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Der Treibhauseffekt
Der
natürliche Treibhauseffekt
Um die Funktion des Treibhauseffektes
zu verstehen, erklären wir das eigentliche Treibhaus. Dort lässt
die Glashülle kurzwellige Strahlung ungehindert passieren und lässt
sie so ins Innere des Treibhauses eindringen. Die dort wachsenden Pflanzen
und der dortige Boden nehmen die kurzwellige Strahlung auf und geben ihrerseits
langwellige Wärmestrahlung ab. Diese wird wiederum gegen die Glaswände
gestrahlt. Doch die langwellige Strahlung kann das Glas nicht komplett
durchdringen und wird teilweise reflektiert. Dadurch kommt es zu einer
Erwärmung im Inneren des Treibhauses.
Da es in der Atmosphäre
zu genau demselben Phänomen kommt, wird dieser Effekt "Treibhauseffekt"
genannt. Weil allerdings unsere Atmosphäre nicht aus einer Glashülle
aufgebaut ist, muss dieser Effekt von etwas anderem hervorgerufen werden.
Und dieses Etwas sind die sogenannten Treibhausgase, wie z.B. Kohlenstoffdioxid.
Genau wie die Glaswände im Treibhaus lassen diese Gase die langwellige
Wärmestrahlung nicht ungehindert passieren und reflektieren sie wieder
in die Atmosphäre zurück. Dadurch kommt es zu einer Erwärmung
der Atmosphäre und der Erdoberfläche. Könnte die gesamte
langwellige Wärmestrahlung ungehindert durch die Atmosphäre zurück
ins All gelangen, wäre es auf der Erde erheblich kälter. Aktuell
liegt die Durchschnittstemperatur an der Erdoberfläche bei +15°C.
Ohne den natürlichen Treibhauseffekt läge sie ca. 33°C (!)
unter diesem Wert, nämlich bei –18°C. Unter diesen Bedingungen
wäre ein Leben wie wir es kennen nicht möglich. Heutzutage empfinden
die Menschen eine Temperatur von um die 15°C als kühl bis lauwarm.
Wenn die Temperaturen nun durchschnittlich bei –18°C lägen, müssten
wir alle leben wie die Forscher in der Antarktis. Letztlich verdanken wir
es also dem natürlichen Treibhauseffekt, dass wir auf der Erde so
leben können, wie wir es jetzt tun.
Treibhausgase sind spezielle
Spurengase. Sie wirken ähnlich wie das Glasdach eines Treibhauses:
Sie lassen die Sonnenstrahlung nahezu ungehindert passieren, absorbieren
aber einen großen Teil der von der Erde ausgesandten Wärmestrahlung
und schicken ihn zur Erdoberfläche zurück. Die Folge ist eine
allmähliche Erwärmung der Erdatmosphäre mit potentiell katastrophalen
Folgen.
Es gibt verschiedene Treibhausgase.
Zu der Gruppe der Treibhausgase gehören:
-
Kohlendioxid (CO2)
-
Methan (CH4)
-
Lachgas (N2O)
-
Fluorchlor-Kohlenwasserstoffe
(FCKW) und chemisch verwandte Substanzen
-
Ozon (O3)
Vorkommen der verschiedenen
Treibhausgase
Die verschiedenen Treibhausgase
im einzelnen kurz erklärt:
Kohlendioxid:
Kohlendioxid ist das mit Abstand wichtigste Treibhausgas. Das Vorhandensein
von CO2 sorgt für einen natürlichen Treibhauseffekt.
Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt wäre die Erde ein Eisplanet,
da die Durchschnittstemperatur der Erdoberfläche ansonsten bei ca.
–18 Grad Celsius läge.
CO2 wird aber
auch durch das Verbrennen von Kohle, Öl und Erdgas freigesetzt. Demzufolge
erhöhte sich seine Konzentration in der Luft in den vergangenen Jahrzehnten
ständig weiter. Seit Mitte der 80er Jahre beläuft sich diese
Erhöhung auf etwa 0,4 Prozent pro Jahr. CO2-Emissionen
entstehen vor allem bei der Energieerzeugung, aber auch in Industrie, Verkehr
und den Heizungen privater Haushalte. Es wird bei der Verbrennung fossiler
Energieträger (Kohle, Öl und Gas) ebenso freigesetzt, wie bei
der Verbrennung von Holz und anderer "Biomasse".
