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Treibhauseffekt

Definition: die Erhöhung der Temperatur in einem Treibhaus und auf der Erde als Folge der Beeinflussung des Strahlungshaushalts

Englisch: greenhouse effect

Kategorien: Grundbegriffe, physikalische Grundlagen, Ökologie und Umwelttechnik

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 09.09.2012; letzte Änderung: 14.03.2020

In einem Gewächshaus (Glashaus) ist die Temperatur vor allem bei Sonneneinstrahlung erheblich höher als im Freien. Dies liegt daran, dass einerseits die Energie der Sonneneinstrahlung hereingelassen wird, andererseits aber der Abfluss von Wärme behindert wird.

Beim Glashaus ist der wichtigste Effekt für die Verminderung des Wärmeabfluss, dass die eingeschlossene warme Luft nicht entweichen kann. Sonst würde nämlich am Erdboden erwärmte Luft nach oben steigen und so ständig Wärme mit sich tragen (Konvektion). Hinzu kommt ein Beitrag durch die Beeinflussung des Strahlungshaushalts durch die transparenten Glaswände:

Es entsteht also ein vermehrter Wärmegewinn im Treibhaus dadurch, dass der Eintrag von Strahlungsenergie von außen wesentlich weniger vermindert wird als der Verlust durch Abstrahlung nach außen. Hierdurch wird es auch ohne zusätzliche Beheizung in einem Treibhaus wesentlich wärmer als im Freien. Man spricht hier vom Treibhauseffekt oder Glashauseffekt.

Treibhauseffekt in der Erdatmosphäre

Prinzip des natürlichen Treibhauseffekts

Auch in der Atmosphäre der Erde tritt bereits natürlicherweise eine Art Treibhauseffekt auf, der von diversen Gasen in der Atmosphäre verursacht wird: am meisten von Wasserdampf, aber auch wesentlich durch Kohlendioxid (CO2), Methan, Ozon und gewisse perfluorierte Kohlenwasserstoffe und Fluorkohlenwasserstoffe. Weitere wichtige Beiträge gibt es von Wolken (die kleine Wassertröpfchen enthalten). Hier gibt es zwar nicht den Effekt der Unterbindung von Konvektion wie in einem tatsächlichen Treibhaus (Glashaus), aber auch hier wird der Strahlungshaushalt gegenüber dem einer hypothetischen Erde ohne Atmosphäre so verändert, dass die Temperatur wesentlich zunimmt: Der Energiegewinn durch die Sonneneinstrahlung wird zwar teilweise reduziert dadurch, dass im Mittel knapp ein Drittel der einfallenden Strahlungsenergie nicht in den Erdboden gelangt, sondern in das Weltall gelenkt wird. Andererseits wird jedoch der Wärmeverlust der Erde durch Abstrahlung in das Weltall deutlich stärker reduziert, da die Absorption der Atmosphäre für die längerwellige Strahlung der (viel kühleren) Erde höher ist. Man merkt dies z. B. daran, dass die Erde in klaren Nächten stärker abkühlt als bei trübem Wetter, bei dem die tagsüber gewonnene Wärme nachts weniger schnell wieder verloren wird.

Der Begriff Treibhauseffekt ist insofern ein wenig irreführend, dass der dominierende Mechanismus der Verminderung von Wärmeverlusten in der Atmosphäre anders ist als in einem Treibhaus. Jedoch ist es in beiden Fällen grundsätzlich so, dass die Wärmeabfuhr stärker vermindert wird als die Wärmezufuhr.

Der natürliche Treibhauseffekt durch die Erdatmosphäre ist für uns überlebenswichtig: Ohne ihn wäre die durchschnittliche Temperatur auf der Erdoberfläche um rund 33 Kelvin niedriger. Die dann sehr eisigen Verhältnisse würden die Erde nahezu unbewohnbar machen.

Verstärkung des Treibhauseffekts durch menschliche Aktivitäten

Der Treibhauseffekt wird inzwischen dadurch merklich verstärkt, dass menschlichen Aktivitäten – insbesondere die Verbrennung riesiger Mengen fossiler Brennstoffe, aber auch die Rodung großer Waldflächen – die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre erheblich geändert haben. Insbesondere ist der Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre massiv angestiegen von ca. 280 ppm auf inzwischen über 400 ppm. (1 ppm = 1 part per million = ein Volumenanteil von einem Millionstel.) Auch die Konzentration von Methan hat erheblich zugenommen von rund 0,7 ppm auf bereits über 1,8 ppm. (Da Methan in der gleichen Menge weitaus klimawirksamer ist als Kohlendioxid, hat auch diese relativ geringe Konzentration eine signifikante Auswirkung.)

Lediglich die Konzentration der Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) nimmt durch ihr weltweites weitgehendes Einsatzverbot wieder langsam ab, während vor allem die Kohlendioxidemissionen noch deutlich zunehmen, so dass das Wachstum der CO2-Konzentration sogar noch beschleunigt wird.

