Was haben Treibhausgase und eine Daunendecke gemeinsam?

In verschiedenen Beiträgen in diesem Blog haben wir uns mit dem CO2 Fußabdruck beschäftigt und dargestellt, dass der durchschnittliche Fußabdruck in Deutschland den klimaverträglichen Wert um ein Vielfaches übersteigt. Warum aber sind CO2 oder andere Treibhausgase eigentlich für die Entwicklung des Klimas so relevant? Damit wollen wir uns in diesem und folgenden Beiträgen beschäftigen.

Die gesamte Energie, die uns auf der Erde zur Verfügung steht, trifft primär in Form von Sonnenstrahlung auf die Erde. Sie stellt die treibende Kraft für Wind und Wetter und damit auch für ihre mögliche Nutzung durch Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen oder Wasserkraftwerke dar. Pflanzen nutzen die Sonnenenergie, um aus CO2 der Atmosphäre organische Moleküle herzustellen. Damit ist die Sonne auch für die Bildung der Biomasse auf der Erde verantwortlich. Man sollte auch im Hinterkopf haben, dass die fossilen Brennstoffe Öl, Kohle und Gas letztlich ebenfalls auf Biomasse beruhen, die allerdings vor sehr langer Zeit auf der Erde gebildet und dann in inneren Schichten der Erde konserviert wurde.

Was passiert, wenn Sonnenstrahlung auf die Erde trifft? Von besonderer Bedeutung ist dabei unsere Atmosphäre, die unsere Erde wie eine dünne Hülle umgibt und in verschiedene Schichten eingeteilt werden kann (für die Details verweisen wir auf entsprechende Fachliteratur). Kurzweilige Sonnenstrahlung wird zu einem Teil an den Wolken oder aber auf der Erdoberfläche – beispielsweise über Schnee und Eisfelder – reflektiert (Abb. 1). Ein anderer Teil wird von der Erdoberfläche absorbiert, wodurch sich die Erde aufheizt. Jeder kennt diesen Effekt beim Sonnenbaden. Die aufgewärmte Erde gibt anschließend langwelligere Wärmestrahlung ab. Dies können wir spüren, wenn wir beispielsweise an einem Sommerabend nach Sonnenuntergang über die noch warmen Steinplatten gehen – diese wurden tagsüber von der Sonne aufgeheizt und geben die Wärme jetzt an die Luft – oder in diesem Fall an unsere Füße – ab.

Abb. 1: Die Wirkung der Sonne auf unsere Erde in der Übersicht.

Diese langwellige Wärmestrahlung wird nun jedoch nicht einfach in den Weltraum zurückgestrahlt, sondern seinerseits von verschiedenen Molekülen in der Atmosphäre aufgenommen (Abb. 2). Hier sind die so genannten Treibhausgase CO2, Wasserdampf, Methan, Ozon und Lachgas zu nennen. Auch die Treibhausgase erwärmen sich durch die Wärmestrahlung und strahlen nun selbst ebenfalls Wärmestrahlung in alle Richtungen ab – nicht nur in Richtung Weltraum, sondern auch zurück zur Erde. Dadurch heizt sich die Erdoberfläche zusätzlich auf, bis sich ein neues Gleichgewicht einstellt. Diesem sogenannten natürlichen Treibhauseffekt ist es zu verdanken, dass es für uns auf der Erde überhaupt wohnlich ist. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt wäre es auf der Erdoberfläche nur etwa -18°C kalt. Unsere Atmosphäre wirkt also wie eine Daunendecke für unsere Erde, auf welcher es derzeit im Durchschnitt +15°C ist. Diese Zahlen haben wir dem exzellenten Buch von Stefan Rahmsdorf und Hans Joachim Schellnhuber „Der Klimawandel“ entnommen, welches wir gerne für Interessierte zu diesem Thema zur Lektüre empfehlen.

Abb. 2: Der Treibhauseffekt vereinfacht dargestellt.
H2O = Wasser; CO= Kohlendioxid; CH4 = Methan; N2O = Lachgas; O= Ozon.

Die Tatsache, dass COin der Atmosphäre aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften zur Erderwärmung beiträgt, kennen wir von Arbeiten der Physiker Fourier, Tyndall und Arrhenius bereits seit dem 19. Jahrhundert. Daraus lässt sich ableiten, dass eine Erhöhung der CO2 Konzentration in der Atmosphäre zu einer wärmeren Erdoberfläche und einer wärmeren Atmosphäre führt. Tatsächlich kann man aufgrund von physikalischen Gesetzmäßigkeiten genau berechnen, um wieviel sich die durchschnittliche Temperatur auf der Erde erhöht, wenn die Konzentration von CO2, Methan und anderer Treibhausgase in der Atmosphäre ansteigt. Und an dieser Stelle kommt der Mensch ins Spiel. Durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe setzen wir jede Menge CO2 in die Atmosphäre frei und erhöhen dort den COAnteil. Gleichzeitig wird durch das Abholzen oder Brandroden von Wäldern ein möglicher CO2 Fänger vernichtet. Und die Folge dieses Mensch-gemachten Anstiegs der CO2 Konzentration ist ein Anstieg der durchschnittlichen Temperatur auf der Erde – wir sprechen nun vom Mensch-gemachten Treibhauseffekt. Wenn wir nochmal zum Beispiel der Daunendecke zurückkehren: Füllen wir mehr Daunen in die Decke ein, wird es unter der Decke logischerweise auch wärmer. 

COliegt im Vergleich der anderen Gase in höchster Konzentration vor und wird demnach auch als wichtigstes Treibhausgas eingestuft. Dies ist auch der Grund, dass man ganz allgemein vom CO2 Fußabdruck spricht, wenn es um den individuellen Beitrag zur Erhöhung der CO2 Menge in der Atmosphäre geht. Die Wirkung der anderen Treibhausgase kann man in eine Menge CO2 umrechnen, welche die gleiche Wirkung auf den Treibhauseffekt haben, so dass man dann zusammengenommen von den CO2 Äquivalenten (englisch: equivalents) spricht. Korrekt wäre daher die Bezeichnung des CO2e Fußabdrucks, meist wird allerdings von vielen (und auch uns in diesem Blog) vereinfacht nur vom CO2 Fußabruck gesprochen.

Literaturempfehlung:

Rahmstorf, Schellnhuber: Der Klimawandel. C.H. Beck Wissen, 2018.

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