Methan: Bei
Methan handelt es sich ebenfalls um ein natürliches Treibhausgas.
Künstliche Emissionen entstehen in der Landwirtschaft, vor allem bei
Reisanbau und Viehzucht, sowie beim Verbrennen fossiler Brennstoffe. Die
Lebensdauer von CH4-Molekülen in der Atmosphäre ist
deutlich kürzer als bei Kohlendioxid. Die Konzentration von Methan
nimmt in der Atmosphäre seit Mitte der 80er Jahre ebenfalls zu: um
ca. 0,6 Prozent jährlich.
Lachgas: Seine
erderwärmende Wirkung ist schwächer als die von Kohlendioxid
und Methan, allerdings ist die Lebensdauer der N2O-Moleküle
sehr lang. So werden sich diese noch in über 100 Jahren auf das Klima
auswirken. Das Lachgas entsteht in der Chemie durch Überdüngung
und Verbrennen von Biomasse.
Chlor- und Fluorverbindungen: Weder
die Fluorchlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW) noch chemisch verwandte Substanzen
kommen natürlich vor. Sie werden beispielsweise als Kühlmittel
oder als Treibgas für Spraydosen verwandt. Außer für die
Erderwärmung sind sie auch maßgeblich für die Zerstörung
der Ozonschicht der Erde verantwortlich. In den letzten Jahren gelang es,
die Freisetzung von FCKW weltweit zurückzudrängen.
Ozon:
In den oberen Schichten der Atmosphäre ein Schutzschild vor kosmischer
Strahlung, ist Ozon selbst auch ein Treibhausgas. Die gefährliche
Zerstörung der Ozonschicht verringert daher den Treibhauseffekt.
Aerosole: Diese
kleinen Staub- und Rußpartikel unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung
schwächen den Treibhauseffekt in der Regel ab. Unter Umständen
können sie ihn aber auch verstärken. Da die Lebensdauer von Aerosolen
nur wenige Tage beträgt, ist ihr Auftreten unmittelbar von Emissionen
der Industrie oder Waldbränden abhängig.
Der
anthropogene Treibhauseffekt
Anthropogen bedeutet "durch
den Menschen verursacht" d.h. der anthropogene Treibhauseffekt ist die
Auswirkung des Menschen, seiner Tätigkeiten, auf den natürlichen
Treibhauseffekt.
Der von den Menschen geschaffene
Treibhauseffekt entsteht durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, wie
Kohle, Öl und Erdgas. Der Mensch verbraucht diese Stoffe in seinem
täglichen Leben. So werden gewaltige Mengen von CO2 nur
durch die Autos verursacht.
Durch diese Verbrennungsvorgänge
entstehen riesige Mengen von Kohlenstoffdioxid, die in die Atmosphäre
gelangen.
Als einen weiteren Grund,
weshalb die Konzentration von Kohlenstoffdioxid so hoch ist, lässt
sich die rücksichtslose Brandrodung des tropischen Regenwaldes anführen,
da die Fläche an Pflanzen drastisch reduziert wird und somit nicht
mehr die Mengen Kohlenstoffdioxid zu Sauerstoff umgewandelt werden, wie
es im natürlichen Kreislauf sein sollte.
Diese Abbildung zeigt,
dass mit zunehmender Technologisierung auch der Ausstoß von CO2
immer
schneller gestiegen ist.
Um die Folgen der zusätzlich
ausgestoßenen Treibhausgase zu verdeutlichen, stellt die folgende
Abbildung den natürlichen und den anthropogenen Treibhauseffekt gegenüber:
Diese Abbildung zeigt den natürlichen
und den anthropogenen Treibhauseffekt. Sie zeigt, dass durch das Eingreifen
des Menschen in die Natur nicht mehr so viel Sonnenstrahlung in den Weltraum
reflektiert wird.
Waren bei dem natürlichen
Treibhauseffekt die Gase aus Sümpfen und Seen notwendig um die Schicht
aus Treibhausgasen aufrecht zu erhalten, so sind heutzutage die zusätzlichen
Produzenten wie Pkws oder Kraftwerke schädlich, da sie die Schicht
aus Gasen anwachsen lassen.
