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Lexikon der Biologie: Treibhauseffekt

Treibhauseffekt, Glashauseffekt, Gewächshauseffekt, Bezeichnung für den Erwärmungseffekt der Atmosphäre der Erde (aber auch der anderer Planeten, insbesondere der Venus), der daraus resultiert, daß die kurzwellige Sonnenstrahlung (elektromagnetische Spektrum) die Atmosphäre fast ungehindert bis zur Erdoberfläche durchdringen kann, die von der Erdoberfläche ausgehende langwellige terrestrische Strahlung (Infrarot) aber bevorzugt von den atmosphärischen Wasserdampf- (Wasser, Wasserdampf) und Kohlendioxidmolekülen (Kohlendioxid) weitgehend absorbiert (Absorption) und in Wärme umgewandelt wird. Die Spurengase in der Atmosphäre (s.u.) emittieren entsprechend der atmosphärischen Temperatur ihrerseits Wärmestrahlung, die partiell wieder zur Erdoberfläche zurückgestrahlt wird (Gegenstrahlung). Dies führt zu einer größeren Energieaufnahme der Erdoberfläche als ohne Atmosphäre und damit zur zusätzlichen Erwärmung der Erdoberfläche. Die globale Mitteltemperatur in Bodennähe, die ohne das Vorhandensein einer Atmosphäre –18 °C betragen würde (!), wird durch diese Vorgänge um 33 °C auf +15 °C angehoben. Erst durch die Ausbildung einer Atmosphäre (Erdgeschichte) und den sich gleichzeitig entwickelnden natürlichen Treibhauseffekt wurde Leben auf der Erde möglich. – Die Wirkung der klimawirksamen (Klima) atmosphärischen Gase ähnelt der Glasabdeckung eines Glashauses, da sowohl Glas als auch die klimawirksamen Gase die kurzwellige Strahlung weitgehend transmittieren („durchlassen“), die langwellige Strahlung hingegen weitgehend absorbieren (Strahlungsbilanz [Abb.]). Anders als ein Glashaus (Gewächshaus) ist die Atmosphäre aber nach oben offen und gibt deshalb einen erheblichen Teil der in Wärmeenergie umgewandelten „kurzwelligen“ Strahlungsenergie an den Weltraum ab. (Je geringer z.B. der Gehalt der Atmosphäre an Wasserdampf [Luftmasseneigenschaft] ist, desto höher sind die Wärmeverluste bzw. die Gefahr von nächtlichem Strahlungs-Frost.) Der Wärmegewinn wird theoretisch um so größer, je höher der Anteil klimawirksamer Gase an der Zusammensetzung der Atmosphäre ist. Allerdings tritt eine Sättigung dann ein, wenn alle langwellige absorbierbare Strahlung tatsächlich absorbiert wird. Eine über diesen Sättigungszustand hinausgehende Zufuhr klimawirksamer Gase kann dann zu keinem weiteren Wärmegewinn führen. Dieser Zustand ist allerdings in der Atmosphäre für viele Spurengase noch nicht erreicht. – Durch menschliche Aktivitäten wurden und werden der Atmosphäre eine Vielzahl von klimawirksamen Spurengasen zugeführt. Zu nennen sind Kohlendioxid (CO2), das bei allen Verbrennungsprozessen (fossile Brennstoffe) freigesetzt wird, Methan (CH4), welches bei der Tierhaltung (Massentierhaltung), dem Anbau von Reis und beim Betrieb von Müll-Deponien entsteht, Chlorfluormethane (CFM) und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die vom Menschen künstlich erzeugt werden, Distickstoffoxid (N2O; Lachgas, Stickoxide), das besonders durch Überdüngung in die Atmosphäre gelangt, sowie troposphärisches Ozon, das bevorzugt durch photochemische Reaktionen (Photochemie) der Kfz-Abgase (Luftverschmutzung) gebildet wird. Auch die fortschreitende Abnahme der Biomasse z.B. durch Zerstörung großer Waldflächen (Regenwald) ist in diesem Kontext zu erwähnen. Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen dem Wachstum der Weltbevölkerung (Bevölkerungsentwicklung) und des Weltwohlstands und dem Anstieg der Emissionen dieser klimawirksamen Spurengase (und damit der Zunahme des Treibhauseffekts; anthropogener Treibhauseffekt). Die Abb. zeigt die nach den vorliegenden Klimamodellrechnungen anzunehmende globale Temperaturzunahme der bodennahen Luftschicht bei einer Verdopplung des Anteils einiger klimawirksamer Spurengase durch den Menschen. Zum Vergleich sind auch die globalen Temperaturänderungen angeführt, die durch natürliche und anthropogene Stäube, durch die Variationen der solaren Aktivität und interne Klimafluktuationen (Klimaänderungen, Milankovic, Paläoklimatologie) nach den Klimamodellrechnungen zu erwarten sind. Einen weiteren, bis jetzt noch nicht völlig geklärten Einfluß auf die globale Erwärmung hat auch der Anteil an Meereis (Gashydrate) an den Polkappen der Erde. Bodentemperatur, Brandrodung.



Treibhauseffekt

1 Schematische Darstellung der Wirkung im Infraroten absorbierender Spurenstoffe auf den Strahlungshaushalt des Systems Erde/Atmosphäre.



Treibhauseffekt

2 Zu erwartende Änderungen der globalen, bodennahen Jahresmitteltemperaturen (nach vereinfachten Klimamodellabschätzungen) als Folge einer Verdopplung der klimawirksamen Spurengase, der atmosphärischen Aerosolteilchen, solarer Aktivitätsschwankungen und zufallsbedingter Klimafluktuationen.

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