10
Dec
2015

Der Treibhauseffekt - natürlich und anthropogen

Die UN- Klimakonferenz in Paris (COP21) befindet sich in der zweiten und letzten Woche und es bleibt abzuwarten, ob am Ende eine neue Klimaschutz-Vereinbarung als Nachfolge des Kyoto-Protokolls verabschiedet wird. Um die Aussichten auf eine Einigung soll sich das heutige Thema des Tages aber nicht drehen. Allerdings wird die Konferenz zum Anlass genommen, heute ein klimatisches Thema zu beleuchten: den "Treibhauseffekt".

Der Treibhauseffekt muss in zwei verursachende Aspekte unterteilt werden, den natürlichen und den anthropogenen Anteil.

Die Erde ist von einer Atmosphäre umgeben, also einer gasförmigen Hülle, die bis in eine Höhe von etwa 90 km recht gleichförmig zusammengesetzt ist. Das Gasgemisch besteht zu etwa 78 % aus Stickstoff und zu knapp 21 % aus Sauerstoff. Außerdem gibt es noch eine Reihe Spurengase wie z. B. Argon und andere Edelgase, aber auch Kohlendioxid, Methan, Lachgas (Distickstoffmonoxid) und Wasserdampf. Während der Wasserdampf in unterschiedlicher Konzentration vorhanden ist und in besonderer Weise auch das Wetter beeinflusst, spielen Kohlendioxid (etwa 0,03 %), Methan (ca. 0,0002 %) und Lachgas (0,00005 %) eine entscheidende Rolle beim Treibhauseffekt und werden als "Treibhausgase" bezeichnet. Wie bei der Glasscheibe eines Gewächs-/Treibhauses kann die kurzwellige Sonnenstrahlung die Atmosphäre durchdringen. Ein Teil der eintreffenden Strahlung wird durch Wolken und Gasmoleküle in der Atmosphäre selbst absorbiert, also aufgenommen und zunächst in Form von Wärme gespeichert. Ein weiterer Teil wird reflektiert und der restliche Teil gelangt bis zur Erdoberfläche, um auch dort teils reflektiert, teils absorbiert zu werden. Der Anteil der reflektierten Strahlung hängt dabei entscheidend von der Oberfläche ab: An hellen Untergründen wie z. B. Schnee wird der weit überwiegende Teil der einfallenden Strahlung reflektiert und nur ein sehr geringer Anteil aufgenommen und in Wärme umgewandelt. Dunkle Böden hingegen reflektieren kaum und nehmen die meiste Strahlungsenergie auf. Zur Erhaltung der Bilanz und vor allem bei fehlender Einstrahlung (also im Wesentlichen nachts) wird von der Erdoberfläche und Atmosphäre Wärme in Form von langwelliger Strahlung abgegeben. Diese langwellige Strahlung gelangt jedoch nicht ungehindert wieder ins Weltall, sondern wird durch die Treibhausgase (vor allem Kohlendioxid, Methan, Lachgas) und Wasserdampf größtenteils absorbiert. Die Atmosphäre ist also für kurzwellige Sonnenstrahlung durchlässiger als für langwellige Wärmestrahlung. Dadurch wird die nächtliche Ausstrahlung gedämpft. Dies führt dazu, dass die Erde eine Mitteltemperatur von etwa +15 Grad aufweist. Ohne die Atmosphäre und den daraus resultierenden natürlichen Treibhauseffekt wären die Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht deutlich größer und es würde sich eine Erdmitteltemperatur von etwa -18 Grad ergeben. Das Leben auf der Erde wäre damit deutlich unwirtlicher oder vielleicht auch gar nicht erst entstanden...

Das entscheidende Thema im Zusammenhang mit der Klimakonferenz in Paris ist aber der sogenannte anthropogene, also der vom Menschen verursachte Treibhauseffekt. Durch die Zunahme von Kohlendioxid, Methan und Stickstoffverbindungen durch industrielle und auch landwirtschaftliche Aktivitäten wird die Atmosphäre, und um im Bild des Treibhauses zu bleiben die Glasscheibe im Gewächshaus, für die langwellige Ausstrahlung immer "dicker". Es verbleibt somit immer mehr langwellige Strahlung - also Wärme - im Gewächshaus Atmosphäre, so dass es zu einem allmählichen Anstieg der Erdmitteltemperatur, also einer Klimaerwärmung, kommt.

Die Ableitung einer Klimaerwärmung in Grad Celsius von einer atmosphärischen Treibhausgaskonzentration ist allerdings alles andere als einfach. Es gibt eine Vielzahl an positiven (verstärkenden) und negativen (reduzierenden) Wechselwirkungen im System Klima. Außerdem müssen auch natürliche Klimafaktoren wie die Variation der Sonneneinstrahlung aufgrund der Sonnenaktivität oder der Erdumlaufbahn und Erdneigung oder auch vulkanische Aktivitäten berücksichtigt werden.

Dipl.-Met. Sabine Krüger
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 08.12.2015

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