Treibhauseffekt: Wie Treibhausgase die Erde erwärmen

Was ist der Unterschied zwischen natürlichem und anthropogenem Treibhauseffekt?

Man unterscheidet prinzipiell zwischen dem natürlichen und dem menschengemachten (anthropogenen) Treibhauseffekt.

Grundsätzlich ist der Treibhauseffekt für unser Überleben notwendig. Die natürlichen Effekte sind seit Ewigkeiten vorhanden. Die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre unterliegt dabei immer wieder Schwankungen als Folge verschiedener Prozesse (z. B. dem natürlichen Wechsel von Kalt- und Warmzeit, Vulkanismus, etc.). Für die letzten 800.000 Jahre konnten CO₂-Konzentrationen zwischen 180 und 300 ppm (parts per million; ein Millionstel) aus arktischen Eisbohrkernen und Sedimentbohrungen rekonstruiert werden, wie die gemeinnützige Klimaschutz-Stiftung "myclimate.org" berichtet. Die Schwankungsbreite ist also immer da.

Der Mensch trägt allerdings derzeit wesentlich dazu bei, dass diese natürlichen Schwankungen aus dem Gleichgewicht kommen. Die globale Konzentration von Kohlendioxid (CO2) ist laut Studien seit Beginn der Industrialisierung um gut 50 Prozent gestiegen. 2021 betrug die CO2-Konzentration in der Atmosphäre nach Angaben der US-Behörde für Klima und Ozeanografie (NOAA) bereits 414,71 ppm, um 2,60 (± 0,08) ppm mehr als noch 2020. Und es ist keine Entspannung in Sicht. 2022 waren es laut NOAA 417.07 ppm. Daraus ergibt sich, dass sich die Erde schneller und stärker erwärmt als jemals zuvor.

Welche Treibhausgase gibt es?

Auch wenn CO2-Emissionen den größten Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt leisten, gibt es noch andere Treibhausgase, die einen Anteil am Klimawandel haben.

Grundsätzlich werden als Treibhausgase diejenigen Gase in der Atmosphäre mit einem Einfluss auf die Energiebilanz der Erde bezeichnet. Sie bewirken den sogenannten Treibhauseffekt. Die bekanntesten Treibhausgase Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O) sind natürlicherweise in geringen Konzentrationen in der Atmosphäre zu finden. Durch verschiedene menschengemachte Quellen hat sich der Anteil seit Beginn des letzten Jahrhunderts jedoch deutlich erhöht.

Neben diesen Spurengasen, die nur in sehr geringen Konzentrationen in der Atmosphäre zu finden sind, ist Wasserdampf das wohl wichtigste Treibhausgas. Eine übergeordnete Rolle spielt es jedoch nur für den natürlichen Treibhauseffekt, da die Aufnahmekapazität von Wasserdampf in der Luft in direktem Zusammenhang zur Temperatur steht. Auf den menschengemachten Klimawandel hat Wasserdampf somit kaum einen Einfluss.

Das Kyoto-Protokoll listet 6 Treibhausgase auf:

Kohlenstoffdioxid (CO2), ist ein gut in Wasser lösliches, ungiftiges Gas. CO2 ist ein natürlicher Bestandteil der Luft und eines der wichtigsten, durch den Menschen verursachten Treibhausgase.

Methan (CH4), trägt nach Kohlendioxid (CO2) am meisten zum Klimawandel bei. Es entsteht, wo organisches Material unter Luftausschluss abgebaut wird. Es ist 25-mal klimaschädlicher als CO2. Es hält sich jedoch viel kürzer in der Atmosphäre.

Lachgas (N2O), das rund 300-mal so klimaschädlich ist wie Kohlendioxid (CO2). Hauptquellen für Lachgas sind stickstoffhaltige Düngemittel in der Landwirtschaft und die Tierhaltung, Prozesse in der chemischen Industrie sowie Verbrennungsprozesse.

