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Anthropogene Treibhausgase

Der zusätzliche Treibhauseffekt

Treibhausgase – seit Beginn ein Bestandteil der Erdatmosphäre – lassen die kurzwellige Einstrahlung der Sonne weitestgehend unverändert durch, absorbieren jedoch starke Anteile der langwelligen Wärmeausstrahlung der Erde ins Weltall. Aktuell steigt die Dichte dieser Spurengase durch intensive Nutzung von fossilen Energieträgern markant an.

Alle im Artikel „Natürliche Treibhausgase“ angeführten Gase (H2O, CO2, N2O, O3, CH4) sind derzeit auch von menschlichen Aktivitäten mitbeeinflusst. Fluorkohlenwasserstoffe (FCKW), die neben ihrer zerstörerischen Wirkung auf die Ozonschicht der Stratosphäre auch als Treibhausgase klimawirksam sind, werden sogar zur Gänze vom Menschen in die Atmosphäre eingebracht. Die Art und Weise der Beeinflussung ist jedoch ganz unterschiedlich, was man am besten im Vergleich von Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4) illustrieren kann.

Wohlstandsprodukt CO2

Im Fall des CO2 sind es vor allem drei Hauptverursacher, die das Gas direkt in die Atmosphäre bringen: die fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas. Diese Kohlenstoffträger wurden im Lauf von Jahrmillionen der Erdgeschichte durch Assimilation gebildet und abgelagert. Da wir den Kohlenstoff nun in vergleichsweise extrem kurzer Zeit durch Verbrennen wieder als CO2 der Atmosphäre zuführen, kommen die natürlichen Auslagerungsmechanismen mit diesem Tempo nicht mit und das CO2 reichert sich in der Atmosphäre an. In einem Land wie Österreich verteilt sich der CO2-Ausstoß etwa zu drei gleichen Teilen auf die Felder Raumwärme, Industrie und Verkehr. Das eigentliche Problem ist zweifellos, dass das Verheizen fossiler Energieträger im großen Stil auf grundlegende Art mit unserem Wohlstand, unserer Mobilität und unserem Komfort verbunden ist.

Auf eine noch fundamentalere Art mit der menschlichen Existenz ist das zweitwichtigste langlebige Treibhausgas CH4 verknüpft. Es entsteht hauptsächlich bei Umwandlung von pflanzlicher oder tierischer Materie unter Abwesenheit von Sauerstoff. Also nicht Verbrennen steht hier im Vordergrund, sondern Verfaulen, Vermodern, Verdauen. Der Name Sumpfgas nennt bereits eine wesentliche Quelle für CH4: die Methanerzeugung aus abgestorbenen Pflanzenresten in Mooren, aber auch in Reisfeldern oder in Rindermägen. Auch bei der Förderung fossiler Energieträger wird Methan frei, das bei deren Bildung mitentstanden ist.

Wie viel Methan taut aus Permafrostböden?

Im Hinblick auf die natürliche Methanquelle, die Pflanzenverrottung im Wasser, spielt der Mensch eine ambivalente Rolle. Einerseits haben wir Feuchtraumgebiete in starkem Maß trockengelegt; der Bogen reicht dabei von den Flussauen, die Regulierungen oder der Landgewinnung für Ackerbau zum Opfer gefallen sind, bis zur aktiven Trockenlegung saurer Wiesen. Andererseits trägt die globale Erwärmung zum Auftauen der Permafrostgebiete in hohen geografischen Breiten bei, wodurch neue potenzielle Methanquellen entstehen könnten. Es ist wissenschaftlich allerdings noch nicht geklärt, inwieweit die gleichzeitige Verdichtung der Pflanzendecke den Effekt abpuffern könnte.

Tab. 1: Wichtige Quellen des atmosphärischen Methans weltweit nach einer Sammlung aktueller Abschätzungen (Solomon u.a. 2007, bearb.).
QuelleMio. Tonnen/Jahr

von bis
natürlich 145 260
Feuchtland 100 231
Termiten 20 29
Ozean 4 15
anthropogen 503 610
Kohlebergbau 30 48
Öl- und Gasförderung 36 68
Mülldeponien 35 69
Wiederkäuer 76 189
Reisanbau 31 112
Biomasseverbrennung 14 88

Die Beispiele Reisanbau und Rinderzucht weisen auch auf eine ganz andere Problematik hin, die sich bei weiter zunehmender Erdbevölkerung verschärfen wird: Diese Methanquelle ist unmittelbar mit der Ernährung der Bewohner unseres Planeten verknüpft. Sind die Bequemlichkeitsverluste bei Maßnahmen zur Eindämmung des Verbrauchs an fossiler Energie noch argumentierbar, so sind die entsprechenden Einsparungen beim Nassfeldanbau, der den bevölkerungsreichsten Kontinent Asien primär ernährt, nicht jetzt und noch weniger in Zukunft zu erwarten.

