03.09.2016, 23:36 Uhr

Was ist der Treibhausgaseffekt?

Abbildung 1: Die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre (Foto: Quelle: AWI)
3.9.2016 Endlich haben, China mit 25% und die USA mit 15%, beide sind zusammen also mit 40% am Treibhausgas, CO² Ausstoß beteiligt, sie haben das Pariser Klimaabkommen heute vor der UN unterzeichnet, um deutlich unter 2°C. Erderwärmung zu bleiben.

Die Sonne treibt das Klima der Erde an, indem sie in sehr kurzen Wellenlängen Energie ausstrahlt, überwiegend im sichtbaren oder fast sichtbaren (z. B. ultravioletten) Teil des Lichtspektrums. Etwa ein Drittel der Sonnenenergie, die die Oberfläche der Erdatmosphäre erreicht, wird direkt zurück ins All reflektiert. Der Rest wird von der Erdoberfläche und in geringerem Umfang auch von der Atmosphäre absorbiert. Um die absorbierte Energie auszugleichen, muss die Erde durchschnittlich dieselbe Energiemenge wieder ins All zurückstrahlen. Da die Erde viel kälter ist als die Sonne, strahlt sie in viel längeren Wellenlängen, vorwiegend im infraroten Teil des Lichtspektrums. Ein Großteil dieser von Land und Ozean abgegebenen thermischen Strahlung wird von der Atmosphäre einschließlich der Wolken absorbiert und zur Erde zurückgestrahlt. Dieses bezeichnet man als Treibhauseffekt. In einem Treibhaus reduzieren die Glaswände den Luftstrom und erhöhen die Lufttemperatur im Innern. Analog hierzu, aber aufgrund eines anderen physikalischen Prozesses, wärmt der Treibhauseffekt die Erdoberfläche. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt wäre die Durchschnittstemperatur an der Erdoberfläche unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser. Somit ermöglicht der natürliche Treibhauseffekt das Leben, wie wir es kennen. Dennoch haben menschliche Aktivitäten, v. a. die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Abholzung von Wäldern, den natürlichen Treibhauseffekt in hohem Maße verstärkt und damit die globale Erwärmung verursacht.

Abbildung 1: Die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre (Quelle: AWI)

Die beiden am häufigsten in der Atmosphäre vorhandenen Gase, Stickstoff (78 % der trockenen Atmosphäre) und Sauerstoff (21 %), tragen so gut wie gar nicht zum Treibhauseffekt bei. Stattdessen kommt der Treibhauseffekt von Molekülen, die sehr viel komplexer und weniger verbreitet sind. Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas und Kohlendioxid (CO2) das zweitwichtigste. Methan, Distickstoffmonoxid (Lachgas), Ozon und mehrere andere Gase, die in geringeren Mengen in der Atmosphäre vorhanden sind, tragen ebenfalls zum Treibhauseffekt bei. In den feuchten äquatorialen Regionen unserer Erde ist bereits sehr viel Wasserdampf in der Luft vorhanden. Dies führt dazu, dass der Treibhauseffekt dort sehr groß ist. Das Hinzufügen einer kleinen zusätzlichen Menge an CO2 oder Wasserdampf hat dort daher nur einen geringen direkten Einfluss auf die abwärtsgerichtete Infrarotstrahlung. In den kalten, trockenen Polarregionen hingegen, ist die Auswirkung eines geringen Anstiegs an CO2 oder Wasserdampf viel größer. Das Gleiche gilt für die kalte, trockene obere Atmosphäre, wo bereits eine geringe Zunahme an Wasserdampf einen größeren Einfluss auf den Treibhauseffekt hat, als derselbe Wasserdampfanstieg nahe der Erdoberfläche.
Mehrere Komponenten des Klimasystems, insbesondere die Ozeane und lebende Organismen, beeinflussen die atmosphärischen Konzentrationen von Treibhausgasen. Beispielsweise nehmen Pflanzen CO2 aus der Atmosphäre auf und wandeln es mit Wasser über die Photosynthese in Kohlehydrate um. Im Industriezeitalter haben menschliche Aktivitäten der Atmosphäre Treibhausgase hinzugefügt, v. a. durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und das Abholzen von Wäldern.
Der Konzentrationsanstieg von Treibhausgasen wie z. B. CO2 in der Atmosphäre, verstärkt den Treibhauseffekt und erwärmt somit das Erdklima. Das Ausmaß dieser Erwärmung hängt von unterschiedlichen Rückkopplungsmechanismen ab. Wenn sich die Atmosphäre z. B. aufgrund zunehmender Treibhausgaskonzentrationen erwärmt, erhöht sich der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre und verstärkt den Treibhauseffekt weiter. Dies erzeugt wiederum eine Verstärkung der Erwärmung, was zu einer weiteren Zunahme des Wasserdampfgehaltes führt. Somit handelt es sich um einen sich selbst verstärkenden Kreislauf (positive Rückkopplung). Diese Wasserdampfrückkopplung kann die Gesamtwirkung des anthropogen verursachten Zuwachses an CO2 ungefähr verdoppeln.

Abbildung 2: Änderung der Konzentrationen von Treibhausgasen seit Beginn der industriellen Revolution (Quelle: AWI).

Mehr Wasserdampf bedeutet aber auch mehr Wolken, und Wolken bewirken zusätzliche wichtige Rückkopplungsmechanismen. Sie absorbieren wirkungsvoll die infrarote Strahlung, üben daher einen starken Treibhauseffekt aus und erwärmen somit die Erde. Wolken reflektieren aber auch effizient die ankommende Sonnenstrahlung und führen daher tendenziell zu einer Abkühlung. Veränderungen der Wolkeneigenschaften, wie deren Art, Lage, Wassergehalt, Höhe, Partikelgröße und -form oder Lebensdauer, beeinflussen daher das Ausmaß, in dem sie die Erde erwärmen oder abkühlen. Einige Veränderungen verstärken die Erwärmung, während andere sie verringern. Zurzeit wird daran geforscht, wie Wolkeneigenschaften sich als Reaktion auf die Klimaerwärmung verändern und wie diese Änderungen das Klima über verschiedene Rückkopplungsmechanismen beeinflussen.

Abbildung 3: Eine idealisierte Darstellung des natürlichen Treibhauseffektes (Quelle: IPCC 2007, FAQ 1.3, Fig. 1., S. 115)

Quelle (falls nicht anders gekennzeichnet):
IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, S. 115-116, FAQ 1.3.
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Gerhard Heising aus Stubai-Wipptal | 03.09.2016 | 23:42   Melden
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Gerhard Heising aus Stubai-Wipptal | 04.09.2016 | 22:21   Melden
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