Anthropogener Treibhauseffekt

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„Anthros“, bzw. „Andros“ ist die griechische Vorsilbe für den Mann bzw. den Menschen. Anthropogen bedeutet demzufolge so viel wie „künstlich“ bzw. „vom Menschen geschaffen“. Unter dem Titelbegriff wird der Anteil der globalen Erwärmung bezeichnet, der durch Eingriffe des Menschen verursacht wird.

Natürliche Klimaschwankung

Das Klima der Erde hat über die Jahrmillionen immer wieder sehr starke Schwankungen durchlebt. Von völliger Eisfreiheit, mit Urwäldern an den Polen bis zur völligen Vereisung ohne ein einziges Oberflächengebiet mit flüssigem Wasser hat der Planet Erde schon alle Phasen der klimatischen Gestaltung erlebt.

Künstliche Klimaschwankung durch Ausstoß von Treibhausgasen

Im Unterschied zu den natürlich vorkommenden Klimaschwankungen vollzieht sich der gegenwärtige Klimawandel mit einer wesentlich höheren Geschwindigkeit. Als Ursache wurde dafür der anthropogene Treibhauseffekt, also der menschliche Anteil an der Klimaveränderung, identifiziert. Als Hauptursache für den Treibhauseffekt wird der erhöhte Ausstoß von Kohlenstoffdioxid angesehen. Dieses Gas entsteht hauptsächlich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Öl und Kohle. Obwohl der Luftanteil von Kohlenstoffdioxid nur ca. 0,2% beträgt, hat es aufgrund seiner stark absorbierenden Eigenschaften einen erheblichen Anteil am Treibhauseffekt. Hauptquellen für Kohlenstoffdioxid sind vor allem der Straßenverkehr mit Verbrennungsmotoren, Industrieabgase aus Öl- und Kohlekraftwerke und Brandrodungen. Einen erheblichen Anteil an der Emission von Kohlenstoffdioxid haben aber auch unkontrollierte Brände von Kohleflözen. Man beziffert die Menge an so nutzlos ausgestoßenen Treibhausgasen als vergleichbar mit der produzierten Menge von Kohlenstoffdioxid im deutschen Straßenverkehr. Werden aber Kohlenstoffe verbrannt, die in gleicher Menge wieder angebaut werden, spricht man von „klimaneutralen Brennstoffen“. Dies sind beispielsweise Holzpellets aus der Forstwirtschaft, Öle und Benzin aus nachwachsenden Rohstoffen oder Papierbriketts aus der Druckindustrie. Andere Treibhausgase sind Methan, Lachgas oder Fluorkohlenwasserstoffe. Diese haben meist eine wesentlich höhere isolierende bzw. reflektierende Wirkung als Kohlenstoffdioxid. Sie sind aber aufgrund ihres geringeren Ausstoßes nicht ganz so relevant. Das wichtigste Treibhausgas ist aber der Wasserdampf.

Funktionsweise des Treibhauseffekts

Sichtbares Licht ist kurzwellig und kann so die atmosphärischen Schichten bis in Bodennähe ungehindert passieren. Fällt sichtbares Licht der Sonne auf die Erde, wird es nur zum Teil als ebenfalls sichtbares Licht reflektiert. Der nicht reflektierte Anteil des Sonnenlichts wird in Wärme umgewandelt, welche entsprechend langwellig wieder in die Atmosphäre abgegeben wird. Dort trifft die nun langwellige Strahlung auf die klimarelevanten Gase, welche die meisten Teile der Strahlung wieder zurückreflektieren. Man spricht deshalb auch von der „Atmosphärischen Gegenstrahlung“. Die Erde wird zunehmend doppelt erwärmt: Sonne und atmosphärische Gegenstrahlung heizen die erdnahe Atmosphäre allmählich auf. Besonders relevant sind hierbei wechselwirkende Effekte: Abschmelzende Gebiete, die vormals vereist waren, stellen einen Verlust von reflektierenden Oberflächen dar. Erwärmung von Ozeanen können tief liegende Methanschichten lösen und an die Oberfläche bringen. Verluste von Waldflächen bedeuten eine Reduktion der natürlichen Kohlenstoffspeicher. Man hat auch schon alarmierende Stoffwechselveränderungen an oberflächennahen Mikroorganismen beobachtet, welche sich von kohlenstoffbindenden zu kohlenstoffdioxidemittierenden Organismen gewandelt haben. Schließlich führt auch eine steigende Oberflächentemperatur zur vermehrten Bildung von Wasserdampf, welcher seinerseits wieder das wichtigste Treibhausgas ist.

