Der Treibhauseffekt beruht darauf, dass der Anteil der Sonnenstrahlung, der nicht direkt auf dem Weg zur Erdoberfläche von Gasen und Wolken reflektiert oder absorbiert wird, im längerwelligen Infrarotbereich wieder von der Erde zurückgestrahlt wird. Diese Wärmestrahlung entweicht nicht frei in den Weltraum sondern wird wiederum von Gasen zurückgehalten, die dieses infrarote Licht in der Atmosphäre absorbieren.

Die wichtigsten dieser Gase sind:

Kohlendioxid CO₂
Methan CH₄
Lachgas N₂O
die Fluorchlorkohlenwasserstoffe FCKW
vor allem aber auch Wasserdampf selbst.

Informationen zum Wasserdampf

Die Bedeutung dieser Gase, die Entwicklung ihrer Freisetzung, ihre Quellen und Senken werden diskutiert.

Der natürliche Treibhauseffekt, der für ein gemässigtes Klima wichtig ist, wird vom anthropogenen (vom Menschen gemachtem) unterschieden.

b) Sonnenzyklus

Die Energie, die die Prozesse auf unserem Planeten bestimmt, kommt und kam letztendlich von der Sonne. Denkt man sich die Atmosphäre als eine um die Erde gelegte Hülle, so strahlt die Sonne mit einer bestimmten Leistung auf jeden Quadratmeter dieser Hülle ein. Dieser Wert wird als Solarkonstante bezeichnet.

Die Messungen der letzten beiden Jahrzehnte haben gezeigt, dass diese 'Konstante' nicht ganz konstant ist, sondern im Bereich von einigen hunderstel Prozent schwankt und einem etwa 11jährigen Zyklus unterliegt, dem Sonnenzyklus. Abgesehen von diesem 11jährigen Zyklus wird ein langfristiger Trend angenommen, der während des 20. Jahrhunderts eine leichte Intensivierung der mittleren Sonnenstrahlung aufzeigt.

Das aktuelle, wenn auch sehr unsichere Wissen um diese Phänomene soll kurz dargestellt werden. Einzelne Wissenschaftler messen der Intensivierung der Sonnenstrahlung eine sehr hohe Bedeutung für die Erderwärmung bei, während eine Mehrheit den menschlichen Treibhauseffekt als bei weitem dominierend einschätzt.

c) Aerosoleffekte

Erwähnt werden müssen in diesem Kapitel auch die direkten und indirekten Aerosoleffekte. Die Einflüsse von Partikeln sind von so grundlegender Bedeutung, dass ihm zusätzlich ein eigenes Kapitel gewidmet ist. Der Ausstoss von grossen Mengen von Partikeln in die Atmosphäre führt zu einer Erniedrigung der eingestrahlten Energie. Diese Erniedrigung überwiegt oft aber nicht immer den Treibhauseffekt dieser Partikel auf die von der Erde rückgestrahlte Infrarotstrahlung. Je nach Zusammensetzung solcher Aerosole kann ihr direkter Einfluss zu einer Abkühlung oder Erwärmung der Atmosphäre führen.
Sulfat Aerosol wird z.B. ein negatives Treibhauspotential zugeschrieben. Massiv weltweit messbar wurden solche Effekte bei grossen Vulkanausbrüchen (z.B. Mt. Pinatubo 1991), aber auch lokale Abkühlungen (z.B. über China) werden darauf zurückgeführt. Ruß dagegen führt sehr wahrscheinlich zu einem positiven Nettoeffekt, während organisches Aerosol wieder gegensteuert. Noch komplexer wird es aber dadurch, dass viele Partikel aus Mischungen bestehen.
Ein weiterer erheblicher Unsicherheitsfaktor sind die indirekten Effekte solcher Partikelbildung. Sie wirken in jedem Fall dem Treibhauseffekt entgegen, die Grössenordnung ist jedoch fraglich und reicht von fast keinem messbaren Effekt bis beinahe zur Aufhebung des Effektes der Treibhausgase. Dieser indirekte Effekt hat eine einfache Ursache: Aerosole reflektieren und absorbieren nicht nur selbst, sie dienen als Keime für die Wolkenbildung. Mehr Wolken aber erhöhen die direkte Reflexion des Sonnenlichtes, senken die Nettoeinstrahlung und vermindern damit die Erwärmung der Erdoberfläche. Bisher ist es nicht möglich, solche lokal sehr variablen Effekte in weltweite Klimaprognosen mit hinreichender Zuverlässigkeit zu integrieren. Direkte, mehr noch aber indirekte Aerosoleffekte stellen daher eine hohe Unsicherheit für eine Vorhersage der Erderwärmung dar.

d) Rückkopplungen

Viele Komponenten des Klimasystems Erde können von positiven oder negativen Rückkopplungen beeinflusst werden. So wird z.B. eine globale Erwärmung zu einer höheren Verdunstung und einer Erhöhung der mittleren Luftfeuchte führen. Da Wasserdampf aber selbst ein Treibhausgas ist, würde sich der Effekt hier scheinbar selbst verstärken. Andererseits wiederum führt eine erhöhte mittlere Luftfeuchte zu stärkerer Wolkenbildung ... Siehe hierzu auch: die Rolle des Wasserdampfes.

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Text: Elmar Uherek (MPI für Chemie Mainz)
Verbesserungsvorschläge: Heleen de Coninck (MPI für Chemie Mainz)