Hinter dem Kampf gegen die globale Erwärmung und den Klimawandel steht die Zunahme der Treibhausgase in unserer Atmosphäre. Ein Treibhausgas ist eine gasförmige Verbindung in der Atmosphäre, die Infrarotstrahlung absorbieren und dadurch Wärme in der Atmosphäre einfangen und halten kann. Durch die Erhöhung der Wärme in der Atmosphäre sind Treibhausgase für den Treibhauseffekt verantwortlich, der letztendlich zur globalen Erwärmung führt.
Sonneneinstrahlung und der "Treibhauseffekt"
Die globale Erwärmung ist in der Wissenschaft kein neues Konzept. Die Grundlagen des Phänomens wurden vor weit über einem Jahrhundert von Svante Arrhenius im Jahr 1896 ausgearbeitet. Sein im Philosophical Magazine und Journal of Science veröffentlichtes Papier war das erste, das den Beitrag von Kohlendioxid zu dem quantifizierte, was Wissenschaftler heute als "Gewächshaus" bezeichnen bewirken."
Der Treibhauseffekt tritt auf, weil die Sonne die Erde mit enormen Strahlungsmengen bombardiert, die in Form von sichtbarem Licht auf die Erdatmosphäre treffen, sowie mit ultravioletter (UV), infraroter (IR) und anderen Arten von Strahlung, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Ungefähr 30 Prozent der Strahlung, die auf die Erde trifft, wird von Wolken, Eis und anderen reflektierenden Oberflächen zurück in den Weltraum reflektiert. Die restlichen 70 Prozent werden laut NASA von den Ozeanen, dem Land und der Atmosphäre absorbiert.
Während sie Strahlung absorbieren und sich erwärmen, geben die Ozeane, das Land und die Atmosphäre Wärme in Form von IR-Wärmestrahlung ab, die aus der Atmosphäre in den Weltraum gelangt. Das Gleichgewicht zwischen einfallender und ausgehender Strahlung hält laut NASA die durchschnittliche Gesamttemperatur der Erde bei etwa 15 Grad Celsius.
Dieser Austausch von ein- und ausgehender Strahlung, der die Erde erwärmt, wird als Treibhauseffekt bezeichnet, da ein Gewächshaus auf die gleiche Weise funktioniert. Einfallende UV-Strahlung dringt leicht durch die Glaswände eines Gewächshauses und wird von den Pflanzen und harten Oberflächen im Inneren absorbiert. Eine schwächere IR-Strahlung kann jedoch nur schwer durch die Glaswände gelangen und wird im Inneren eingeschlossen, wodurch das Gewächshaus erwärmt wird.
Wie Treibhausgase die globale Erwärmung beeinflussen
Die Gase in der Atmosphäre, die Strahlung absorbieren, werden als "Treibhausgase" (manchmal als THG abgekürzt) bezeichnet, da sie weitgehend für den Treibhauseffekt verantwortlich sind. Der Treibhauseffekt ist wiederum eine der Hauptursachen für die globale Erwärmung. Die wichtigsten Treibhausgase sind nach Angaben der Environmental Protection Agency (EPA) Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4) und Lachgas (N2O). "Während Sauerstoff (O2) das zweithäufigste Gas in unserer Atmosphäre ist, absorbiert O2 keine thermische Infrarotstrahlung", sagte Michael Daley, Associate Professor für Umweltwissenschaften am Lasell College in Massachusetts.
Während einige argumentieren, dass die globale Erwärmung ein natürlicher Prozess ist und dass es immer Treibhausgase gegeben hat, ist die Menge der Gase in der Atmosphäre in der jüngeren Geschichte in die Höhe geschossen. Vor der industriellen Revolution schwankte das atmosphärische CO2 während der Eiszeiten zwischen etwa 180 ppm und 280 ppm während der interglazialen Warmzeiten. Nach Angaben der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) ist die CO2-Menge seit der industriellen Revolution jedoch 100-mal schneller gestiegen als am Ende der letzten Eiszeit.
Fluorierte Gase - dh Gase, denen das Element Fluor zugesetzt wurde - einschließlich Fluorchlorkohlenwasserstoffen, Perfluorkohlenwasserstoffen und Schwefelhexafluorid entstehen bei industriellen Prozessen und gelten auch als Treibhausgase. Obwohl sie in sehr geringen Konzentrationen vorhanden sind, speichern sie Wärme sehr effektiv und machen sie zu Gasen mit hohem "Global Warming Potential" (GWP).
Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die einst als Kältemittel und Aerosol-Treibmittel verwendet wurden, bis sie durch ein internationales Abkommen auslaufen, sind ebenfalls Treibhausgase.
Es gibt drei Faktoren, die das Ausmaß beeinflussen, in dem Treibhausgase die globale Erwärmung beeinflussen:
- Seine Fülle in der Atmosphäre.
- Wie lange bleibt es in der Atmosphäre.
- Sein Potenzial zur globalen Erwärmung.
Kohlendioxid hat einen erheblichen Einfluss auf die globale Erwärmung, unter anderem aufgrund seines Überflusses an Atmosphäre. Laut EPA beliefen sich die Treibhausgasemissionen in den USA im Jahr 2016 auf 6.511 Millionen Tonnen (7.177 Millionen Tonnen) Kohlendioxidäquivalente, was 81 Prozent aller vom Menschen verursachten Treibhausgase entspricht - ein Rückgang von 2,5 Prozent gegenüber dem Vorjahr. Darüber hinaus bleibt CO2 Tausende von Jahren in der Atmosphäre.
