Der Klimawandel ist eines der größten Probleme der Menschheit. Durch den Anstieg der Temperatur auf der Erde werden viele Tiere und Pflanzen in ihrem Lebensraum bedroht. Doch nicht nur für die Natur ist der Klimawandel eine ernsthafte Bedrohung. Auch viele Menschen werden durch diese Entwicklung gefährdet. Die steigenden Temperaturen führen dazu, dass das Eis an den Polkappen immer stärker abschmilzt, sodass der Meeresspiegel ansteigt. Viele Menschen, die auf kleinen Inseln oder in flachen Gebieten an der Küste leben, sind durch den Klimawandel der Gefahr ausgesetzt, dass ihr Lebensraum im Meer versinkt. Daher bedeutet diese Entwicklung nicht nur eine große Bedrohung für die Natur, sie führt auch zu großen wirtschaftlichen und sozialen Problemen.

Was ist unter dem Treibhauseffekt zu verstehen?

Die Wände eines Treibhauses bestehen aus Glas oder aus transparentem Kunststoff. Diese Materialien haben unterschiedliche Eigenschaften hinsichtlich der Durchlässigkeit und der Reflexion elektromagnetischer Wellen. Die Strahlung der Sonne besteht in erster Linie aus derartigen Wellen, die sehr energiereich sind. Die Strahlung hat unterschiedliche Frequenzen. Ein großer Teil der Sonneneinstrahlung besteht aus elektromagnetischen Wellen im Bereich des sichtbaren Lichts, aus UV-Strahlen und aus kurzwelligen Infrarotstrahlen, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Diese Strahlen können das Glas eines Treibhauses problemlos passieren. Wenn die Strahlung auf die Erde auftrifft, wird diese umgewandelt. Zum einen wird ein Teil der Strahlungsenergie direkt in Wärme umgewandelt.

Dieser Effekt ist im täglichen Leben oft spürbar. Sobald man sich der Sonnenstrahlung aussetzt, spürt man die Wärme auf der Haut. Wenn die Wärmeentwicklung im Inneren eines Treibhauses stattfindet, kann die Wärme nicht so einfach wie im Freien entweichen, sodass sich der Raum erwärmt. Dies ist der erste Bestandteil des Treibhauseffekts, der jedoch für die globale Klimaerwärmung bedeutungslos ist, da hier die warme Luft im Gegensatz zu einem wirklichen Treibhaus nicht in der Nähe der Erde gehalten wird. Doch gibt es noch einen weiteren Bestandteil des Treibhauseffekts. Wenn die Sonneneinstrahlung auf den Boden trifft, wird nicht die gesamte Energie in Wärme umgewandelt. Ein erheblicher Teil der Strahlung wird reflektiert. Dabei verändert sich jedoch die Frequenz eines Teils der Strahlung.Ein großer Teil der kurzwelligen Infrarotstrahlung, die auf die Erde trifft, wird bei der Reflexion in langwellige Infrarotstrahlung umgewandelt. Diese Strahlung wird unter normalen Umständen wieder ins Weltall zurückgeworfen und gibt ihre Energie außerhalb der Erdatmosphäre ab. Das Glas, das für den Bau eines Treibhauses verwendet wird, hat jedoch die Eigenschaft, dass die langwellige Infrarotstrahlung dieses Material nicht passieren kann. Für diese Strahlung wirkt das Glas wie ein Spiegel. So werden die energiereichen Strahlen wieder auf die Erde zurückgeworfen, wo sie einen erheblichen Teil ihrer Energie abgeben und so den Raum erwärmen.

Dieser physikalischen Grundsätze führen zu einem erheblichen Temperaturanstieg im Inneren eines Treibhauses. Dieser Effekt ist nicht nur bei einem wirklichen Treibhaus zu beobachten, sondern auch in einem globalen Maßstab. Hier sind es jedoch nicht Materialien wie Glas oder Kunststoff, die diesen Effekt verursachen, sondern verschiedene Gase. Auch diese Elemente haben verschiedene Eigenschaften hinsichtlich der Durchlässigkeit elektromagnetischer Strahlen. Es gibt viele Gase, die kurzwellige Infrarotstrahlung problemlos passieren lassen, langwellige Infrarotstrahlung hingegen reflektieren und so ebenfalls einen Treibhauseffekt hervorrufen.

Der natürliche Treibhauseffekt und dessen Veränderung durch den Menschen

Die Atmosphäre der Erde beinhaltet viele Gase, die einen Treibhauseffekt verursachen. Das wichtigste Treibhausgas ist Wasserdampf, das in großem Maße in der Umgebung der Erde enthalten ist. Auch CO2 ist ein Gas, das in der Atmosphäre häufig auftritt. Weitere Treibhausgase sind Methan, Lachgas (Distickstoffoxid), Fluorkohlenwasserstoffe, Schwefelhexafluorid und Stickstofftrifluorid. Darüber hinaus tragen auch Rußpartikel in der Atmosphäre zum Treibhauseffekt bei. All diese Gase haben hinsichtlich der Durchlässigkeit und Reflexion elektromagnetischer Strahlung ähnliche Eigenschaften wie Glas. Sie lassen kurzwellige Infrarotstrahlung relativ problemlos passieren, während langwellige Infrarotstrahlen reflektiert werden. Dieser Effekt ist prinzipiell nicht schädlich – er ist sogar die Grundlage des Lebens auf der Erde. Würden diese Gase nicht dafür sorgen, dass die energiereichen Strahlen der Sonne auf der Erde gehalten werden, wäre es hier so kalt, dass kein Leben möglich wäre. Auf dem Mond oder auf anderen Planeten in der Umgebung kann man erkennen, wie das Klima auf der Erde ohne diese Treibhausgase aussähe.