Folgen
des anthropogenen Treibhauseffektes
Die hier dargestellten Folgen
des anthropogenen Treibhauseffektes beziehen sich auf die Annahme, der
zufolge sich die Treibhausgaskonzentration bis ins Jahr 2030 verdoppelt
und dadurch die Temperatur um 2,5° erhöht hat. Durch diese Temperaturerhöhung
wird der Kreislauf der Natur stark beeinflusst.
Diese Beeinflussung lässt
sich durch ein komplexes Wirkungsschema darstellen.
Durch weiteres Wachstum
der Menschheit und die daraus resultierende erhöhte Motorisierung,
wird die CO2
- Konzentration erhöht. Durch die stärkere
Belastung der Atmosphäre durch die Abgase wird sich die Ozonschicht,
die Ozon-Konzentration, weiter verringern. Da durch den anthropogenen Treibhauseffekt
die Temperatur steigt, verändern sich sowohl die Witterungsbedingungen,
als auch die Klima- und Vegetationszonen. Aufgrund der Abschmelzung des
schwimmenden Eises, sinkt der Albedowert (ein Wert der angibt, wie viel
Sonnenstrahlen zurückgeworfen werden; helle Flächen haben einen
hohen Albedowert) der Welt, was die Folge hat, dass sich die Erde, wegen
der geringeren Rückstrahlung, ständig erwärmt. Ein daraus
resultierendes Problem ist, dass sich die jahreszeitlichen Temperaturen
immer weiter in den Plusbereich verschieben, wodurch im Winter die Schneefallgrenze
höher liegen wird.
Die Klimazonen und die Vegetationszonen
werden auf Grund der erhöhten Temperatur immer weiter nach Norden
(auf der Nordhalbkugel) verschoben. Hinzu kommt, dass die Baumgrenze wie
die Schneefallgrenzen in größere Höhen wandern wird.
Da sich die Ozeane mit steigender
Temperatur auch erwärmen, nimmt auch die Nahrung des Planktons ab,
da die Tiefenzirkulation der Ozean einschläft. An Heftigkeit werden
auch die Wirbelstürme gewinnen, da sie aufgrund der größeren
Bildungsgebiete auf den Ozeanen mehr Energie aufnehmen können.
Aufgrund der abschmelzenden
Gletscher steigt der Meeresspiegel um ca. 4-6 cm pro Jahrzehnt, dies wird
zu Überflutungen und zur Verkleinerung des Wattenmeeres führen.
Auf die Menschheit hat das
Verschieben der Klimazonen und die Überschwemmungen noch einen zweiten,
indirekten Einfluss. Die klimatischen Lebensbedingungen werden für
bestimmte Gebiete unerträglich, was zum Abwandern, bzw. zur Flucht
der Menschen aus diesen Regionen führen wird.
In Folge der schrumpfenden
Ozonschicht steigt die Rate der UVB-Strahlung, die ungehindert auf die
Erde auftrifft. Da diese Strahlung für die Lebewesen schädlich
ist, kommt es zu Gen-Mutationen, auch bei uns Menschen. Das Pflanzenwachstum
wird auf dem Land und im Meer behindert, was dazu führt, dass sich
die Menge des Planktons verringern wird, dies ermöglicht dem Ozean
nicht mehr die entsprechende Menge CO2
aufnehmen kann. Die Folge:
Der CO2
Gehalt in der Atmosphäre steigt - ein Teufelskreis.
Maßnahmen
gegen den anthropogenen Treibhauseffekt
Um die Erwärmung des
Erdklimas zu stoppen, müssen die Menschen vor allem auf alternative
Energiequellen umsteigen, die keinen Kohlendioxid produzieren. Hierzu gehören
Solarenergie und andere erneuerbare Energiequellen.
Weiterhin müssen die
großflächigen Rodungen des Regenwaldes sofort eingestellt werden
und die gerodeten Gebiete aufgeforstet werden. Ebenfalls ist es wichtig
ein Verbot von FCKW zu erlassen, da es die Ozonschicht zerstört.
Auch wenn all diese Maßnahmen
sofort ergriffen werden würden, könnte man erst in der zweiten
Hälfte des 21.Jahrhunderts eine feststellbare Besserung feststellen,
da die Gase sehr lang brauchen, bis sie in die Atmosphäre eintreten.
Dirk Steuerwald,
Torsten Jacob, Sven Obenauer
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