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Treibhausgase

Als Treibhausgase gelten die Gase, die in der Lage sind Strahlungsenergie aufzunehmen und sich so zu erwärmen. Die Erdatmosphäre enthält natürlicherweise bereits eine Reihe an treibhauswirksamen Gasen, wie z.B. Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Methan. Sie bewirken einen mittleren globalen Temperaturanstieg von -18 °C auf 15 °C (33 K) und machen damit ein Leben auf der Erde überhaupt erst möglich (natürlicher Treibhauseffekt).

 

Änderungen der Treibhausgase basierend auf Eisbohrkernen und moderner Daten

Atmosphärische Konzentrationen von Kohlenstoffdioxid, Methan und Lachgas der letzten 10.000 Jahre (große Graphiken) und seit 1750 (eingefügte Grafiken). Die Daten stammen aus Eisbohrkernen
(verschiedene Farben für verschiedene Studien) und atmosphärischen Messungen (rote Punkte); (Quelle: IPCC, AR4, deutsche Zusammenfassung für politische Entscheidungsträger)

Wasserdampf (H2O)

Der Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas, das durch den Menschen indirekt gefördert wird. Mit ansteigenden globalen Lufttemperaturen kommt es zu einer verstärkten Wasserdampfaufnahme in die Luft. Dort können die Wasserdampfmoleküle als Treibhausgas fungieren. Der Wasserdampf hat einen Anteil von etwa 60 % am natürlichen Treibhauseffekt.

Kohlenstoffdioxid (CO2)

Das Niveau der CO2-Konzentration lag in den vergangenen 10.000 Jahren relativ konstant bei 280 ppm. Seit dem Beginn der Industrialisierung fand allerdings ein starker Anstieg auf 385 (2008) statt. Die jährliche Anstiegsrate lag zwischen 1998 und 2008 bei 1,9 ppm. Das Kohlenstoffdioxid macht aufgrund seiner großen Menge 60 % am anthropogenen Treibhauseffekt aus.

Anthropogene Emissionen von Kohlenstoffdioxid entstehen besonders bei der Verbrennung fossiler Energien und bei der Biomasseverbrennung. Entwaldung fördert zudem die CO2-Konzentration der Atmosphäre. Senken sind vor allem die Ozeane und die Biosphäre. Das zusätzlich anthropogen emittierte CO2 kann darin allerdings nicht vollständig aufgenommen werden, so dass es in der Atmosphäre akkumuliert.

Methan (CH4)

Der Methangehalt der Atmosphäre schwankte in den letzten 650.000 Jahren zwischen 320 ppb während der Eiszeiten und 790 ppb während der Interglaziale. Seit dem vorindustriellen Wert von etwa 715 ppb, ist er bis 2005 rasant auf einen Wert von 1774 ppb angestiegen. Methan ist 20 bis 30 Mal klimawirksamer als Kohlenstoffdioxid. Aufgrund seiner wesentlich geringeren Menge trägt es aber nach Kohlenstoffdioxid nur am zweit meisten zum anthropogenen Treibhauseffekt bei (20 %).

Anthropogene Quellen sind vor allem in der Landwirtschaft zu finden. Zum Beispiel wird beim Reisanbau und bei der Massentierhaltung Methan freigesetzt. Weitere Quellen sind der Verlust von Methan bei der Erdgasgewinnung und dessen Transport sowie die Entstehung bei der Biomasseverbrennung, in Kläranlagen und auf Mülldeponien. Abgebaut werden die Moleküle durch die Reaktion mit OH-Radikalen in der Troposphäre.

Troposphärisches Ozon (O3)

Das troposphärische Ozon ist ein indirekt vom Menschen beeinflusstes Treibhausgas. Die Emission von Vorläufersubstanzen, wie Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid tragen zur Produktion von Ozonmolekülen durch photochemische Prozesse bei. Ein kleinerer Teil stammt zudem vom Transport von der Stratosphäre in die Troposphäre. Die Lebensdauer der Ozonmoleküle ist im Gegensatz zu den anderen Treibhausgasen mit wenigen Wochen recht gering. Es ist dennoch das drittwichtigste Treibhausgas. Die ungleichmäßigen Emissionen von Vorläufersubstanzen, die verschiedenen Sonnenstrahlungsintensitäten und die geringe Lebensdauer bedingen eine ungleichmäßige Verteilung des troposphärischen Ozons auf der Erde. In zu hohen Konzentrationen kann das Ozon ein gesundheitsschädliches Reizgas für die Atemwege sein.

Abgebaut wird es bei der Reaktion mit frisch emittierten NO (vor allem in anthropogen belasteten Gebieten), durch photolytischen Abbau und durch die Reaktion mit organischen Verbindungen an der Erdoberfläche (trockene Deposition). In der Nacht kommt es meist zu einer Abnahme der Ozonkonzentrationen, da dann keine Ozonproduktion stattfindet.

Lachgas (N2O)

Die Lachgaskonzentration der Atmosphäre ist seit dem vorindustriellen Niveau von etwa 270 ppb bis heute rasant auf einen Wert von etwa 319 ppb (2005) angestiegen. Obwohl es etwa 300 Mal klimawirksamer ist als Kohlenstoffdioxid, wird sein Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt aufgrund seiner vergleichsweise geringen Konzentrationen nur auf etwa 6 % beziffert.

Quellen sind primär in der Landwirtschaft zu finden, wo durch Düngung (bakterielle Prozesse im Boden) und Viehhaltung N2O freigesetzt wird. Abgebaut werden die Lachgasmoleküle erst in der Reaktion mit UV-Strahlung in der Stratosphäre. Dort tragen sie zum Abbau der Ozonschicht bei.

Fluorkohlenwasserstoffe (H-FKW/HFCs)

Fluorkohlenwasserstoffe tragen durch die Kombination aus langen Lebenszeiten und einer starken Adsorption im infraroten Bereich 100 bis 24.000 stärker zum Klimawandel bei als ein CO2-Molekül. Die Konzentrationen in der Atmosphäre sind aber im Gegensatz dazu sehr gering, so dass letztendlich der Beitrag zum anthropogenen Klimawandel nur etwa 12 % des anthropogenen Treibhauseffektes ausmacht.

Kohlenwasserstoffe sind künstlich hergestellte Stoffe, die z.B. in Spraydosen, als Kühl- oder Feuerlöschmittel und zum Aufblähen von Schäumen verwendet werden. Durch Gegenmaßnahmen, wie z.B. das Montreal-Protokoll von 1989, konnten die Emission von Kohlenwasserstoffen effizient eingedämmt werden. Die Konzentrationen in der Atmosphäre nehmen daher langsam ab.

Schwefelhexaflorid (SF6)

Schwefelhexafluorid ist eines der heute bekanntesten stärksten Treibhausgase in der Atmosphäre. Sein Treibhauspotential ist durch seine extrem lange Lebenszeit von über 3.000 Jahren etwa 22.800 Mal so hoch wie das von Kohlenstoffdioxid. Aufgrund seiner sehr geringen Konzentration von etwa 0,005 ppb ist sein Beitrag zur globalen Erwärmung aber sehr gering.

Quellen sind vor allem in der chemischen Industrie zu finden. Zum Beispiel dient es als Schutzgas in Metallschmelzen. Weiterhin wurde SF6 seine guten Isoliereigenschaften lange als Füllgas für Schallschutzfenster und zur Befüllung von Autoreifen benutzt. Dies wurde ab dem Jahr 2000 verboten. Durch die lange Lebenszeit wird die Konzentration aber in absehbarer Zeit nicht aus der Atmosphäre verschwinden.