Zudem gibt es noch die fluorierte Treibhausgase (F-Gase): Die teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW), die perfluorierten Kohlenwasserstoffe (FKW) und Schwefelhexafluorid (SF6) werden in der Regel gezielt hergestellt und als Arbeitsmittel in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Die Emissionen sind von 2003 bis 2017 kontinuierlich gestiegen, zeigen aber nun einen deutlichen Abwärtstrend. Grund dafür sind wirksame gesetzliche Regelungen, die die Verwendung der fluorierten Treibhausgase limitieren, die 100- bis 24.000-mal schädlicher für das Klima sind als CO2.

Nach Angaben des Treibhausgas-Bulletin 2021 der Weltwetterorganisation (WMO) hat die Konzentration von Methan, Kohlendioxid und Lachgas in der Atmosphäre 2021 jeweils einen Höchststand seit Beginn der Messungen vor 40 Jahren erreicht. Insbesondere bei dem stark klimaschädlichen Methan stieg die globale Durchschnittskonzentration 2020 und 2021 nach WMO-Schätzungen mit 15 ppb bzw. 18 ppb (parts per billion - Teilchen Methan pro Milliarde Teilchen) auf jetzt 1908 ppb deutlich stärker als im langjährigen Durchschnitt. 2021 entspricht die Methankonzentration in der Atmosphäre damit 262 Prozent des Niveaus vor der Industrialisierung.

Was hat das mit dem Klimawandel zu tun?

Der Mensch bringt immer mehr Treibhausgase in die Atmosphäre ein. Dadurch steigt die Konzentration und der Treibhauseffekt verstärkt sich immer mehr. Durch diese Verstärkung kommt es zu einer Beschleunigung und Verstärkung des Klimawandels.

Warum ist der Treibhauseffekt so gefährlich?

Die Erderwärmung hat eine Reihe von negativen Folgen. Eine davon ist bereits deutlich zu spüren und zwar die Tatsache, dass Wetterextreme immer weiter zunehmen - egal, ob Dürren, Starkregen, Überschwemmungen oder Stürme.

Auswirkung hat der Treibhauseffekt zudem auf die Durchschnittstemperaturen, die dadurch steigen. Seit den 1980er Jahren war jedes Jahrzehnt wärmer als die vorige und seit 2005 gab es die zehn wärmsten Jahre seit Beginn der Wetteraufzeichnungen, wie der Zwischenstaatliche Sachverständigenrat für Klimaänderungen (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) berichtet. Auch die Nächte werden immer wärmer, die tagsüber angestaute Hitze kann nicht mehr richtig abgegeben werden.

Die höheren Temperaturen gehen zudem an den Polkappen nicht spurlos vorbei. Das Eis schwindet und die Ozeanfläche, die mit Eis bedeckt ist, nimmt seit Beginn der Messungen kontinuierlich ab – und zwar um rund 10 Prozent pro Jahrzehnt. Das führt wiederum zum Anstieg des Meeresspiegels, ein Phänomen, das sich wohl in den nächsten Jahren noch verstärken wird. Diese Entwicklung ist ein stetig wachsendes Problem für Inseln und Küstenregionen, denen Überschwemmungen drohen.

Was für das Meer gilt, trifft ebenso auf das Festlandeis zu. Grönland beispielsweise verliert jedes Jahr etwa 250 Mrd. Tonnen Eis. Auch die Gletscher rund um den Globus werden immer weniger. Ein Problem, dass damit einhergeht, sieht man weniger gut: das Auftauen der Permafrostböden (etwa in Russland). Die dort eingeschlossenen Treibhausgase können den Treibhauseffekt noch verstärken, wenn sie freigesetzt werden.

Die höheren Temperaturen haben Auswirkungen auf alle Lebewesen. Ihr Stoffwechsel wird durch hohe Temperaturen stärker belastet und viele Tiere wandern bereits in nördlichere Gefilde ab. Solche Wanderungen gab es zwar immer schon, doch aufgrund der raschen Erwärmung der Erde sind die Bedingungen diesmal sehr viel schwieriger und viele Tier- und Pflanzenarten können nicht mithalten.