Warum ist CO2 so klimaaktiv?

Jedes der Treibhausgase hat ein unterschiedliches Treibhauspotenzial. Es ergibt sich aus dem Prozentsatz der Strahlung, den es pro Wellenlänge absorbiert, wie breit seine Absorptionsbande ist und an welcher Stelle im Ausstrahlungsspektrum der Erde es sie sich befindet. Das Treibhauspotenzial des CO2 ist übrigens das schwächste von allen untersuchten klimaaktiven langlebigen Spurengasen. CH4 ist 30-mal, N2O 150-mal, O3 2.000-mal und ein durchschnittliches FCKW sogar 15.000-mal so wirksam wie CO2.

Warum führen wir dann das Kohlendioxid als das primäre langlebige Treibhausgas? Die Spurengase kommen in sehr unterschiedlicher Verdünnung in der Atmosphäre vor. Mit einer Dichte von derzeit etwas mehr als 380 ppm (parts per million, Teile pro Million, 10-6) gibt es in der Atmosphäre wesentlich mehr CO2 als das zweithäufigste Treibhausgas CH4. Dieses kommt etwa 500-mal seltener vor, wird in ppb (parts per billion, Teile pro Milliarde, 10-9) gemessen und liegt derzeit bei 1.800 ppb. N2O ist etwa 1.000-mal seltener als CO2 und für die so klimaaktiven FCKWs benötigt man sogar die Skala ppt (parts per trillion, Teile pro Billion, 10-12).

Tab. 2: Wirksamkeit langlebiger Treibhausgase und Aerosole (Kuhn 1990, Solomon u.a. 2007).
PotenzialKonzentration
2005
Änderung
seit 1998
Strahlungsantrieb
2005
relativ zu CO2 (= 1) W/m²
Treibhausgase
CO2 1 380 ppm +13 ppm +1,66
CH4 30 1774 ppb +11 ppb +0,48
bodennahes O3 2000 +0,35
FCKW 15000 3 bis 600 ppt –47 bis +38 ppt +0,27
N2O 150 319 ppb +5 ppb +0,16
andere +0,04
stratosphärisches O3 2000 –0,05
Aerosole
Aerosole direkt –0,50
Aerosole indirekt –0,70

Die Wichtigkeit eines Treibhausgases für die Klimabeeinflussung ergibt sich erst aus der Kombination von Potenzial und Verdünnung. Dafür hat sich in der Wissenschaft der englische Ausdruck „radiative forcing“ (Strahlungsantrieb) eingebürgert. Darunter versteht man den Antrieb für die Klimaerwärmung zur direkten Vergleichbarkeit mit der Sonneneinstrahlung in Energie- bzw. Leistungseinheiten W/m². Strenggenommen ist der vom Menschen zusätzlich verursachte Klimaantrieb gemeint. Auf dieser Skala liegt nun erwartungsgemäß bei den langlebigen Treibhausgasen das CO2 klar in Führung, wie man der Tabelle aus Tabelle 2 entnehmen kann. In der Tabelle fallen allerdings auch negative Antriebe auf, die zum Teil auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen sind. Sie werden allerdings nicht von Gasen, sondern von flüssigen oder festen Schwebeteilchen verursacht, den Aerosolen.

 

Literatur:

Böhm R. (2010): Heiße Luft – nach Kopenhagen. Reizwort Klimawandel. Fakten – Ängste Geschäfte. 2. Aufl. Wien, Klosterneuburg: Va Bene, 280 Seiten, ISBN 978-3-85167-243-5

Buchal C., Schönwiese C. (2010): Klima. Die Erde und ihre Atmosphäre im Wandel der Zeiten. Berlin: Helmholtz-Gemeinschaft, 206 Seiten, ISBN 978-3-89336-589-0

Crowley T.J. (2000): Causes of climate change over the past 1000 years. Science 289, 270–277, doi:10.1126/science.289.5477.270

NOAA: Trends in atmospheric carbon dioxide. http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends, abgerufen am 03.08.2010

Ruddiman W.F. (2008): Earth’s climate. Past and future. 2. Aufl. New York: Freeman, 465 Seiten, ISBN 978-0-7167-8490-6

Solomon S., Qin D., Manning M., Chen Z., Marquis M., Averyt K.B., Tignor M., Miller H.L. (Hg.) (2007): Climate change 2007: The physical science basis. Contribution of working group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, New York: Cambridge University Press, 996 Seiten, ISBN 9780521705967 (Website)

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