In den letzten Jahrzehnten und Jahrhunderten, steigerte sich die Zahl der Treibhausgase in der Atmosphäre jedoch erheblich. Dies hat verschiedene Gründe. Am wichtigsten ist dabei sicherlich der Anstieg des CO2-Gehalts zu bewerten. Eigentlich besteht in diesem Bereich seit Langem ein natürlicher Kreislauf. Die Pflanzen nehmen das Kohlendioxid aus der Luft auf und erzeugen mit Hilfe der Sonnenenergie energiereiche kohlenstoffhaltige chemische Verbindungen. Wenn diese Pflanzen absterben und verrotten oder wenn ein Tier sie frisst, werden die energiereichen Verbindungen abgebaut. Die Tiere und auch die Menschen gewinnen auf diese Weise die Energie, die ihr Körper benötigt. Dabei wird Kohlendioxid freigesetzt, welches von den Pflanzen wieder verwertet werden kann. So entsteht ein natürlicher Kreislauf. Vor vielen Millionen Jahren wurde dieser Kreislauf jedoch unterbrochen. Als Tieren oder Pflanzen plötzlich von großen Erdmassen überlagert wurden, hatten sie keinen Zugang zu Sauerstoff, weshalb die energiereichen Verbindungen, aus denen sie bestanden, nicht mehr abgebaut werden konnten. So wurde der Atmosphäre dauerhaft Kohlendioxid entzogen und es bildeten sich energiereiche Ablagerungen im Inneren der Erde. So entstanden Kohle, Erdgas und Erdöl. Durch diesen Prozess veränderte sich die Zusammensetzung der Erdatmosphäre und es entstand das Klima, das seither auf der Erde herrscht.

Seit einigen Jahrhunderten begann der Mensch jedoch, diese Energievorräte abzubauen. Kohle ist ein fossiler Brennstoff, der bereits seit Langem in großem Stil abgebaut wird und der erheblich für die Entwicklung moderner industrieller Strukturen verantwortlich ist. Bei der Verbrennung der Kohle gewinnt der Mensch jedoch nicht nur die Energie, die seit Jahrtausenden in der Erde gelagert wurde, er setzt dabei auch das Kohlendioxid frei. In den letzten Jahrzehnten verlor die Nutzung der Kohle zwar erheblich an Bedeutung, Erdöl und Erdgas hingegen erhielten einen großen Bedeutungszuwachs. Ohne diese fossilen Brennstoffe ist die moderne Gesellschaft nicht denkbar. Der erhöhte Ausstoß von Kohlendioxid, der in den letzten Jahrhunderten stattfand, macht sich bereits in einem Temperaturanstieg auf der Erde bemerkbar. Die Nutzung der fossilen Brennstoffe verändert daher das Weltklima und die Menschheit muss daran arbeiten, Alternativen für diese Energieformen zu entwickeln, um die Klimaveränderung zu stoppen.

Weitere Treibhausgase

Kohlendioxid ist das Treibhausgas, das für die Veränderung des Klimas am stärksten verantwortlich ist. Jedoch gibt es noch viele weitere Gase, die die Klimaerwärmung vorantreiben. Diese verursachen in manchen Fällen sogar einen erheblich stärkeren Treibhauseffekt als das Kohlendioxid. Da jedoch die Gesamtmenge der weiteren Treibhausgase recht gering ist, ist deren globale Auswirkung nicht so stark. Dennoch sollte bei der Betrachtung des Treibhauseffekts auch auf diese Gase eingegangen werden. Einen starken Effekt auf das Klima haben beispielsweise Fluorkohlenwasserstoffe. Ein Vertreter dieser Gruppe, der Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW), wurde vom Menschen in der Vergangenheit sehr häufig verwendet. Kühlschränke nutzten dieses Gas und auch in Spraydosen fand es als Treibgas Verwendung. Auf diese Weise wurde es in der Atmosphäre ausgesetzt. Obwohl die Gesamtmenge relativ gering war, verursacht dieses Gas einen starken Treibhauseffekt, sodass selbst kleine Mengen eine große Auswirkung haben. Es gelang der Forschung jedoch, Alternativen für dieses Gas zu entwickeln, weshalb es heutzutage fast nicht mehr verwendet wird. Ein weiteres Treibhausgas ist das Methan. Dieses Gas entsteht in Klärwerken und Mülldeponien bei der Zersetzung der Biomasse. Da derartige Einrichtungen immer häufiger werden, steigt auch der Methanausstoß. Auch Rinder setzen Methan frei, weshalb der große Anstieg der Rindfleischproduktion in den letzten Jahrhunderten ebenfalls zum Treibhauseffekt beiträgt.