Der Treibhauseffekt und seine Rolle im Klimasystem

Manche Menschen sehen die globale Erwärmung der letzten Jahrzehnte als nicht so dramatisch an, da sich das Klima im Laufe der Erdgeschichte immer wieder verändert habe. Der Klimawandel wäre demnach ein natürlicher Vorgang, der uns nicht belasten müsse. Aber ist es tatsächlich so?

Es ist natürlich richtig, dass sich das Klima im Laufe der Erdgeschichte durch natürliche Klimaschwankungen aufgrund von Vulkanismus, Veränderungen der Sonnenaktivitäten, Veränderungen der Meeresströmungen u.ä. immer wieder verändert hat. In der 4,6 Milliarden Jahre langen Erdgeschichte war das Warmklima das vorherrschende Klima. Mit durchschnittlichen Temperaturen von 20-25 °C waren die Erdmitteltemperaturen auch schon um bis zu 10 °C höher als die heutigen 15 °C. Wir leben heute also in einem Eiszeitalter. Als Eiszeitalter wird ein Abschnitt der Erdgeschichte bezeichnet, in dem mindestens eine Polarregion von Eis bedeckt ist. In den vergangenen 940 Millionen Jahren hat es mindestens sechs solcher Eiszeitalter gegeben. Das derzeitige Eiszeitalter (Känozoisches Eiszeitalter) begann vor rund 34 Millionen Jahren, da seit damals die Antarktis vergletschert ist. Seit ca. 2,7 Millionen Jahren ist auch die Arktis vereist, was den Übergang zum geologischen Zeitalter des Quartärs markiert.

Jedes Eiszeitalter ist durch einen ständigen Wechsel von Kaltzeiten und Warmzeiten gekennzeichnet. Im Quartär wechselten sich die Kalt- und Warmzeiten bisher in einem Zyklus von 100.000 Jahren ab. Die Warmzeiten dauerten zwischen 10.000 und 30.000 Jahren. Die letzte Kaltzeit endete vor etwa 11.000 Jahren. Seither befinden wir uns also in einer Warmzeit innerhalb des vorherrschenden Eiszeitalters.

Zwei Faktoren im Klimasystem spielen eine besondere Rolle im Wechsel zwischen Kalt- und Warmzeiten, nämlich die Albedo und die Treibhausgase in der Atmosphäre. Die Albedo bezeichnet das Rückstrahlvermögen eines Körpers und ist umso höher je heller eine Oberfläche ist. Eine weiße Eisfläche in der Arktis reflektiert mehr Sonnenstrahlung als ein im Vergleich dazu dunkler, eisfreier Bereich mit Ozeanwasser. Wenn sich die Erde erwärmt und immer mehr Eis schmilzt, verstärkt sich dieser Prozess und das verbliebene Eis schmilzt noch schneller.

Der natürliche Treibhauseffekt ist ein Prozess, bei dem bestimmte Gase in der Erdatmosphäre dazu beitragen, dass Wärme von der Erdoberfläche zurückgehalten wird und somit die mittleren Temperaturen auf der Erde bei lebensfreundlichen 15 °C bleiben. Die Sonne strahlt Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung auf die Erde ab, insbesondere in Form von sichtbarem Licht und Infrarotstrahlung. Ein Teil dieser Energie wird von der Erdoberfläche aufgenommen und in Form von Infrarotstrahlung wieder abgestrahlt. Einige Gase in der Atmosphäre, wie Wasserdampf, Kohlendioxid (CO₂), Methan und Ozon, absorbieren einen Teil dieser Infrarotstrahlung und verhindern so, dass sie direkt in den Weltraum entweicht.

Dies führt dazu, dass die Atmosphäre aufgeheizt wird, ähnlich wie in einem Gartentreibhaus, von da her wurde auch die Bezeichnung Treibhauseffekt abgeleitet. Die erwärmte Atmosphäre strahlt dann ihrerseits Infrarotstrahlung in alle Richtungen ab, auch zurück zur Erdoberfläche. Dieser Rückstrahlungseffekt trägt dazu bei, dass die Temperaturen auf der Erde höher sind, als sie ohne die Anwesenheit dieser Treibhausgase wären.

Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt wäre es auf der Erde nämlich um etwa 33 °C kälter, die Temperaturen würden also nur ca. -18 °C betragen und höheres Leben, wie wir es kennen, könnte bei diesen niedrigen Temperaturen nicht auf der Erde existieren.

Die wichtigsten natürlichen Treibhausgase sind Wasserdampf (H₂O), Kohlenstoffdioxid (CO₂), Ozon (O₃), Methan (CH₄) und Distickstoffmonoxid (Lachgas, N₂O). All diese Treibhausgase zusammengenommen machen weniger als 1 % der Erdatmosphäre aus. Mit etwa 62 % hat der Wasserdampf den größten Anteil am Treibhauseffekt, gefolgt vom Kohlenstoffdioxid mit ca. 22 %.

Der natürliche Treibhauseffekt ist also etwas Gutes, denn ohne ihn könnten wir nicht existieren. Das Problem ist nun aber die von uns Menschen verursachte Verstärkung dieses natürlichen Treibhauseffekts. Dies geschieht seit etwa 250 Jahren durch menschliche Aktivitäten wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe, Entwaldung und intensive Landwirtschaft, die zu einer Erhöhung der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre führen, insbesondere von Kohlendioxid. Je mehr Treibhausgase durch uns Menschen in die Atmosphäre gelangen, umso stärker wirkt der Treibhauseffekt und umso stärker erhöhen sich die Temperaturen auf der Erde.

Manche Menschen mögen jetzt einwenden, dass die Temperaturen auf der Erde auch schon einmal um 10°C höher waren als heute und dass deshalb der derzeitige Klimawandel kein Problem wäre. Der entscheidende Unterschied zu vergangenen Klimaveränderungen ist aber der, dass der anthropogene Klimawandel sich im Vergleich dazu sehr schnell vollzieht.

Die natürlichen Klimaveränderungen vergangener Erdepochen verliefen nämlich immer nur sehr langsam, die globalen Durchschnittstemperaturen änderten sich nie um mehr als 1 °C in 10.000 Jahren. Seit dem Beginn der industriellen Revolution vor etwa 250 Jahren hat die Menschheit große Mengen an Treibhausgasen freigesetzt. Vor allem durch das Verbrennen von fossilen Energieträgern wie Kohle, Erdöl und Erdgas wurde CO₂ in einem Ausmaß freigesetzt, das den CO₂-Gehalt in der Atmosphäre von ca. 280 ppm (1750) auf 420 ppm (2021) steigen ließ (ppm = parts per million; 1 ppm CO₂ = 1 Teilchen CO₂ pro 1 Million Teilchen Luft) Dieser vom Menschen verursachte Treibhauseffekt bewirkte in den letzten 250 Jahren einen Anstieg der Durchschnittstemperatur von 1,1 °C. Das menschliche Handeln führte also in 250 Jahren zu einer Veränderung im Klima, die in der Natur 10.000 Jahre dauern würde. Die Geschwindigkeit der Erderwärmung hat sich in den letzten Jahrzehnten noch beschleunigt. In den vergangenen 50 Jahren sind die globalen Durchschnittstemperaturen um 0,2 °C pro Jahrzehnt angestiegen.

Diese durch den Menschen verursachte, erdgeschichtlich gesehen sehr rasche Veränderung des globalen Klimasystems, stellt die große Gefahr für die irdischen Ökosysteme und letztlich auch für die Lebensgrundlage für uns Menschen dar. Die früheren natürlichen Klimaveränderungen verliefen so langsam, dass sich die Lebewesen der Erde daran anpassen konnten. Die derzeitige globale Erwärmung jedoch erfolgt so schnell, dass sich viele Pflanzen und Tiere nicht rechtzeitig an die geänderten Umweltbedingungen anpassen können und akut vom Aussterben bedroht sind. Die Auswirkungen des Klimawandels wie das Schwinden der Artenvielfalt, oder der Anstieg der Häufigkeit und Schwere von Naturkatastrophen sowie zahlreiche weitere Faktoren, sind also eine schwerwiegende Herausforderung für die Menschheit. Die Klimaerwärmung und ihre Folgen sind real und wir Menschen müssen danach trachten, den Ausstoß von Treibhausgasen so weit zu reduzieren, dass auch nachfolgende Generationen eine lebensfreundliche Umwelt vorfinden.