Meteorologie
Wetter und Klima
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Durch die Produktion von Treibhausgasen verstärken wir Menschen den Treibhauseffekt. Du sprichst dabei vom anthropogenen Treibhauseffekt. Seine Ursachen, die Entwicklung und die Folgen, erklären wir dir hier% und im Video!

Anthropogener Treibhauseffekt einfach erklärt

Als anthropogenen Treibhauseffekt bezeichnest du den Vorgang, bei dem vom Menschen produzierte Treibhausgase die Strahlungsbilanz in der Atmosphäre beeinflussen. Durch die Freisetzung (Emission) von klimawirksamen Gasen verstärken wir den natürlichen Treibhauseffekt und sind dadurch für eine zusätzliche Erderwärmung verantwortlich.

Du nennst den anthropogenen Treibhauseffekt auch menschengemachten Treibhauseffekt. 

Unter anderem durch die Verbrennung von Kohle, die Rinderhaltung oder auch die landwirtschaftliche Düngung steigern wir Menschen nämlich die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre . Die Gase sorgen dafür, dass weniger Wärme aus der Atmosphäre entweichen kann. Deshalb erwärmt sich die Erde immer weiter.

Anthropogene Treibhausgase

Klimawirksame Gase, die sich durch den Menschen in der Atmosphäre anreichern, sind unter anderem Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid/Lachgas (N2O), Ozon (O3) oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW). Letztere kommen ausschließlich durch den Menschen in der Natur vor.

Menschlicher Einfluss auf den Treibhauseffekt

Seit der Industrialisierung (etwa 1750) beeinflussen wir Menschen die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre so stark wie nie zuvor. Die Emission der klimawirksamen Gase hat dabei unterschiedliche Quellen:

  • Kohlenstoffdioxid ist das Gas, von dem wir Menschen am meisten freisetzen. Es entsteht vor allem bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe (z. B. Kohle, Öl).
  • Methan wird besonders durch die Rinderhaltung, den Anbau von Reis oder auch auf Mülldeponien erzeugt.
  • Distickstoffoxid wird auch häufig Lachgas genannt. Es wird vorwiegend in der landwirtschaftlichen Düngung emittiert.
  • Ähnlich wie beim Kohlenstoffdioxid ist auch beim Ozon die Verbrennung fossiler Energien für einen Anstieg der Konzentration verantwortlich. Dabei entstehen nämlich Vorläufer des Ozons, die sich schließlich zum gefährlichen Treibhausgas Ozon entwickeln.
  • Fluorchlorkohlenwasserstoffe wurden früher hauptsächlich als Löse- und Kältemittel eingesetzt. Du konntest sie beispielsweise in Spraydosen, Feuerlöschern und Kühlschränken finden.

Als einzige der genannten Treibhausgase kommen FCKWs nicht natürlich vor. Zusätzlich zu ihrer Wirkung als Treibhausgas, greifen sie die Ozonschicht in der Stratosphäre an. Dabei handelt es sich um die Schicht, die die Erde vor schädlichen UV-Strahlen schützt.

Wirkung der Treibhausgase

Die Treibhausgase der Atmosphäre haben nicht nur verschiedene Quellen, sondern unterscheiden sich auch in der Stärke ihrer Wirkung. Das bedeutet, dass die Treibhausgase unterschiedlich viel Strahlung und damit auch Wärme in der Atmosphäre halten. Diesen Einfluss eines Treibhausgases gibst du in Form des Strahlungsantriebs an.

Der Strahlungsantrieb und somit der Einfluss eines Treibhausgases auf den anthropogenen Treibhauseffekt hängt mit folgenden drei Faktoren zusammen:

  1. Konzentration: In welcher Konzentration kommen die Gase in der Atmosphäre vor?
  2. Treibhauspotential: Wie hoch ist die Erwärmungswirkung der Treibhausgase?
  3. Verweilzeit: Wie lange sind die Gase in der Atmosphäre, nachdem sie freigesetzt wurden?

Konzentration

Die Emission der wichtigsten Treibhausgase hat in den letzten Jahrzehnten zugenommen. Das führte zu einer erhöhten Konzentration der Treibhausgase in der Luft. Die Konzentrationen von Kohlenstoffdioxid , Methan und Distickstoffoxid in der Atmosphäre sind besonders seit der Industrialisierung stark gestiegen:%<span style="color: #ff99cc;">"[Daten aus IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I, Table 8.2 und 8.3.3; IPCC (2007): Climate Change 2007, Working Group I, Technical Summary, Table TS.2 und WGI, 7.3.1.2; NOAA Global Monitoring Laboratory (2020): The NOAA annual greenhouse gas index (AGGI) - Alternative Werte in Spalte Konzentration 2018 aus NOAA für das Jahr 2020]"</span>

Treibhausgas Vorindustrielle Konzentration [ppm] Konzentration im Jahr 2018 [ppm] Anstieg in Prozent
Kohlenstoffdioxid 279 416 ca. 49
Methan 0,73 1,873 ca. 156
Distickstoffoxid 0,27 0,332 ca. 23

Übrigens: ppm steht für ‚parts per million‘, also Teile pro eine Million. 1 ppm entspricht dabei 0,0001%. Das bedeutet, dass die Luft in der Atmosphäre aus etwa 0,04% Kohlenstoffdioxid besteht.

