Der Treibhauseffekt

Energie von der Sonne, die sich ihren Weg zur Erde bahnt, kann Schwierigkeiten haben, ihren Weg zurück ins All zu finden. Der Treibhauseffekt bewirkt, dass ein Teil dieser Energie in der Atmosphäre aufgehalten, absorbiert und von Treibhausgasen freigesetzt wird.

Ohne den Treibhauseffekt läge die Temperatur der Erde unter dem Gefrierpunkt. Das ist zum Teil ein natürlicher Prozess. Der Treibhauseffekt der Erde wird jedoch immer stärker, da wir der Atmosphäre Treibhausgase hinzufügen. Dadurch erwärmt sich das Klima unseres Planeten.

Wie funktioniert der Treibhauseffekt?

Die an der Erdoberfläche absorbierte Sonnenenergie wird als Wärme in die Atmosphäre zurückgestrahlt. Auf ihrem Weg durch die Atmosphäre und zurück in den Weltraum absorbieren die Treibhausgase einen Großteil der Wärme. Warum absorbieren Treibhausgase Wärme? Treibhausgase sind komplexer als andere Gasmoleküle in der Atmosphäre und haben eine Struktur, die Wärme absorbieren kann. Sie strahlen die Wärme zurück an die Erdoberfläche, an andere Treibhausgasmoleküle oder in den Weltraum ab.

Es gibt verschiedene Arten von Treibhausgasen. Die wichtigsten davon sind Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan und Distickstoffoxid. Diese Gasmoleküle bestehen alle aus drei oder mehr Atomen. Die Atome sind so locker miteinander verbunden, dass sie vibrieren, wenn sie Wärme absorbieren. Schließlich geben die schwingenden Moleküle die Strahlung ab, die wahrscheinlich von einem anderen Treibhausgasmolekül absorbiert wird. Dieser Prozess hält die Wärme in der Nähe der Erdoberfläche. Der größte Teil der Gase in der Atmosphäre besteht aus Stickstoff und Sauerstoff, die keine Wärme absorbieren können und zum Treibhauseffekt beitragen.

Ein paar gängige Treibhausgase

• Kohlendioxid: Die aus einem Kohlenstoff- und zwei Sauerstoffatomen bestehenden Kohlendioxidmoleküle machen nur einen kleinen Teil der Atmosphäre aus, haben aber einen großen Einfluss auf das Klima. Mitte des 19. Jahrhunderts, zu Beginn der industriellen Revolution, betrug der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre etwa 270 Teile pro Million Volumen (ppmv). Die Menge nimmt zu, da die Verbrennung fossiler Brennstoffe Kohlendioxid in die Atmosphäre freisetzt. Gegenwärtig sind es etwa 400 Teile pro Million Volumen (ppmv).

• Methan: Ein starkes Treibhausgas, das in der Lage ist, weit mehr Wärme zu absorbieren als Kohlendioxid, besteht aus einem Kohlenstoff- und vier Wasserstoffatomen. Es kommt in sehr geringen Mengen in der Atmosphäre vor, kann aber die Erwärmung stark beeinflussen. Methangas wird auch als Brennstoff verwendet. Bei seiner Verbrennung wird das Treibhausgas Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt.

Auf dem Bild: (Links) Die Erdoberfläche wird von der Sonne erwärmt und strahlt Wärme in die Atmosphäre ab. Ein Teil der Wärme wird von Treibhausgasen wie Kohlendioxid absorbiert und dann in den Weltraum abgestrahlt (A). Ein Teil der Wärme gelangt direkt ins Weltall (B). Ein Teil der Wärme wird von Treibhausgasen absorbiert und dann zur Erdoberfläche zurückgestrahlt (C). (Rechts) Wenn in diesem Jahrhundert mehr Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt, wird mehr Wärme von den Treibhausgasen aufgehalten und der Planet erwärmt. (Bild: Lisa Gardiner/UCAR)

Mehr Treibhausgase = eine wärmere Erde

Obwohl nur ein winziger Teil der Gase in der Erdatmosphäre Treibhausgase sind, haben sie eine enorme Wirkung auf das Klima. Irgendwann in diesem Jahrhundert wird sich die Menge des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre voraussichtlich verdoppeln. Andere Treibhausgase wie Methan und Distickstoffoxid nehmen ebenfalls zu. Die Menge der Treibhausgase nimmt zu, da fossile Brennstoffe verbrannt werden, wodurch die Gase und andere Luftschadstoffe in die Atmosphäre gelangen. Treibhausgase gelangen auch aus anderen Quellen in die Atmosphäre. So setzen beispielsweise Nutztiere bei der Verdauung ihrer Nahrung Methangas frei. Bei der Herstellung von Zement aus Kalkstein wird Kohlendioxid freigesetzt.

Wenn mehr Treibhausgase in der Luft sind, wird die Wärme, die auf ihrem Weg aus der Atmosphäre hindurchgeht, eher aufgehalten. Die zusätzlichen Treibhausgase absorbieren die Wärme. Anschließend strahlen sie diese Wärme ab. Ein Teil der Wärme wird von der Erde weggeleitet, ein Teil wird von einem anderen Treibhausgasmolekül absorbiert, und ein Teil landet wieder auf der Erdoberfläche. Je mehr Treibhausgase vorhanden sind, desto länger bleibt die Wärme auf der Erde und desto mehr erwärmt sich der Planet.