Der natürliche Treibhausgaseffekt

Ohne den natürlichen Treibhauseffekt wäre Leben auf der Erde kaum möglich: Statt einer mittleren Temperatur von +15 °C in Bodennähe wäre es eisige -18 °C kalt. Diesen wärmenden Effekt verdanken wir den Treibhausgasen. Sie sind Bestandteil der Atmosphäre und verhindern, dass die langwellige Wärmestrahlung von der Erdoberfläche ungestört ins All entweicht. Die Strahlung wird teilweise absorbiert und wieder abgegeben. Dieser Vorgang heizt die Erdoberfläche und die untere Luftschicht auf.

Der menschgemachte Treibhauseffekt

Durch seine Aktivitäten erhöht der Mensch die Konzentration der Treibhausgase, allem, voran jene von Kohlendioxid. Das hat zur Folge, dass ein grösserer Anteil der Strahlung absorbiert und wieder auf die Erde zurückgestrahlt wird. Das heizt die Luft in Bodennähe zusätzlich auf. Dieser Vorgang wird anthropogener oder menschgemachter Treibhauseffekt genannt.

Die Störung des natürlichen Gleichgewichts der Atmosphäre verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt und führt zu einer weltweiten Erwärmung. Der Grund für die Zunahme der Treibhausgaskonzentration liegt eindeutig bei uns Menschen. Hauptursache der globalen Erwärmung ist die Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas. 

Die Treibhausgase

Für den menschgemachten Treibhausgaseffekt sind neben Kohlendioxid eine ganze Reihe weiterer Treibhausgase mitverantwortlich. Sie sind pro Molekül unterschiedlich stark klimawirksam. Um ihre Wirkung vergleichen und zusammenzählen zu können, werden sie in sogenannte CO2-Äquivalente umgerechnet. Dieser Wert gibt an, wie viel eine festgelegte Menge eines Treibhausgases zum Treibhausgaseffekt beiträgt. Als Vergleichswert dient Kohlendioxid (CO2).

CO2 – Kohlendioxid
Als Folge der menschlichen Aktivitäten hat sich die CO2-Konzentration in der Atmosphäre seit Beginn der Industrialisierung massiv erhöht. CO2 ist das wichtigste vom Mensch verursachte Treibhausgas und Hauptgrund für die globale Klimaveränderung. Es hat einen Anteil von rund 20 % am natürlichen Treibhauseffekt, am vom Menschen verursachten Treibhauseffekts ist der weltweite anthropogene CO2-Ausstoss zu rund 60 % beteiligt. Die CO2 Störung ist sehr langlebig: Ein Teil der CO2 Emissionen bleibt über Jahrhunderte und Jahrtausende in der Atmosphäre. . Es braucht daher eine drastische Reduktion der Emissionen um die CO2 Konzentration in der Atmosphäre zu stabilisieren. 

CO2entsteht vor allem bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Erdöl, Erdgas und Kohle. Wir nutzen diese Energie für den Verkehr, zum Heizen, zur Stromerzeugung und in der Industrie. Die Emissionen aus diesen Aktivitäten haben die Konzentration von CO2 in der Erdatmosphäre seit Beginn der Industrialisierung von 280 ppm um knapp 40 % auf 400 ppm (Stand 2012) ansteigen lassen. Damit ist die gegenwärtige Konzentration höher als in den letzten 800000 Jahren, wahrscheinlich auch höher als in den letzten 20 Mio. Jahren.

Seit Beginn der Industrialisierung und vor allem nach dem 2. Weltkrieg ist der Verbrauch der fossilen Energieträger stark angestiegen – Trend weiterhin steigend. Heute werden global über 30 Milliarden Tonnen CO2 Jahr pro Jahr freigesetzt. In der Schweiz macht der Verbrauch von fossilen Treib- und Brennstoffen 80 % der Klimawirkung aus. Ein grosser Teil davon geht auf das Konto des motorisierten Verkehrs.

CH4 – Methan
Nach Kohlendioxid ist Methan das zweitwichtigste Treibhausgas. Es trägt weltweit ungefähr 17 % zum anthropogenen Treibhauseffekt bei. Seit Beginn der Industrialisierung wurde eine Zunahme der Methankonzentration in der Atmosphäre um etwa 150 % verzeichnet. Hauptursachen dieses Anstiegs sind unter anderem die zunehmende Nutztierhaltung, bewässerte Reisfelder, die Öl-, Gas- und Kohleförderung sowie Mülldeponien. Von der weltweit anthropogen emittierten Methan-Menge stammen knapp 40 % direkt oder indirekt aus der Viehhaltung. Die Verweildauer in der Atmosphäre ist mit 9 bis 15 Jahren sehr viel kürzer als bei CO2.  

N2O – Lachgas
Dieses Treibhausgas ist mit ungefähr 10 % an der globalen Klimaerwärmung beteiligt. Noch ist die Entstehung von Lachgas unzureichend erforscht. Bekannt ist jedoch, dass bei schweren, überdüngten und feuchten Böden besonders viel N2O in die Luft entweicht. Auch der Niederschlag von Ammonium-Stickstoff aus der Luft, der von Gülleverdunstungen herrührt, kann zur Bildung von Lachgas beitragen. Zudem ist Lachgas ein Nebenprodukt bei der Verbrennung fossiler Energieträger und bei der Verbrennung von Biomasse (Brandrodung in den Tropen).  Die mittlere atmosphärische Verweilzeit beträgt 114 Jahre.

PFC UND HFC
Perfluorierte Kohlenwasserstoffe (PFC) und  Halogenierte-Fluorkohlenwasserstoffe (HFC)  werden vor allem in der Kältetechnik (Klimaanlagen), zur Herstellung synthetischer Schaumstoffe, als elektrische Isolatoren, bei der Aluminium- und Halbleiterherstellung, und als Treibgas in Spraydosen verwendet.

Insgesamt tragen fluorierte Kohlenwasserstoffe etwa 10 % zur Erderwärmung bei. Einige dieser Stoffe sind bis zu 14.800-fach stärker klimawirksam als Kohlenstoffdioxid. Problematisch sind diese Gase vor allem wegen ihrer langen Verweildauer in der Atmosphäre – sie werden erst nach mehreren hundert bis tausend Jahren abgebaut.

Wasserdampf
Das wichtigste – allerdings nicht vom Menschen verursachte - Treibhausgas ist Wasserdampf. Er trägt etwa 60 % zum natürlichen Treibhauseffekt bei. Der Wasserdampf entstammt zum überwiegenden Teil dem Wasserkreislauf  (Ozean – Verdunstung – Niederschlag – Speicherung im Erdreich). Der Mensch beeinflusst den Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre indirekt. Durch die globale Erwärmung der Lufttemperatur nimmt die Verdunstung zu, man spricht dabei von einem Rückkoppelungseffekt. 

Ozon
Auch Ozon ist ein klimarelevantes Gas, das vom Menschen nur indirekt beeinflusst wird. Als Treibhausgas von Bedeutung ist die Ozonschicht in der Stratosphäre, nicht zu verwechseln mit dem bodennahen Ozon.


Quellen:
- IPCC Klimaänderung 2007: Zusammenfassungen für politische Entscheidungsträger
- Wikipedia
- Hamburger Bildungsserver