Im Gegensatz zu den übrigen Treibhausgasen geht die Emission von Fluorchlorkohlenwasserstoffen seit den 1990er Jahren zurück. Das liegt hauptsächlich am Montrealer Protokoll, einem globalen Abkommen zum Schutz der Ozonschicht, welches die Verwendung von FCKWs verbietet.

Treibhauspotential

Das Treibhauspotential beschreibt die klimaschädliche Wirkung eines Treibhausgases im Vergleich zu Kohlenstoffdioxid für einen Zeitraum von 100 Jahren. Je höher also die Strahlungswirkung eines klimawirksamen Gases, desto höher sein Treibhauspotential.

Kohlenstoffdioxid hat als Referenzwert ein Treibhauspotential von 1. Bei Methan liegt es bei 28 und bei Distickstoffoxid sind es etwa 265. Ein Kilogramm Methan würde innerhalb der ersten 100 Jahre damit also 28-mal so stark zum Treibhauseffekt beitragen wie ein Kilogramm CO2. Das höchste Treibhauspotential findest du allerdings bei Fluorchlorkohlenwasserstoffen. Beim CFC-12 (Dichlordifluormethan) findest du beispielsweise ein Potential von 5200!

Verweilzeit

Die Treibhausgase werden durch unterschiedlichste Prozesse aus der Atmosphäre entfernt und das dauert bei den einzelnen Gasen unterschiedlich lange.

Kohlenstoffdioxid wird beispielsweise durch die Photosynthese  von Pflanzen oder auch das Lösen im Ozean zersetzt — das kann allerdings einige Jahrzehnte bis Jahrhunderte dauern. Methan reagiert hingegen mithilfe von Oxidation mit OH. Es bleibt etwa 9 Jahre in der Atmosphäre erhalten. Distickstoffoxid hat sogar eine Verweilzeit von etwa 123 Jahren. Das liegt daran, dass es zum größten Teil durch Protolyse in höheren Schichten der Atmosphäre zerfällt. Bei Ozon sieht das ein wenig anders aus. Es verbleibt nur wenige Tage in der Atmosphäre, weil es durch UV-Strahlen und die Reaktion mit OH-Radikalen zersetzt wird.

Strahlungsantrieb der Treibhausgase

Der Strahlungsantrieb (engl. radiative forcing) ist ein Maß für die Änderung der Strahlungsbilanz durch die Treibhausgase und Aerosole in der Atmosphäre. Er gibt also an, wie groß der Einfluss eines Treibhausgases auf den Treibhauseffekt ist. Du gibst ihn in Watt pro Quadratmeter (W/m2) an.

Die Strahlungsantriebe der wichtigsten Treibhausgase seit der Industrialisierung lauten:%<span style="color: #ff99cc;">Daten nach NOAA Global Monitoring Laboratory, 2020</span>

  • Kohlenstoffdioxid = 2,1 W/m2
  • Methan = 0,5 W/m2
  • Distickstoffoxid = 0,2 W/m2
  • Fluorchlorkohlenwasserstoff (CFC-12) = 0,16 W/m2

Den höchsten Strahlungsantrieb der Treibhausgase hat also Kohlenstoffdioxid. Es hat also seit der Industrialisierung den größten Einfluss auf den Treibhauseffekt gehabt.

Folgen des anthropogenen Treibhauseffekts

Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Klimawandel Folge des anthropogenen Treibhauseffekts ist. Das bedeutet, dass unterschiedlichste Veränderungen in der Umwelt stattgefunden haben und stattfinden werden, die dem menschengemachten Treibhauseffekt geschuldet sind. Deshalb sprichst du auch vom anthropogenen Klimawandel. Zu den Auswirkungen zählen dann unter anderem:

  • Erhöhung der mittleren Temperatur
  • Schmelzen der Gletscher sowie der polaren Eiskappen
  • Anstieg des Meeresspiegels
  • extreme Wetteränderungen
  • Umweltkatastrophen, wie Fluten oder Dürren

Kohlenstoffdioxid

Besonders die Emission vom wichtigsten anthropogenen Treibhausgas — Kohlenstoffdioxid — hat in den letzten Jahrzehnten stark zugenommen. Laut der Statistikdatenbank ’statista‘ ist die weltweite Emission pro Jahr zwischen 1998 und 2018 um mehr als 50 Prozent gestiegen.%<span style="color: #ff99cc;">https://de.statista.com/statistik/daten/studie/208750/umfrage/weltweiter-co2-ausstoss/</span>

Das hängt vor allem mit der Verbrennung fossiler Energien zusammen. Im Jahr 2019 wurden allein durch die Verbrennung von Kohle etwa 14,5 Milliarden Tonnen CO2 freigesetzt. Auch die Verbrennung von Erdöl (12,5 Milliarden Tonnen) und Gas (7,7 Milliarden Tonnen) hat einen großen Einfluss. Zusätzlich wurden auch etwa 5,5 Milliarden Tonnen Kohlenstoffdioxid freigesetzt, weil Wald- in Landwirtschaftsflächen umgewandelt wurden. %<span style="color: #ff99cc;">Global Carbon Project 2019 <span style="color: #ff00ff;">und</span> NOAA Earth System Research Laboratories 2020</span>

Schau dir als nächstes unser Video zum Kohlenstoffkreislauf an und finde heraus, wie der Kohlenstoff aus der Luft ins Meer gelangt und wie er sich auch dort auf das Klima auswirkt. %Thumbnail Kohlenstoffkreislauf

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