Wärmestrahlung durch Gase prüfen

Durchsichtig für welche Strahlung?

Ein Gas kann den Blick durch ein Rohr ungehindert lassen und dennoch Strahlung aufnehmen, die unsere Augen nicht sehen. Diese Unterscheidung steht im Mittelpunkt von Tyndalls Untersuchung. Sein Bericht von 1861 beschreibt erhebliche Unterschiede zwischen farblosen Gasen und Dämpfen. Die Versuche und ihre Bedingungen

Die Frage lautet nicht einfach, ob ein Gas warm wird. Tyndall will erkennen, wie sich ein bereits vorhandener Strahlungsstrom verändert, wenn er Gas in den Strahlungsweg bringt. Dazu braucht er einen kontrollierbaren Ausgangszustand und ein empfindliches Messgerät.

Quelle, Gas und Empfänger

Eine geschwärzte Fläche an einem mit heißem Wasser gefüllten Kupfergefäß dient als Wärmequelle. Ihre Strahlung durchläuft ein langes Messingrohr. Steinsalzfenster schließen dessen Enden ab. Gewöhnliches Glas würde selbst viel von der hier untersuchten Strahlung aufnehmen und den Versuch erschweren. Aufbau und Materialwahl, S. 3–7

Am Ende steht eine Thermosäule mit einem elektrischen Zeigerinstrument. Eine zweite Wärmequelle wirkt von der Gegenseite auf die Thermosäule. Tyndall gleicht beide Wirkungen zunächst aus. Nimmt das eingelassene Gas Strahlung auf, verschiebt sich dieses Gleichgewicht. Die Zeigerbewegung ist dabei keine direkte Anzeige der Gastemperatur.

Eine Veränderung gehört zum Vergleich

Das Rohr wird zunächst weitgehend luftleer gepumpt. Anschließend lässt Tyndall Gas ein und beobachtet die Veränderung. Beim Vergleich mit Luft entfernt er außerdem Feuchtigkeit und Kohlendioxid, um deren Beitrag gesondert zu untersuchen. Zusammensetzung und Menge der Probe gehören somit zum Ergebnis. Gaszufuhr und Vergleichsmessungen

Ein größerer Ausschlag bedeutet nicht unter allen Umständen einen proportional größeren Energieunterschied. Tyndall prüft die Empfindlichkeit des Instruments und rechnet größere Ausschläge um. Auch die Absorption wächst in seinen Messreihen nicht beliebig proportional mit der Gasmenge. Eine einzelne Prozentangabe ohne Aufbau und Bedingungen wäre irreführend.

Auch das Gerät kann das Signal erzeugen

Könnte ein beschlagenes Fenster die Strahlung abschwächen? Könnte einströmendes Gas eine heiße Fläche abkühlen? Dann entstünde ein Signal, obwohl eine andere Ursache als die gesuchte Absorption entscheidend wäre. Tyndall untersucht solche Möglichkeiten mit veränderten Anordnungen und Kontrollen. Fenster, Abkühlung und alternative Erklärungen, S. 9 und 27–28

Die Kontrolle ist kein bloßer Anhang zum eindrucksvollen Versuch. Sie bestimmt, was der Ausschlag überhaupt belegt. Quelle, Fenster und Empfänger müssen ausreichend verstanden sein, bevor eine Veränderung dem Gas zugeschrieben werden kann. Gerade die Fehlermöglichkeiten machen das Messprinzip nachvollziehbar.

Footes verwandte Frage

Bereits 1856 berichtet Eunice Foote über Temperaturvergleiche in zwei zylindrischen Gefäßen, die sie nebeneinander der Sonne aussetzt. Sie untersucht unter anderem unterschiedlich feuchte Luft und Kohlendioxid. Für Kohlendioxid beschreibt sie stärkere Erwärmung und langsamere Abkühlung; daraus entwickelt sie eine Überlegung zu einer wärmeren Atmosphäre. Footes kurzer Originalbericht

Dieser Versuch erfasst die Temperaturentwicklung des gesamten Aufbaus. Er isoliert den Durchgang von Wärmestrahlung nicht so wie Tyndalls spätere Anordnung. Die beiden Arbeiten lassen sich deshalb würdigen, ohne ihre Verfahren gleichzusetzen oder aus ähnlichen Themen eine unbelegte Kenntnis voneinander abzuleiten.

Vom Gas zur Atmosphäre

Tyndall verbindet die Aufnahme von Wärmestrahlung durch Wasserdampf und Kohlendioxid mit der Abgabe von Energie von der Erde in den Weltraum. Er erwägt, dass veränderliche Luftbestandteile das Klima beeinflussen können, und lässt die Größe ihrer Wirkung ausdrücklich offen. Atmosphärische Folgerungen, S. 28–29

Die Absorption von Infrarotstrahlung wird auch heute zur Messung von Kohlendioxid genutzt: Ein Empfänger registriert, wie viel Strahlung eine Gaszelle durchlässt. Bekannte Gasgemische dienen zur Kalibrierung. Das erläuterte Messprinzip bei NOAA Für die Entwicklung des Klimas braucht es zusätzlich Messungen und Modelle des gesamten Energieaustauschs. Der historische Versuch liefert dafür einen wesentlichen Mechanismus, noch keine vollständige Zukunftsrechnung.

Begriffe verstehen

Quellen und Nachweise

Die Quellen sind den Aussagen im Text zugeordnet. Originalstudien, Sammlungstexte und eigene Einordnung erfüllen unterschiedliche Aufgaben. Einige Fachtexte sind beim Verlag nur teilweise frei zugänglich.

1. Tyndalls Untersuchung der Wärmestrahlung

   John Tyndall: On the Absorption and Radiation of Heat by Gases and Vapours, and on the Physical Connexion of Radiation, Absorption, and Conduction. Philosophical Transactions of the Royal Society of London 151 (1861), S. 1–36 und Tafel I.

   Besonders S. 3–11 und 25–29: Aufbau, Kontrollen, Gasvergleiche und atmosphärische Folgerungen. Die Zahlen gelten für die beschriebenen Versuchsbedingungen.

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2. Footes Temperaturvergleich von 1856

   Eunice Foote: Circumstances affecting the Heat of the Sun’s Rays. American Journal of Science and Arts, zweite Serie, 22 (1856), S. 382–383.

   Vergleicht die Erwärmung in Gefäßen und formuliert eine atmosphärische Folgerung. Das Verfahren ist von der direkten Untersuchung des Strahlungsdurchgangs zu unterscheiden.

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3. Infrarotabsorption als Messprinzip

   Pieter Tans und Kirk Thoning, NOAA Global Monitoring Laboratory: How we measure background CO₂ levels on Mauna Loa, Fassung März 2018, Abschnitte Infrared absorption und Calibration of the instrument.

   Erklärt Absorptionszelle, Empfänger und Kalibrierung durch bekannte Gasgemische. Historische Beispielwerte auf der Seite sind keine aktuellen Atmosphärenwerte.

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Redaktion: Benjamin Metzig. Text und Quellen am 8. September 2026 geprüft. Generative KI diente als Werkzeug für Text und Bild.