Entwicklung und Verbleib

Der Ausstoß von Methan, Lachgas, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf ist seit der industriellen Revolution messbar und kontinuierlich angestiegen. Bei der Untersuchung von Bohrkernen hat man festgestellt, dass der Anteil von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre bis 2011 von vorindustriellen 280 ppm auf 390 ppmV (Teile pro 1 Million Anteile im Volumenanteil) angestiegen ist. Das bedeutet einen Zuwachs von 39% und bezeichnet den höchsten Wert seit über 15 Millionen Jahren. Kohlenstoffdioxid hat zwar eine relativ kurze Verweilzeit in der Atmosphäre, da ein emittiertes Kohlenstoffdioxidatom nach ca. 5 Jahren vom Meerwasser absorbiert wird. Die Meere emittieren aber ihrerseits auch Kohlenstoffdioxid, so dass der anthropogene Anteil von Kohlenstoffdioxid als zusätzlicher Anteil in der Atmosphäre proportional hoch bleibt. Methan, das zweitwichtigste Klimagas, hat im gleichen Zeitraum einen Anstieg von 730 ppbV (Teile pro 1 Milliarde im Volumenanteil) bis 1998 auf 1741 ppbV erlebt. Dieser Anstieg um 148% führte zur höchsten Konzentration seit mindestens 800.000 Jahren. Insbesondere die Verdauungsgase bei der Viehhaltung und die Faulgase beim Reisanbau sind hier als Hauptursache zu benennen. Obwohl Methan in einer deutlich geringeren Konzentration als Kohlenstoffdioxid vorliegt, ist es doch aufgrund seines mehrfach höheren Treibhauspotentials ein relevantes Klimagas. Dieses Potential ist um den Faktor 33 höher als das von Kohlenstoffdioxid. Vorteilhaft am Methan ist aber seine relativ kurze Lebensdauer. Es kann von ca. 12 Jahren Verweilzeit in der Atmosphäre ausgegangen werden. Es zerfällt in Wasserdampf und Kohlenwasserstoffverbindungen. Man rechnet aber bei steigenden Durchschnittstemperaturen mit dem Abtauen der sibirischen Permafrostböden, wobei ein sprunghafter Anstieg der Methangasemissionen zu erwarten ist.

Der Anteil von Lachgas in der Atmosphäre wurde von 270 ppbV auf 321 ppbV gesteigert. Besonders problematisch ist, dass Lachgas exklusiv eine Wellenlänge absorbiert, die ohne sein Beisein in den Weltraum abstrahlen würde. Dadurch hat es mit ca. 6% einen erheblichen Anteil am anthropogenen Treibhauseffekt, durch seine hohe Verweilzeit von ca. 114 Jahren wird dies zusätzlich verstärkt. Lachgas entsteht zurzeit noch bei der Herstellung und Verwendung von Kunstdünger. Als zunehmend relevanter Lachgasproduzent hat sich aber in jüngster Zeit der Drei-Wege-Katalysator von Ottomotoren erwiesen. Außerdem ist Lachgas ein Nebenprodukt der Kunststoffherstellung. In diesem Punkt wird aber gegenwärtig nach Alternativen geforscht. Obwohl auch künstlich hergestellter Wasserdampf als zusätzlich eingebrachtes Klimagas gerechnet wird, ist er an sich nicht als Einflussfaktor relevant. Wasserdampf kondensiert sehr schnell wieder zu flüssigem Wasser aus und regnet wieder in den natürlichen Wasserkreislauf ab. Relevanter ist der allgemein steigende Dampfdruck, welcher durch die Erhöhung der erdnahen Temperaturen verursacht wird. Die steigende Verdunstung führt zu steigender Wasserdampfbildung, so dass die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre kontinuierlich ansteigt. Die dadurch ausgelöste „Wasserdampfrückkopplung“ ist die stärkste Rückkopplung in der globalen Klimaentwicklung.

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