Treibhauseffekt

Der natürliche Treibhauseffekt bewirkt, dass auf der Erdoberfläche eine durchschnittliche Temperatur von 15 °C herrscht und sich dadurch überhaupt erst Leben entwickeln konnte.
Davon zu unterscheiden ist der zusätzliche oder anthropogene Treibhauseffekt, der auf das Wirken des Menschen zurückzuführen ist und der eine zusätzliche Erwärmung der Erdoberfläche bewirkt.

Der natürliche Treibhauseffekt

Der natürliche Treibhauseffekt ist vergleichbar mit den Vorgängen, die bei einem Treibhaus mit gläsernem Dach oder bei einem Niedrigenergiehaus zu beobachten sind (Bild 1). Die Erde im Treibhaus erwärmt sich solange, bis sich ein Strahlungsgleichgewicht eingestellt hat. Ähnliches ist auch bei einem Auto zu beobachten, dass längere Zeit in der prallen Sonne steht.

Im Falle der Erde übernimmt die Atmosphäre, insbesondere ihre Bestandteile Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan, Ozon und Fluorchlorkohlenwasserstoffe, die Rolle des Glases vom Treibhaus. Man fasst diese Gase auch unter dem Begriff der Treibhausgase zusammen oder nennt sie auch klimawirksame Gase. Wir betrachten nachfolgend schrittweise die Vorgänge, die in der Atmosphäre vor sich gehen.

Der Treibhauseffekt bei einem Gewächshaus (Treibhaus).

Der Treibhauseffekt bei einem Gewächshaus (Treibhaus).

Von den 100 % Strahlung der Sonne, die auf die Erde treffen, werden 30 % von der Atmosphäre sofort reflektiert, 50 % gelangen bis zum Erdboden und 20 % werden durch die Atmosphäre absorbiert (aufgenommen). Davon wiederum werden ca. 10 % in Richtung Erdboden und ebenfalls 10 % in Richtung Weltall abgestrahlt (Bild 2). Demzufolge müsste die Erde im thermodynamischen Gleichgewicht ungefähr 60 % der auftreffenden Strahlung als Wärmestrahlung wieder abgeben. Dieses einfache Modell entspricht aber nicht der Wirklichkeit.

Einfaches Modell für die Strahlungsvorgänge

Einfaches Modell für die Strahlungsvorgänge

Die in der Atmosphäre enthaltenen Treibhausgase sind nur für etwa 13 % der von der Erdoberfläche ausgehenden Strahlung durchlässig. Die restlichen 87 % werden wiederum absorbiert und rufen eine Wärmestrahlung hervor, die zu gleichen Teilen nach oben und nach unten abgegeben wird (Bild 3).

Strahlungsvorgänge unter Berücksichtigung der Rückstrahlung der Atmosphäre

Strahlungsvorgänge unter Berücksichtigung der Rückstrahlung der Atmosphäre

Durch diese zusätzliche Rückstrahlung wird der Erdboden weiter erwärmt. Das hat seinerseits eine größere Wärmestrahlung zur Folge. Die Wechselwirkung zwischen der Erdoberfläche und den Treibhausgasen in der Atmosphäre setzt sich solange fort, bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Das ist in Bild 4 dargestellt.

Ohne den natürlichen Treibhauseffekt würde auf der Erdoberfläche eine durchschnittliche Temperatur von -18 °C herrschen. Damit wäre kein Leben möglich. Infolge des natürlichen Treibhauseffektes beträgt die durchschnittliche Temperatur auf der Erdoberfläche +15 °C.

Gesamtbilanz der Strahlung im thermodynamischen Gleichgewicht

Gesamtbilanz der Strahlung im thermodynamischen Gleichgewicht

Der zusätzliche Treibhauseffekt

Neben dem natürlichen und für uns lebensnotwendigen Treibhauseffekt wird in den letzten Jahrzehnten ein zusätzlicher Treibhauseffekt registriert. Er wird auch als anthropogener Treibhauseffekt bezeichnet (anthropo, griechisch - den Menschen betreffend), weil er auf das Wirken des Menschen zurückzuführen ist.

Dieser zusätzliche Treibhauseffekt äußert sich darin, dass Wärmestrahlung stärker von der Atmosphäre in Richtung Erdoberfläche reflektiert wird und damit in den letzten Jahrzehnten eine Erhöhung der mittleren Temperatur an der Erdoberfläche von ca. 0,5 °C registriert wurde. In einer Reihe von Klimamodellen wird bis zum Jahre 2 100 mit einer weiteren Erwärmung zwischen 1,5 Kelvin und 3 Kelvin gerechnet. Das kann weitreichende Folgen für das Klima und die Lebensbedingungen auf der Erde haben.

Ursache für den zusätzlichen Treibhauseffekt ist die jahrzehntelange verstärkte Abgabe von klimawirksamen Gasen in die Atmosphäre. Das hat zu einer Beeinflussung der Strahlungsverhältnisse geführt. Der Beitrag der einzelnen Treibhausgase zum natürlichen Treibhauseffekt ist aufgrund ihrer Konzentration und ihrer chemischen Struktur sehr unterschiedlich. Der Einfluss der einzelnen Gase ist in Bild 5 dargestellt.

Anteil einzelner Gase am natürlichen Treibhauseffekt

Anteil einzelner Gase am natürlichen Treibhauseffekt

Den größten Anteil am zusätzlichen Treibhauseffekt hat mit ca. 50% Kohlenstoffdioxid, gefolgt von Methan und FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe). Der Beitrag dieser klimawirksamen Gase am zusätzlichen Treibhauseffekt ist in Bild 6 dargestellt.

Der wichtigste Ansatzpunkt zur Verringerung eines zusätzlichen Treibhauseffektes ist eine Reduzierung des Ausstoßes an Kohlenstoffdioxid.
Weltweit betrug die Emission an Kohlenstoffdioxid etwa 24 Mrd. t im Jahr. Den größten Anteil daran haben die USA (28 %) und China (13 %). Deutschland hat mit 900 Mio. t einen Anteil von knapp 4 %.

Da die Verbrennung fossiler Brennstoffe und der Autoverkehr weltweit den größten Anteil an der Emission von Kohlenstoffdioxid haben, müssen vor allem auf diesen Gebieten langfristig Veränderungen erreicht werden, die auf eine Reduzierung des Ausstoßes an Kohlenstoffdioxid zielen.

Anteil verschiedener Gase am zusätzlichen Treibhauseffekt

Anteil verschiedener Gase am zusätzlichen Treibhauseffekt

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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