Der Treibhauseffekt: Warum sich das Klima wandelt
Quelle: von Martin Kugler und Jürgen Langenbach (Die Presse)
Der Treibhauseffekt ist einer unter vielen Klimatreibern. Die meisten laufen auch ohne Menschen ab. Die Durchschnittstemperatur der Erde ist Ausdruck des Energiehaushaltes.
Das Klima hat sich immer schon gewandelt. In historischen Zeiträumen tragen dazu die Veränderung der Sonnenaktivität, die Neigung der Erdachse oder die Verschiebung der Kontinente bei. Die Beschaffenheit der Atmosphäre hatte immer schon einen großen Einfluss auf das Klima: In der Frühzeit der Erde war viel CO2 in der Luft - es kam aus Vulkanen -, erst als die Fotosynthese „erfunden" war, reicherte sich die Atmosphäre mit Sauerstoff an, der CO2-Gehalt sank. Und damit auch die Temperatur.
Aus dem Gleichgewicht
Die Durchschnittstemperatur der Erde ist Ausdruck des Energiehaushaltes. Von der Sonne werden große Energiemengen auf die Erde eingestrahlt - um vier Größenordnungen mehr, als die Menschheit an Energie verbraucht. Ein Teil davon wird in der Atmosphäre, an Wolken und von der Erdoberfläche in den Weltraum zurückgestrahlt. Ein Teil der Energie wird aber absorbiert, dadurch steigt die Oberflächentemperatur, und gemäß den Gesetzen der Physik strahlt die Erde Infrarotstrahlung ab, die der Temperatur entspricht.
Im Gleichgewicht sind die eingestrahlte und die abgestrahlte Energiemenge gleich, die Temperatur ist konstant. Hier kommt der Treibhauseffekt ins Spiel: Die abgestrahlte Energie wird von bestimmten Gasen daran gehindert, die Erde wieder in Richtung Weltraum zu verlassen. Dadurch steigt der Energiegehalt der Erde - und das äußert sich in einer Erwärmung.
Das wichtigste Klimagas ist CO2, noch deutlich wirksamer sind andere Gase, etwa Methan (CH4), Lachgas (N2O) oder halogenierte Kohlenwasserstoffe. Auch Wasserdampf ist ein starkes Treibhausgas, der Wassergehalt der Luft kann allerdings nicht direkt beeinflusst werden, er ergibt sich aus der Temperatur - und wirkt damit als Verstärker.
Die Treibhausgase selbst liefern nur einen kleinen Beitrag zur Erwärmung, er wird verstärkt durch Rückkoppelungen - wie durch den Wasserdampf. Andere positive Rückkoppelungen sind etwa Schnee oder Eis: Diese reflektieren viel Sonnenstrahlung in den Weltraum, je weniger es davon gibt, desto weniger Strahlung wird in den Weltraum zurückreflektiert.
Es gibt aber auch negative Rückkoppelungen, die die Wirkung des Treibhauseffekts dämpfen. So fördert eine Erwärmung das Pflanzenwachstum, dadurch wird mehr CO2 aus der Luft herausgeholt, in Form von Biomasse für eine gewisse Zeit gespeichert. Auch die Physik hält einen mächtigen Gegenspieler bereit: Die Wärmeabstrahlung der Erde steigt sehr stark mit der Temperatur an - und zwar mit der vierten Potenz.
Klimaforscher betonen, dass die Erhöhung der Durchschnittstemperatur der Erde um x Grad nicht bedeutet, dass es an allen Punkten der Welt um so viele Grad wärmer wird. Die Erwärmung ist „nur" ein Zeichen dafür, dass der Energiegehalt der Erde höher ist. Dadurch verändern sich aber viele Klimasysteme. Sehr wichtig sind etwa Meeresströmungen, deren Veränderung regional sehr unterschiedliche Folgen haben. Viel Energie wird auch in den Meeren gespeichert - hier liegen viele Details aber noch im Dunkel.
Menschliche Aktivität
Das alles passiert auch ohne menschlichen Einfluss. Vor 200 Jahren hat sich die Situation aber geändert: Im Zuge der Industrialisierung verbrannte und verbrennt die Menschheit immer mehr Kohle, Erdöl und Erdgas, die intensive Landwirtschaft tut ihr Übriges. Der CO2-Gehalt der Atmosphäre ist in den letzten 100 Jahren von 280 ppm (Teilchen pro Million Luft-Teilchen) auf derzeit 380 ppm gestiegen. Eine große Mehrheit der Forscher ist sich sicher, dass das zu der gemessenen Temperaturerhöhung um 0,8 Grad geführt hat.
Die menschliche Aktivität hat auch noch weitere Folgen für das Klima: Die Luftverschmutzung führt dazu, dass sich mehr Aerosole in der Luft befinden. Diese Schwebeteilchen aus Ruß und/oder Schwefel haben verschiedenste Effekte: Sie verringern z.B. die Sonneneinstrahlung auf die Erde oder führen zur verstärkten Wolkenbildung. Viele Details sind dabei noch unklar, in Summe haben Aerosole aber eine abkühlende Wirkung - wie man auch aus den Folgen großer Vulkanausbrüche sieht, die stets temporär für Abkühlung gesorgt haben.
Der Mainstream der Forscher betrachtet die Klimaentwicklung als Überlagerung von natürlichen Treibern und menschlichen Treibhausgasemissionen. Manche Wissenschaftler sehen das aber anders: Sie wollen die Klimaentwicklung durch die Sonne erklären. Bei langen Klimazyklen, etwa den Eiszeiten, spielt sie zweifelsohne eine bestimmende Rolle. Aber auch bei den kurzfristigen Veränderungen? Seit zehn Jahren sind die Aktivitäten der Sonne ungewöhnlich niedrig, seit zehn Jahren ist global die Temperatur nicht bzw. kaum gestiegen.
Aber Vorsicht: Wenn die Sonne weniger aktiv ist, strahlt sie im sichtbaren Bereich um 0,02 Prozent weniger Energie ab. Das ist zu wenig für Auswirkungen auf die Erde, es bräuchte einen Verstärker. Den sehen manche im Zusammenwirken von Sonnenwind und kosmischer Strahlung: Eine aktive Sonne emittiert viele ionisierte Teilchen, sie schirmen die Erde vor kosmischer Strahlung ab. Kommt von der hingegen viel durch, bildet sie Kristallisationskerne für Wolken, die die Erde abschatten. So weit die Hypothese, sie ist umstritten. Viele Befunde sprechen gegen sie, eine historische Erfahrung stützt sie: Im „Maunder-Minimum" von 1645 bis 1715 kam die Sonnenaktivität fast zum Erliegen, es wurde kalt, die „Kleine Eiszeit" war auf dem Höhepunkt.