Der Treibhauseffekt – natürlich vs. anthropogen

Dass der Treibhauseffekt unser Klima massiv beeinflusst und als Kernproblem des gegenwärtigen Klimawandels gilt, ist mittlerweile bestens bekannt. Doch wie genau funktioniert er? Und was macht ihn so gefährlich?

Fest steht: Ohne den Treibhauseffekt wäre kein Leben auf der Erde möglich. Denn der Treibhauseffekt ist ein physikalischer Vorgang in der Atmosphäre, der dafür sorgt, dass sich die Temperatur an der Erdoberfläche auf durchschnittlich 15°C erhöht. Dadurch ergeben sich lebenswerte Bedingungen für die Tier- und Pflanzenwelt – und natürlich für uns Menschen. Gäbe es keine Atmosphäre und folglich keinen Treibhauseffekt, würde eine Durchschnittstemperatur von -18°C herrschen. Zwar können Mikroorganismen derart tiefe Temperaturen überleben, aber sie pflanzen sich in dieser Umgebung nicht fort. Aus diesem Grund frieren wir auch Lebensmittel ein, um sie haltbar zu machen und natürliche Zersetzungsprozesse von Bakterien und Schimmelpilzen zu stoppen.

Was den Treibhauseffekt jedoch im Zusammenhang mit der Klimakrise gefährlich macht, ist, dass er durch menschliches Handeln verstärkt wird und damit die globale Erwärmung verursacht. Aus diesem Grund wird mittlerweile zwischen natürlichem Treibhauseffekt und dem vom Menschen verursachten Treibhauseffekt („anthropogener Treibhauseffekt“ – ánthropos, altgriechisch für Mensch) unterschieden. Für das bessere Verständnis schauen wir uns nun diesen Vorgang im Detail an.

Wie funktioniert der natürliche Treibhauseffekt?

  1. Die Strahlen der Sonne treffen auf die Erdatmosphäre.
  2. Ein Teil der Strahlen wird bereits an der Atmosphäre zurück ins Weltall reflektiert.
  3. Der andere Teil trifft auf die Erdoberfläche – dadurch wird sie erwärmt.
  4. Infolgedessen gibt die Erdoberfläche Wärmestrahlung ab, die zum Teil aus der Atmosphäre wieder austritt, zum Teil in der Atmosphäre gehalten wird.
  5. Verantwortlich dafür, wie viel Wärme in der Atmosphäre bleibt, sind die natürlichen Klimagase. Diese nehmen die Wärmestrahlung in sich auf und strahlen dann die gespeicherte Wärme in alle Richtungen gleichmäßig aus.
  6. Auf diese Weise wird die Erdoberfläche zusätzlich erwärmt.

Die Grafiken stammen von Hannah Schedl – vielen Dank!

Zu den natürlichen Klimagasen – auch Treibhausgase genannt – zählen:

  • Wasserdampf (H2O): Zwei Drittel des natürlichen Treibhauseffektes werden durch Wassermoleküle verursacht. Ihr Anteil in der Atmosphäre schwankt sehr stark und auch ihre Verweildauer in der Atmosphäre beträgt nur wenige Tage – Grund dafür ist der ständige Kreislauf aus Niederschlag und Verdunstung.
  • Kohlendioxid (CO2): CO2 ist für 29% des natürlichen Treibhauseffekts verantwortlich. Da es besonders klimawirksam ist und gleichzeitig sehr lange in der Atmosphäre bleiben kann, ist es das wichtigste Treibhausgas.
  • Methan (CH4) und Lachgas (Distickstoffmonoxid, N2O): Die übrigen 5% werden von Spurengasen verursacht – zu diesen zählen u.a. Methan und Lachgas.

Der vom Menschen verursachte (anthropogene) Treibhauseffekt

Seit 1880 hat sich die Konzentration der Treibhausgase Kohlendioxid, Methan und Lachgas in unserer Atmosphäre signifikant erhöht. Am auffälligsten und wichtigsten ist in dieser Hinsicht der enorme Anstieg von CO2. Den ersten, eindeutigen Nachweis dafür lieferte der Klimaforscher Charles Keeling, der in den 1950er-Jahren damit begann, auf Hawaii regelmäßige CO2-Messungen durchzuführen. Dadurch konnte er zwei wichtige Erkenntnisse gewinnen:

  1. Die CO2-Konzentration unterliegt jahreszeitlichen Schwankungen. Da es auf der Nordhalbkugel mehr Grünflächen gibt, wird hier im Frühling und Sommer mehr CO2 aufgenommen als im südlichen Frühling und Sommer. (Mehr dazu im kommenden Artikel „CO2-Speicher“)
  2. Der Anteil an CO2 in der Atmosphäre steigt von Jahr zu Jahr.

