Der Treibhauseffekt

Petershagen. Wenn in der heutigen Zeit über den Klimawandel und den Temperaturanstieg in der Atmosphäre geredet wird, fällt in der Regel unmittelbar das Stichwort Treibhausgase. In diesem Zusammenhang denken wir dann meist sofort an Kohlekraftwerke, Autos und andere durch menschliche Aktivitäten verursachte „anthropogene“ Emissionen. Daneben gibt es auch einen Kreislauf natürlich entstehender Treibhausgase. In dieser und einer weiteren Folge unserer Wetterserie wollen wir die Zusammenhänge und Hintergründe rund um das Thema etwas näher beleuchten.

Den größten Anteil bei der Verbrennung von Flugzeugbrennstoffen machen Kohlendioxid und Wasserdampf aus (letzteres wird sichtbar als Kondensstreifen), daneben entstehen untergeordnet auch Stickoxide, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Feinpartikel.

Die Lufthülle der Erde besteht größtenteils aus Stickstoff, Sauerstoff und dem Edelgas Argon, die zusammen circa 99 Prozent der Atmosphäre ausmachen. Den verbleibenden kleinen Rest bezeichnet man als Spurengase. Dazu gehören  Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O) und Ozon (O3). Deren Anteil beträgt zwar zusammen nur weniger als ein Prozent, aber diese Gase haben eine gewaltige Wirkung, beeinflussen und verändern sie doch das Klima der Erde, das aus einem hochkomplexen Wechselspiel im System Sonne-Erde-Ozeane-Atmosphäre entsteht.

Jeder kennt die aus Glas bestehenden Gewächshäuser der Gärtnereien, die das Pflanzenwachstum vorantreiben. Die Glashäuser nutzen den Treibhauseffekt: das Glas lässt die kurzwellige Sonnenstrahlung im Wellenbereich des sichtbaren Lichtes fast ungehindert passieren. Boden, Luft und Gegenstände im Gewächshaus adsorbieren die Lichtphotonen und erwärmen sich dadurch. Die erwärmten Gegenstände geben die Wärme auch wieder ab, ebenfalls in Form von Strahlung, allerdings in einem anderen Wellenlängenbereich. Doch Strahlung in diesen Wellenlängen kann das Glas nicht oder nur bedingt durchdringen – das Glas versperrt sozusagen den Rückweg, die Wärme bleibt im Glashaus „gefangen“ und sorgt für ein pflanzenfreundliches Klima. 

Nach diesem Prinzip funktioniert im Grundsatz auch der Treibhauseffekt in der unteren Atmosphäre. Die Rolle der Glasscheiben übernehmen hier in gewissem Umfang Wolken, Gase und Staubpartikel. Die Atmosphäre ist weitgehend transparent für die von der Sonne ankommende kurzwellige Strahlung, jedoch weit weniger durchlässig für die langwellige Infrarotstrahlung, die von der erwärmten Erdoberfläche und der erwärmten Luft „zurückgestrahlt“ wird.

Dieser Zusammenhang wurde übrigens bereits 1824 von dem französischen Mathematiker und Physiker Joseph Fourier entdeckt. Ohne diesen Effekt, ohne Treibhausgase in der Atmosphäre wäre die Temperatur auf unserem Planeten erheblich niedriger. Wissenschaftler haben errechnet, dass die mittlere Temperatur auf der Erde dann bei -18 Grad Celsius liegen würde, wenn es keine Atmosphäre geben würde – statt der heute ermittelten +14 Grad Celsius. Die Erde wäre unter solchen Bedingungen ein lebensfeindlicher Eisball.

Die Kernfrage, die sich heute im Zusammenhang mit dem Thema Klimawandel stellt, ist: wie hoch ist der durch menschliche Eingriffe bewirkte Anteil am Treibhauseffekt in der Atmosphäre? Bevor man diese Frage beantworten kann, ist zunächst eine Bilanz der natürlichen Vorgänge zu erstellen, die den Treibhauseffekt in der Atmosphäre steuern. Denn es gibt nicht nur Vorgänge, die Treibhausgase erzeugen, sondern auch solche, die der Atmosphäre Treibhausgase entziehen. Dazu bedarf es einer Unmenge wissenschaftlicher Daten aus ganz unterschiedlichen Bereichen. Vom Wasserdampfgehalt der Luft bei wechselnden Temperaturen bis zum Ausstoß von Treibhausgasen durch die Vulkane auf unserem Planeten — überall steckt der Teufel im Detail. Dazu mehr in einer kommenden Folge.

Text: Klaus-Peter Vogel und Dietmar Meier, Fotos: Dietmar Meier