase haben auch unterschiedliche Molekulargewichte. CO2 ist schwerer als Sauerstoff, daher können wir erwarten, dass jedes CO2-Molekül unter eine Schicht von Sauerstoffmolekülen sinkt. Wenn wir diese Idee auf die anderen Gase in der Luft verallgemeinern, könnten wir daraus schließen, dass dies zu einer perfekt geschichteten Atmosphäre mit separaten Schichten jeder Art von Gas führen würde.

Wir können ein Beispiel für eine geschichtete Atmosphäre in einer Flasche Wein sehen. Wenn die Flasche verschlossen ist, enthält die Luft zwischen der Oberfläche des Weins und dem Boden des Korkens sowohl Sauerstoff als auch CO2. Da CO2 schwerer als Sauerstoff ist, zwingt die Schwerkraft die CO2-Moleküle, eine „Schicht“ unter den Sauerstoffmolekülen zu bilden, die dazu beiträgt, den Wein vom Sauerstoff zu trennen. Wünschenswerte Eigenschaften von Wein, wie Geschmack und Geruch, beginnen sich zu ändern, sobald die Flüssigkeit vollständig Sauerstoff ausgesetzt ist. Ohne die Schichtung in der versiegelten Flasche hätten wir kein CO2-Kissen, um den Wein vor Sauerstoff zu schützen, was ungeöffnetem Wein eine viel kürzere Haltbarkeit verleiht oder ihn im Laufe der Zeit sogar in Essig verwandelt.

Die Erdatmosphäre ist nicht wie die Luft in einer verschlossenen Weinflasche. Atmosphärische Gase sind gut gemischt, nicht geschichtet. Dies aufgrund der Diffusionskraft. Gasmoleküle wollen sich bewegen, und sie werden sich ausdehnen, um das Volumen zu füllen, in dem sie enthalten sind. Beschränkt auf einen dicht verschlossenen Behälter wie eine verkorkte Weinflasche bei konstanter Temperatur von etwa 52-57 Grad Fahrenheit, haben Gase keinen Raum oder genug „Aufregung“, um sich auszudehnen und zu bewegen. Sie setzen sich in Schichten ab, die hauptsächlich auf ihrem Molekulargewicht basieren. Die Erdatmosphäre ist jedoch viel expansiver als eine Weinflasche. CO2 zerfällt erst etwa 80 Kilometer von der Erdoberfläche entfernt und gibt atmosphärischen Gasen eine riesige Ausdehnung. Angeregt durch die von der Sonne in die Atmosphäre abgestrahlte Wärme bewegen sich Moleküle schnell. Wenn sie ineinander schlagen (z. B. bei 63 Grad Fahrenheit stoßen CO2-Moleküle etwa 7 Milliarden Mal pro Sekunde zusammen), vermischen sich die Gasmoleküle, anstatt sich in geschichteten Schichten abzusetzen. Es ist hauptsächlich die Diffusion, die es CO2 ermöglicht, sich in Höhen zu integrieren, die höher sind als das, was sein Molekulargewicht allein vermuten lässt, obwohl auch andere Prozesse, wie starke Auf- und Abwind-Luftströmungen, beteiligt sind.

Eine handgefertigte Zeichnung, die die verschiedenen Kräfte in einer Weinflasche im Vergleich zur Erdatmosphäre erklärt. Bild: Ángel Muñoz

Wenn Sie die Weinflasche zum ersten Mal entkorken und aus dem Keller auf eine wärmere Raumtemperatur bringen, werden die eingeschlossenen Gase Teil der größeren Atmosphäre. Gasmoleküle mischen sich, und nachdem die Vakuumdichtung der Flasche gebrochen wurde, bedeutet das Ersetzen des Korkens, dass gut gemischte Moleküle in der Flasche verbleiben, sobald Sie den Korken selbst austauschen. Sauerstoff ist jetzt in der Lage, den Wein zu erreichen, was schließlich dazu führt, dass der Wein „weg“ schmeckt.“ Jeder, der eine Flasche Wein geöffnet hat, um sie vor dem Trinken “ atmen zu lassen“, weiß, dass eine gewisse Sauerstoffversorgung den Geschmack des Weins verbessern kann, aber letztendlich wird die Sauerstoffversorgung diese wünschenswerten Eigenschaften ruinieren. Denken Sie also daran, innerhalb weniger Tage verantwortungsbewusst eine Flasche Wein zu konsumieren, um den besten Geschmack zu erzielen. Und denken Sie daran, dass sich selbst in einem Flugzeug in 30.000 Fuß Höhe Gasmoleküle in einer offenen Flasche Wein genauso vermischen wie im Rest der Atmosphäre!

Einzelheiten dazu, wie Kohlendioxid zum Klimawandel beiträgt, finden Sie in diesen Beiträgen: Wie genau verursacht Kohlendioxid die globale Erwärmung? und wenn CO2 nur 0,04% der Atmosphäre ausmacht, wie treibt es die globale Erwärmung an?