Viele Planeten, darunter die Erde, besitzen eine gasförmige Hülle: die Atmosphäre. Sie besteht aus Wasserdampf und verschiedenen Gasen, die von der Erdanziehungskraft gehalten werden. Auf der Erde ermöglicht die Atmosphäre mit ihrem Gehalt an Sauerstoff das Leben auf dem Planeten. Einige Gase sowie der Wasserdampf tragen außerdem zur Erderwärmung bei. Dadurch ist die Temperatur auf der Erde höher als sie ohne die Atmosphäre wäre. Durch Sonnenstrahlung allein und ohne Treibhauseffekt läge die Oberflächentemperatur der Erde mit -18°C weit unter dem Gefrierpunkt, doch stattdessen liegt sie bei durchschnittlich 15 °C. Damit wäre ohne den Treibhauseffekt auf dem Planeten Erde kein Leben wie wir es kennen möglich.

Nicht alle Gase der Luft tragen zur Temperaturerhöhung bei. Nur strahlungsaktive Stoffe, die auch als Treibhausgase bekannt sind, können Wärme, die von der Erdoberfläche aufsteigt, aufnehmen und später wieder abstrahlen. Ohne Treibhausgase würde die Wärme dagegen einfach in den Weltraum entweichen. Kohlendioxid, Wasserdampf, Ozon und Methan sind heute die wichtigsten Treibhausgase in der Erdatmosphäre.

Sonne als Motor

Wärmequelle und damit Motor für Erderwärmung und Treibhauseffekt ist die Sonne. Zudem speichert die Erde Wärme in erheblichem Maß. Die Atmosphäre mit ihren Treibhausgasen lässt die Einstrahlung der Sonne fast ungehindert passieren, da sie die Solarenergie nicht aufnehmen kann. Daher wird nur wenig Strahlung absorbiert. Rund ein Drittel der Sonnenstrahlung wird daneben durch Wolken, Luft oder vom Boden, insbesondere Eis, reflektiert. So erreicht ein großer Anteil der Sonnenstrahlung ungehindert die Erdoberfläche. Die Erde wird erwärmt und strahlt Energie in Form von Wärme wieder ab. Diese veränderte Energie kann nun von den Treibhausgasen absorbiert und später abgestrahlt werden. Nutzt man den Treibhauseffekt in Gewächshäusern, übernimmt das Glas die Rolle der Treibhausgase, während warme Luft innen isoliert wird, und man spricht auch vom Glashauseffekt.

Das physikalische Prinzip des Treibhauseffekts wurde bereits 1824 von dem französischen Physiker Jean-Baptiste-Joseph Fourier beschrieben. Seit den 1950er Jahren wird der Treibhauseffekt der Atmosphäre gezielt erforscht und es entstanden weltweit mehrere Messstationen für Kohlendioxid.

Anthropogener Treibhauseffekt

Der atmosphärische Treibhauseffekt ist ein natürlicher Vorgang, der seine eigenen Regulationsmechanismen hat. Doch inzwischen hat der Mensch einen nicht unbedeutenden Anteil am Treibhauseffekt, der auch als anthropogener Treibhauseffekt bezeichnet wird. Vor allem seit der Industrialisierung hat die Lebensweise des Menschen für eine schnelle Zunahme der Treibhausgase Methan und Kohlendioxid in der Atmosphäre gesorgt. Rinderzucht, Abfallwirtschaft, die Verbrennung fossiler Treibstoffe, Abholzung von Regenwäldern oder andere Aktivitäten wie Zementherstellung oder Reisanbau tragen erheblich zur Entstehung klimaschädlicher Gase bei, die wiederum die Erderwärmung antreiben. In den letzten fünfzig Jahren stieg der Anteil an Kohlendioxid in der Atmosphäre von 313 ppm (parts per million, Teile pro Million) im Jahr 1960 auf 389 ppm im Jahr 2010. Eiskernbohrungen in der Antarktis zeigen dabei, dass der Kohlendioxidanteil in den letzten 750.000 Jahren vor dem Industriezeitalter nie höher als 290 ppm lag. Daher prognostizieren die meisten Wissenschaftler für die kommenden Jahrzehnte einen durch die Erderwärmung ausgelösten Klimawandel, der unter anderem Wetterextreme und höhere Meeresspiegel nach sich zieht. Damit könnte der lebensnotwendige Treibhauseffekt bedrohliche Ausmaße annehmen.