Treibhauseffekt: Wie Treibhausgase die Erde erwärmen

Alles Leben auf der Erde braucht Wärme zum Gedeihen. Wie bei einem Glashaus (Treibhaus) im Garten, sorgt die Erdatmosphäre dafür, dass es auf der Erde warm ist – nur dass es sich nicht um ein Glasdach handelt, sondern dass verschiedene Gase diese Funktion übernehmen. Sonnenlicht dringt durch die Atmosphäre auf den Boden und die Gase verhindern, dass die Wärme einfach wieder ins All verloren geht.

Genauer gesagt funktioniert der Treibhauseffekt wie folgt: Kurzwellige Sonnenstrahlung dringt von außen in die Erdatmosphäre ein und wandelt sich in langwelligere Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) um. Treibhausgase wie CO2 oder Methan (CH4) können langwellige Wärmestrahlung, die von der Erdoberfläche abgegeben wird, aufnehmen. Ein Teil dieser aufgenommenen Strahlung wird nicht wieder zurück in den Weltraum abgestrahlt, sondern zur Erde zurückgesandt. Das führt zu einer Temperaturerhöhung. Wie viel Wärme von der Erde zurück in den Weltraum strahlen kann, hängt von der Zusammensetzung der Atmosphäre ab.

Genauer gesagt funktioniert der Treibhauseffekt wie folgt: Kurzwellige Sonnenstrahlung dringt von außen in die Erdatmosphäre ein und wandelt sich in langwelligere Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) um. Treibhausgase wie CO2 oder Methan (CH4) können langwellige Wärmestrahlung, die von der Erdoberfläche abgegeben wird, aufnehmen. Ein Teil dieser aufgenommenen Strahlung wird nicht wieder zurück in den Weltraum abgestrahlt, sondern zur Erde zurückgesandt. Das führt zu einer Temperaturerhöhung. Wie viel Wärme von der Erde zurück in den Weltraum strahlen kann, hängt von der Zusammensetzung der Atmosphäre ab.

Prinzipiell ist der natürliche Treibhauseffekt wichtig, um ein Leben auf der Erde zu ermöglichen (ohne ihn würde die Durchschnittstemperatur auf der Erde bei etwa -18° C liegen). Problematisch ist allerdings der durch den Menschen verstärkte Ausstoß von Treibhausgasen.

Auch interessant:

• Wie man seinen CO2-Fußabdruck berechnen kann

• Erneuerbare Energien: Vor- und Nachteile von Windkraft, Solarenergie und Co.

• Nachhaltigkeit: Wie man nachhaltig leben kann

• Wie Klima und Klimawandel das Wetter beeinflussen

• CO2-Steuer in Österreich: So teuer ist klimaschädliches Verhalten

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.

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.

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.

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.

Die Verbrennung fossiler Brennstoffe, die Abholzung von Wäldern und die Massentierhaltung beeinflussen zunehmend das Klima und die Temperatur auf der Erde. Nicht zu unterschätzen sind neben Verursachern wie Verkehr oder Heizung die Effekte durch die Landwirtschaft. Düngemittelproduktion und -verwendung werden oft übersehen.

Menschliches Verhalten erhöht die Menge der in der Atmosphäre natürlich vorkommenden Treibhausgase enorm und verstärkt so den Treibhauseffekt und die Erderwärmung.

Jeder Einzelne kann aktiv etwas gegen den Treibhauseffekt bzw. zum Klimaschutz beitragen.

Nachhaltigkeits-Checks:

• Mit dem klimaaktiv Lifestyle-Check des Umweltministerium (BMK) kann man überprüfen, wie nachhaltig der eigene Lebensstil ist und wo man etwas verbessern könnte.

• Wer herausfinden will, wie viel der eigenen Konsum jährlich an Erdoberfläche verbraucht, kann seinen ökologischen Fußabdruck (BMK) online berechnen lassen.

• Seinen CO2-Fußabdruck kann man ebenfalls online ermitteln lassen - zum Beispiel über den CO2-Fußabdruck-Rechner der Umweltschutzorganisation WWF oder den CO2-Fußabdruck-Rechner des österreichischen "Forum Umweltbildung"

Einige Tipps für den Klimaschutz sind:

1. Saubere Energie: Energie aus Wasser, Sonne, Wind oder Erdwärme können helfen, CO2 zu sparen.

2. Mobilität: Wenn es die Infrastruktur oder der Arbeitsweg erlauben, schont ein Umstieg auf Fahrrad, Bus oder Bahn die Umwelt. Wer 5 Kilometer Arbeitsweg mit dem Fahrrad zurücklegt, spart laut Greenpeace rund 310 Kilogramm CO2 im Jahr. Kurzstreckenflüge mit dem Flugzeug zählen zu den klimaschädlichsten Transportwegen und sollten möglichst reduziert werden.

3. Konsum: Massentierhaltung bzw. Viehzucht führt zu einem erhöhten CO2-Ausstoß. Wer den Konsum von Fleisch- und Milchprodukten verringert, verbessert seinen Fußabdruck. Außerdem lohnt es sich beim Lebensmittelkonsum regional, saisonal und Bio-Produkte einzukaufen, um CO2 zu sparen. Bei Kleidung und Gegenständen schont man die Umwelt, wenn man Second-Hand kauft oder Produkte repariert, bevor man neue Waren ersteht.

4. Energie sparen und Energieeffizienz: Wer die Heizung um ein Grad runterdreht, der spart rund 6 % an CO2-Emissionen. Beim Wäschewaschen sollte darauf geachtet werden, dass die Waschmaschine nicht halb leer aufgedreht wird und niedrigere Temperaturen - wie eine Wäsche bei 30 oder 40 Grad Celsius - sind nachhaltiger. Wenn man neue Haushaltsgeräte kauft, sollte die Energieeffizienz beachtet werden (A steht für die höchste Energieeffizienz, G für die schlechteste).

5. Daten sparen: Daten in Clouds oder beim Videoanruf können viel Energie verbrauchen. Wer also Daten aus der Cloud löscht oder das Video beim Anruf weglässt kann hier CO2 einsparen. Es ist zudem ratsam, den Energiesparmodus bei elektronischen Geräten wie Smartphone, Tablet oder Notebook zu verwenden.

^{Dieser Beitrag enthält Affiliate-Links. Wenn Sie auf einen solchen klicken und über diesen einkaufen, bekommen wir von dem betreffenden Online-Shop oder Anbieter eine Provision. Für Sie verändert sich der Preis nicht.}