Wissenschaftliche Grundlagen zur Erforschung der Klimaerwärmung
Energie von der Sonne dringt in Form von Lichtwellen in die Atmosphäre ein und heizt die Erde auf. Auf der Erdoberfläche wird ein Teil dieser Energie in Wärme umgewandelt, der Rest wird in Form von infraroter Strahlung reflektiert.
Unter normalen Umständen wird ein Teil dieser infraroten Strahlung von der Atmosphäre eingefangen. Dadurch bleibt die Temperatur auf der Erde innerhalb erträglicher Grenzen. Auf der Venus ist der Anteil der Treibhausgase in der Atmosphäre so hoch, dass die Temperaturen extrem hoch sind. Dagegen gibt es auf dem Mars fast gar keine Treibhausgase, daher ist er extrem kalt. Nur auf der Erde waren die Temperaturen genau richtig für die Entstehung von Leben.
Das Problem ist, dass sich die dünne Schicht der Erdatmosphäre immer mehr mit von Menschen produziertem CO2 und anderen Treibhausgasen anreichert. Durch diese Gase wird ein grosser Teil der infraroten Strahlung eingefangen, die sonst durch die Atmosphäre hindurch ins Weltall reflektiert werden würde. Die Folge ist, dass die Temperaturen der Atmosphäre und der Weltmeere gefährlich ansteigen.
Und darum geht es, wenn wir von der Klimakrise sprechen.
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Professor Roger Revelle war der erste Wissenschaftler, der eine Studie zum CO2-Gehalt in der Erdatmosphäre veranlasst hat. Im Jahr 1958 beauftragte er Charles David Keeling, im Rahmen einer Studie täglich die CO2-Konzentration über der Hauptinsel von Hawaii zu messen.
Nach einigen Jahren konnte Professor Revelle mit Hilfe der gesammelten Daten die unten stehende Grafik erstellen. Schon in dieser frühen Phase des Experiments war eindeutig, dass die CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre signifikant anstieg.
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Viele werden sich fragen, warum die Linie, die die CO2-Konzentration angibt, steil ansteigt und dann einmal im Jahr jäh abfällt. Der Grund dafür liegt darin, dass die Landmassen auf der Erde – wie das unten stehende Bild zeigt – zum grössten Teil nördlich des Äquators liegt. Deshalb befindet sich auch der grösste Teil der Vegetation auf der Nordhalbkugel.
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Wenn im Frühjahr und Sommer die Nordhalbkugel der Sonne zugeneigt ist, spriessen dort die Blätter. Und weil Pflanzen CO2 aufnehmen, nimmt die CO2-Konzentration weltweit ab.
Wenn die Nordhalbkugel im Herbst und Winter der Sonne abgeneigt ist, fallen die Blätter ab. CO2 wird freigesetzt, und die CO2-Konzentration in der Atmosphäre steigt wieder an.
Die Erde „atmet“ also einmal im Jahr ein und aus.
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Das gleiche Muster einer stetig steigenden CO2-Konzentration, das Revelles Messungen in den ersten Jahren ergeben haben, hat sich fast 50 Jahre fortgesetzt.
Diese bemerkenswerten, mit viel Geduld erhobenen Daten sind das Ergebnis einer der wichtigsten Messreihen der Wissenschaftsgeschichte.
Vor der Industrialisierung betrug die CO2-Konzentration 280 ppm (parts per million). Im Jahr 2005 betrug dieser Wert, gemessen am Mauna Loa Observatorium, 381 ppm.
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Was sind eigentlich Treibhausgase?
Wenn wir von Treibhausgasen sprechen, dann meinen wir meistens Kohlendioxid. CO2 ist das mit Abstand wichtigste Treibhausgas, doch es gibt auch noch andere. Allen Treibhausgasen ist gemeinsam, dass sie zwar das Sonnenlicht durchlassen, aber einen Teil der von der Erdoberfläche reflektierten infraroten Strahlung einfangen und dadurch die Atmosphäre aufheizen. Ein gewisser Anteil an Treibhausgasen in der Atmosphäre ist durchaus von Vorteil. Ohne sie würde die Durchschnittstemperatur auf der Erdoberfläche nur etwa -18 Grad betragen. Unser Planet wäre ein eher unwirtlicher Ort. Treibhausgase tragen dazu bei, die Temperatur der Erdoberfläche auf dem erträglichen Niveau von im Schnitt fast 15 Grad zu halten. Weil sich durch den Einfluss des modernen Menschen jedoch die Konzentration der Treibhausgase erhöht hat, steigt die Durchschnittstemperatur unseres Planeten ständig an. Die Folge sind die gefährlichen Veränderungen des Klimas, die wir weltweit beobachten können.
Im Zentrum der Aufmerksamkeit steht meist CO2, das 80 % der klimaschädigenden Gase ausmacht. CO2 entsteht bei der Verbrennung fossiler Energieträger (Erdöl, Erdgas und Kohle) in Heizkesseln, Autos, Fabriken, und Kraftwerken, bei der (Brand-)Rodung von Wäldern und bei der Produktion von Zement. Durch unseren Energieverbrauch ist der Anteil an CO2 in der Atmosphäre sprunghaft angestiegen.
Dasselbe gilt für Stickoxid und Methan. 60% des Methans in der Atmosphäre gehen auf menschliche Aktivitäten zurück. Es stammt aus Mülldeponien, Viehzucht, Verbrennung fossiler Energieträger, Abwasserreinigung und Industrie. Bei der Viehzucht im grossen Stil wird die Gülle in riesigen Silos gelagert. Dabei wird Methan freigesetzt. Wenn der Dung auf der Weide trocknet, ist das nicht der Fall. Auch Stickoxid (N2O), ein weiteres Treibhausgas, ist ein natürlicher Bestandteil der Atmosphäre. Allerdings ist allein seit dem Beginn der Industrialisierung ein Anstieg von 17% zu verzeichnen, der auf Düngemittel, fossiler Brennstoffe und das Verbrennen von Holz und Ernteabfällen zurückzuführen ist.
Schwefelhexafluorid (SF6). Perfluorcarbon (PFC) und Hydrofluorcarbon (HFC) sind Treibhausgase, die ausschliesslich vom Menschen produziert werden. Auch der Ausstoss dieser Gase nimmt zu. HFC dienen in Kühlgeräten als Ersatz für Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), die verboten wurden, weil sie die Ozonschicht zerstörten. FCKW waren ausserdem sehr starke Treibhausgase. PFC und SF6 werden bei der Produktion von Aluminium und Halbleitern sowie von Überlandleitungen freigesetzt.
Schliesslich wirkt auch Wasserdampf als Treibhausgas. Bei höheren Temperaturen entsteht mehr Wasserdampf, was den Treibhauseffekt noch verstärkt.