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17.03.2016

Treibhauseffekt und Emissionsszenarien Wie wirken sich Änderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre auf das Klimageschehen aus?

Der natürliche Treibhauseffekt

Unsere Atmosphäre ist – relativ zur Größe unseres Planeten betrachtet – eine dünne, empfindliche Gashülle, die für uns lebenswichtig ist. Sie schirmt uns vor zu starker schädlicher Strahlung ab, beispielsweise vor zu starker UV-Strahlung. Den in ihr enthaltenen Sauerstoff benötigen wir zum Atmen. In der Atmosphäre findet ein Temperaturausgleich zwischen Äquator und Polen. Ohne diese physikalischen Prozesse wäre es auf der Erde polnah unerträglich kalt beziehungsweise in den Tropen noch heißer.

Die Atmosphäre und der natürliche Treibhauseffekt

Zum Verständnis des Treibhauseffektes der Atmosphäre sind einige Kenntnisse über die Zusammensetzung unserer Atmosphäre hilfreich: Sie besteht hauptsächlich aus Stickstoff und Sauerstoff und besitzt darüber hinaus von Natur aus gering konzentrierte Beimengungen, sogenannte Spurengase (siehe Abschnitt "Die Chemische Zusammensetzung der Atmosphäre").

Diese sind für den Strahlungshaushalt von besonderer Bedeutung, denn einige von ihnen wirken als sogenannte Treibhausgase. Sie haben einen Massenanteil von insgesamt nur drei Promille, sind aber außerordentlich strahlungswirksam. Der durch sie hervorgerufene natürliche Treibhauseffekt ist ein Phänomen, das völlig unabhängig vom Menschen auftritt und das Leben auf der Erde, so wie wir es kennen, erst ermöglicht hat.

Ohne diese natürlich vorkommenden Treibhausgase hätte die Erde nur eine mittlere Temperatur von –18°C statt 15°C (wenn wir die gleiche Rückstreufähigkeit von 30 % annehmen). Der Wasserdampf hat den größten Anteil am natürlichen Treibhauseffekt, es folgen Kohlendioxid (CO2), Ozon (O3), Distickstoffoxid (oder: Lachgas, N2O) und Methan (CH4).

Die Chemische Zusammensetzung der Atmosphäre

© PD Dr. Martin Schultz - Forschungszentrum Jülich, persönliche Mitteilung. Massenanteil der Gase in der Erdatmosphäre (teilweise gerundet). Die Abkürzungen ppm, ppb und ppt stehen für: ppm (engl. parts per million = dt. Teile pro Million), ppb (engl. parts per billion = dt. Teile pro Milliarde),  ppt (engl. parts per trillion = dt. Teile pro Billion).

© PD Dr. Martin Schultz - Forschungszentrum Jülich, persönliche Mitteilung. Massenanteil der Gase in der Erdatmosphäre (teilweise gerundet). Die Abkürzungen ppm, ppb und ppt stehen für: ppm (engl. parts per million = dt. Teile pro Million), ppb (engl. parts per billion = dt. Teile pro Milliarde), ppt (engl. parts per trillion = dt. Teile pro Billion).

Trockene und aerosolfreie, also „reine“ atmosphärische Luft in Bodennähe setzt sich aus 78,08% Stickstoff, 20,94% Sauerstoff, 0,934% Argon und weniger als 1% Spurengasen zusammen. Zu diesen Spurengasen gehören Kohlendioxid und Ozon. Die letztgenannten Gase und einige andere wirken als Treibhausgase. Dazu gehört auch der Wasserdampf, das wichtigste Treibhausgas. Wasserdampf ist in feuchter Luft im Mittel zu 0.4% enthalten.

Die langlebigen Treibhausgase verteilen sich auf Grund ihrer Lebensdauer relativ gleichmäßig um den Globus. Daher ist ihre Konzentration in der Höhe, also fern von ihren Quellen und Senken, auch verhältnismäßig einheitlich. Die Konzentration des Wasserdampfes dagegen schwankt aufgrund der Verdunstung von den Ozeanen und durch den globalen Wasserkreislauf räumlich und zeitlich sehr stark.

Autorin

Dr. Irene Fischer-Bruns (Ursprungsversion)
Climate Service Center Germany (GERICS) des Helmholtz-Zentrums Geesthacht