Methan absorbiert jedoch etwa 21-mal effizienter Strahlung als CO2, was ihm eine höhere GWP-Bewertung verleiht, obwohl es laut EPA nur etwa 10 Jahre in der Atmosphäre verbleibt.
Quellen von Treibhausgasen
Einige Treibhausgase wie Methan werden durch landwirtschaftliche Praktiken erzeugt, einschließlich Viehdung. Andere, wie CO2, resultieren größtenteils aus natürlichen Prozessen wie der Atmung und der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Öl und Gas.
Die zweite Ursache für die CO2-Freisetzung ist laut einer von der Duke University veröffentlichten Studie die Entwaldung. Wenn Bäume getötet werden, um Waren oder Wärme zu produzieren, setzen sie den Kohlenstoff frei, der normalerweise für die Photosynthese gespeichert wird. Dieser Prozess setzt laut der Global Forest Resources Assessment 2010 fast eine Milliarde Tonnen Kohlenstoff pro Jahr in die Atmosphäre frei.
Forstwirtschaft und andere Landnutzungspraktiken können laut EPA einen Teil dieser Treibhausgasemissionen ausgleichen.
"Durch das Umpflanzen wird die Bildung von Kohlendioxid in der Atmosphäre verringert, da wachsende Bäume Kohlendioxid durch Photosynthese binden", sagte Daley gegenüber Live Science. "Wälder können jedoch nicht das gesamte Kohlendioxid, das wir durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe an die Atmosphäre abgeben, binden. Eine Reduzierung der Emissionen fossiler Brennstoffe ist weiterhin erforderlich, um eine Anreicherung in der Atmosphäre zu vermeiden."
Weltweit gibt der Ausstoß von Treibhausgasen Anlass zu großer Sorge. Von Beginn der industriellen Revolution bis zum Jahr 2009 sind die atmosphärischen CO2-Werte laut NASA um fast 38 Prozent und die Methanwerte um satte 148 Prozent gestiegen, und der größte Teil dieses Anstiegs war in den letzten 50 Jahren zu verzeichnen. Aufgrund der globalen Erwärmung war 2016 das wärmste Jahr seit Bestehen, und mit 2018 auf dem Weg zum viertwärmsten Jahr sind laut der Weltorganisation für Meteorologie 20 der heißesten Jahre seit Bestehen nach 1998 vergangen.
"Die beobachtete Erwärmung wirkt sich auf die atmosphärische Zirkulation aus, die sich weltweit auf die Niederschlagsmuster auswirkt", sagte Josef Werne, außerordentlicher Professor am Institut für Geologie und Planetenwissenschaften der Universität von Pittsburgh. "Dies wird zu großen Umweltveränderungen und Herausforderungen für Menschen auf der ganzen Welt führen."
Die Zukunft unseres Planeten
Wenn sich die aktuellen Trends fortsetzen, befürchten Wissenschaftler, Regierungsbeamte und eine wachsende Zahl von Bürgern, dass die schlimmsten Auswirkungen der globalen Erwärmung - extremes Wetter, steigender Meeresspiegel, Aussterben von Pflanzen und Tieren, Versauerung der Ozeane, große Klimaveränderungen und beispiellose soziale Umwälzungen - eintreten werden unvermeidlich.
Als Antwort auf die Probleme, die durch die globale Erwärmung durch Treibhausgase verursacht werden, hat die US-Regierung 2013 einen Klimaschutzplan erstellt. Im April 2016 unterzeichneten Vertreter aus 73 Ländern das Pariser Abkommen, einen internationalen Pakt zur Bekämpfung des Klimawandels durch Investitionen in eine nachhaltige , kohlenstoffarme Zukunft gemäß dem Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCCC). Die USA gehörten zu den Ländern, die dem Abkommen im Jahr 2016 zugestimmt hatten, leiteten jedoch im Juni 2017 ein Verfahren zum Rücktritt vom Pariser Abkommen ein.
Laut EPA waren die Treibhausgasemissionen 2016 um 12 Prozent niedriger als 2005, was teilweise auf den starken Rückgang der Verbrennung fossiler Brennstoffe infolge der Umstellung auf Erdgas aus Kohle zurückzuführen ist. Die wärmeren Winterbedingungen in diesen Jahren reduzierten auch die Notwendigkeit für viele Haushalte und Unternehmen, die Hitze zu erhöhen.
Forscher auf der ganzen Welt arbeiten weiterhin daran, Wege zu finden, um die Treibhausgasemissionen zu senken und ihre Auswirkungen zu mildern. Eine mögliche Lösung, die Wissenschaftler untersuchen, besteht darin, das Kohlendioxid aus der Atmosphäre abzusaugen und es auf unbestimmte Zeit unter der Erde zu vergraben, sagte Dina Leech, Associate Professor für Biologie und Umweltwissenschaften an der Longwood University in Virginia.
"Was wir tun können, ist zu minimieren, wie viel Kohlenstoff wir dort anbringen, und infolgedessen die Temperaturänderung zu minimieren", sagte Leech. "Das Aktionsfenster schließt sich jedoch schnell."
Zusätzliche Ressourcen:
- EPA - Klimawandel: Grundlegende Informationen
- NASA: Globaler Klimawandel
- National Geographic - Klimameilenstein: Der CO2-Gehalt der Erde überschreitet 400 ppm
Dieser Artikel wurde am 3. Januar 2019 von Rachel Ross, einer Mitarbeiterin von Live Science, aktualisiert.