Es wird gelegentlich eingewandt, dass der Einfluss des Wasserdampfs auf den Treibhauseffekt viel höher ist als der des Kohlendioxids. Dies ist zwar völlig richtig, jedoch folgt daraus nicht, dass der Einfluss des Kohlendioxids unwesentlich ist. Wenn eine erhöhte CO2-Konzentration ein geringe Erwärmung verursacht, führt dies auch zu einem erhöhten Gehalt der Luft an Wasserdampf, da mehr Wasser verdunstet. Der zusätzliche Effekt dieses Wasserdampfs verstärkt den gesamten Erwärmungseffekt des CO2 erheblich. Auch wenn insbesondere die erwärmenden und kühlenden Effekte von Wolken noch nicht völlig verstanden sind, ist die ganz überwiegende Mehrheit der Klimawissenschaftler der Überzeugung, dass die durch menschliche Aktivitäten erhöhte CO2-Konzentration sehr wahrscheinlich bereits zu einer Erwärmung in etwa dem Umfang geführt hat, der auch tatsächlich beobachtet wird.

Der durch menschliche Einflüsse verstärkte Treibhauseffekt wird mit hoher Wahrscheinlichkeit schwere Klimagefahren verursachen: Bereits eine Erwärmung um 1 Kelvin hat deutliche Folgen, um bis zum Ende des 21. Jahrhunderts sind mehrere Kelvin zu erwarten (danach sogar noch mehr), wenn die Entwicklung ungebremst weiter geht. Dies könnte ohne Weiteres bereits innerhalb eines halben bis ganzen Jahrhunderts in eine globale Klimakatastrophe münden. Deswegen werden inzwischen Klimaschutzmaßnahmen ergriffen – allerdings bisher in viel zu geringem Umfang, um den Gefahren wirksam zu begegnen, da kurzfristige ökonomische Ziele das Handeln bestimmen.

Gezielte Veränderung des Treibhauseffekts

Es gibt eine Reihe von Ideen im Bereich des Climate Engineering, die auf eine gezielte Beeinflussung des Treibhauseffekts oder seiner Folgen mit großtechnischen Methoden abzielen. Von manchen Akteuren wird das Climate Engineering als eine ernsthafte Alternative oder Ergänzung zum Klimaschutz oder zumindest als eine zukünftig eventuell unumgängliche Notmaßnahme angesehen. Allerdings ist eine Nutzen-Risiko-Abwägung bei solchen Maßnahmen extrem schwierig.

Fragen und Kommentare von Lesern

06.04.2019

Es fehlt der Hinweise auf die nur minimale Konzentration von lediglich 0,038 % für CO2 und den entsprechend nur minimalen etwaigen Einfluss von CO2. Ebenfalls unerwähnt bleibt, dass CO2 nur wenige Absorptionsbanden im IR-Spektrum aufweist und selbst nach der Absorption von IR-Quanten, und damit dem Übergang in höhere Schwingungszustände (vgl. Morse-Potentialkurve), nach sehr kurzer Relaxationszeit haargenau den zuvor absorbierten Energiebetrag nach allen (!) Richtungen wieder abstrahlt. Die Energiebilanz der Absorption-Emission ist exakt 0,000000 Ws! Daher kann CO2 überhaupt keinen Beitrag zur Erderwämung leisten! Auch gibt es bei CO2 keine Strahlungs-Anisotropie, die die emmitierte IR-Strahlung gezielt in eine bestimmte Richtung – etwa zurück auf die Erdoberfläche oder in tiefer gelegene Luftschichten – lenken könnte. Selbst wenn es eine derartige Strahlungs-Anisotropie im Falle des CO2 gäbe, so wäre diese vollkommen wirkungslos, da das CO2 im gasförmigen Zustand vorliegt und dementsprechend rasch rotiert -s. Rotationsfreiheitsgrade von Gasen. Hinzu kommt ferner, dass die IR-Reemission von CO2 aus höheren Morse-Schwingungszuständen niemals eine weitere Erwärmung von tiefer gelegenen und damit wärmeren Luftschichten oder gar der Erdoberfläche herbeiführen kann; s. 2. Hauptsatz der Thermodynamik, Kapitel: Unmöglichkeit eines Perpetuum Mobile 2. Art. Obiger Artikel hat bestenfalls ansatzweise populärwissenschaftliches Niveau mit dem Ziel, den “CO2-Schwindel” glaubhaft zu machen.

Antwort vom Autor:

Das ist pseudowissenschaftlicher Quatsch. Die gegen die Treibhauswirkung von CO2 angeführten Argumente würden übrigens für jede Art von Treibhausgas gelten – also gäbe es grundsätzlich keine Treibhauswirkungen durch solche Gase, einschließlich Wasserdampf. Wir wissen aber, dass die Erde dann massiv kälter wäre.

Leider kommt es gelegentlich vor, dass jemand zwar ein paar physikalische Fachbegriffe kennt, aber elementare Zusammenhänge nicht verstanden hat, und auftauchende Diskrepanzen dann damit “erklärt”, dass tausende von Wissenschaftlern weltweit alle entweder inkompetent oder von einer bösen lügnerischen Macht geleitet sind.

Mich erinnert das an den Autofahrer, der im Radio die Warnung vor einem Geisterfahrer hört und sagt: “Ein Geisterfahrer? Tausende!”

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Siehe auch: Klimagefahren, Klimaschutz, Kohlendioxid, Methan, Climate Engineering
sowie andere Artikel in den Kategorien Grundbegriffe, physikalische Grundlagen, Ökologie und Umwelttechnik

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