Bis zum heutigen Tag werden Keelings Messungen fortlaufend durchgeführt – die gewonnenen Daten sind für uns in der nach ihm benannten „Keeling-Kurve“ sichtbar, die einen steilen Trend nach oben anzeigt.

Quelle: Delorme, Mauna Loa CO2 monthly mean concentration DE, CC BY-SA 4.0
https://de.wikipedia.org/wiki/Keeling-Kurve#/media/Datei:Mauna_Loa_CO2_monthly_mean_concentration_DE.svg

Wie hoch die CO2-Konzentration in den Jahrhunderten und Jahrtausenden zuvor war, wissen wir anhand von Bohrungen in Grönland und der Antarktis: Die im Eis eingeschlossenen Luftbläschen geben Rückmeldung über den früheren Gehalt an Kohlendioxid, Methan und anderen Gasen in der Luft. Dadurch konnte man herausfinden, dass der natürliche Anteil an CO2 ca. 280 ppm beträgt – „ppm“ steht für „parts per million“ und drückt aus, wie viele CO2-Teilchen sich in einer Million Luftteilchen befinden. Mittlerweile liegt der Anteil bei 421,36 ppm (Stand: April 2021) – ein weitaus höherer Wert als vor 1880.

Verantwortlich für die erhöhte Menge an CO2 sind menschliche Aktivitäten: Bereits 1950 fand der Physiker Hans Suess heraus, dass fossiler Kohlenstoff eine besondere Isotopenzusammensetzung besitzt. Somit konnte er nachweisen, dass die zunehmende CO2-Konzentration in der Atmosphäre auf das Verbrennen fossiler Brennstoffe (Kohle, Erdöl, Erdgas) zurückzuführen ist.

Parallel dazu hat sich die globale Durchschnittstemperatur seit 1900 um 1,1°C erhöht – darin stimmen die Daten weltweiter Wetterstationen und Satellitenmessungen überein. Sie zeigen einen bislang ununterbrochenen Erwärmungstrend seit 1970, der auffällige Gemeinsamkeiten mit der ständigen Erhöhung der CO2-Konzentration in der Luft hat.

© NASA Goddard Institut for Space Studies
Diese Grafik zeigt an, inwieweit die globale Durchschnittstemperatur vom Vergleichszeitraum (1951-1980) abweicht.
https://data.giss.nasa.gov/gistemp/ https://en.wikipedia.org/wiki/File:Global_Temperature_Anomaly.svg

Hier ist sehr anschaulich verdeutlicht, was den Temperaturanstieg der letzten Jahre verursacht hat: Bloomberg – Whats warming the world

Aufgrund dieser Daten sind sich aktuell mindestens 97% (!) der Klimawissenschaftler*innen darin einig, dass die messbare globale Erwärmung auf den Menschen zurückzuführen ist, der zusätzlich Treibhausgase produziert und auf diese Weise den Treibhauseffekt verstärkt. Daher spricht man mittlerweile vom menschenverursachten – anthropogenen – Treibhauseffekt. Und genau dieser trägt das gefährliche Potential in sich, unsere Natur massiv zu verändern und Kettenreaktionen auszulösen, die kaum aufhaltbar sein können. (Mehr dazu in den Artikeln „Rückkopplungseffekt“ und „Kipppunkte“)

Unsere Reihe zum Klimawandel:

Quellen:

  • Gonstalla, Esther: Das Klimabuch. Alles was man wissen muss, in 50 Grafiken. München: oekom verlag, 2019
  • Rahmstorf, Stefan; Schellnhuber, Hans Joachim. Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie. 9. Auflage. München: Verlag C.H.Beck, 2019
  • https://climate.nasa.gov/climate_resources/188/graphic-the-greenhouse-effect/
  • https://climate.nasa.gov/scientific-consensus/
  • https://www.giss.nasa.gov/research/news/20210114/
  • https://sioweb.ucsd.edu/programs/keelingcurve/
  • https://www.welt.de/wissenschaft/article119837791/Ab-welchen-Minusgraden-Leben-kaum-moeglich-ist.html
  • https://www.zamg.ac.at/cms/de/klima/informationsportal-klimawandel/klimasystem/antriebe/anthropogene-treibhausgase
  • https://www.zamg.ac.at/cms/de/klima/informationsportal-klimawandel/klimasystem/antriebe/natuerliche-treibhausgase

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