Der Treibhauseffekt

In einem Treibhaus können Gemüse oder Blumen auch dann gedeihen, wenn es draußen kalt ist. Das liegt daran, dass Treibhäuser aus Glas gebaut sind. Das Glas – oder auch eine durchsichtige Folie – lässt die kurzwelligen Sonnenstrahlen ungehindert ins Innere gelangen: Die Luft erwärmt sich. Für die langwellige Wärmestrahlung dagegen ist das Glas undurchlässig, die Wärme kann also nicht mehr hinaus. Darum wird es in einem Treibhaus mollig warm.

Im Treibhaus wachsen Pflanzen auch bei niedriger Außentemperatur
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Etwas Ähnliches geschieht im großen Maßstab auf der Erde. Die Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf sind von Natur aus in der Atmosphäre enthalten. Wasserdampf gelangt durch Verdunstung in die Luft, Kohlendioxid dadurch, dass wir ausatmen. Auch Vulkanausbrüche tragen zum natürlichen Kohlendioxidgehalt der Luft bei. Beide Gase haben den gleichen Effekt wie das Glas eines Treibhauses: Sie lassen die kurzwelligen Sonnenstrahlen bis zur Erde vordringen. Gleichzeitig behindern sie, wie eine unsichtbare Schranke, die langwellige Wärmestrahlung auf ihrem Rückweg ins All. Die Wärme staut sich und die Atmosphäre heizt sich auf.

Wasserdampf hält die Wärme auf der Erde fest
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Ohne den natürlichen Treibhauseffekt wäre es auf der Erde viel kälter
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Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt wäre kaum Leben auf der Erde möglich, denn für die meisten Lebewesen wäre es viel zu kalt. Anstatt der aktuellen Durchschnittstemperatur von plus 15 Grad würden hier eisige minus 18 Grad Celsius herrschen. Die Erdoberfläche wäre tiefgefroren!

Das Treibhausgas Kohlendioxid entsteht beim Verbrennen …
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Das Problem beginnt dann, wenn wir den Anteil an Treibhausgasen in der Atmosphäre zusätzlich erhöhen. Das geschieht vor allem durch das Verbrennen von Erdöl, Erdgas und Kohle. Wohnung heizen, Auto fahren, Müll verbrennen: Bei all diesen Vorgängen wird Kohlendioxid ausgestoßen. Dieses CO2 hat den größten Anteil am menschengemachten Treibhauseffekt. Aber auch der Anbau von Reis oder die Rinderhaltung verstärken den Effekt: In den Mägen von Wiederkäuern und in den überfluteten Böden der Reisfelder entstehen große Mengen Methan (CH4) – ebenfalls ein Treibhausgas. Zusätzlich gehören noch Lachgas, Ozon und Fluorkohlenwasserstoff zu den Treibhausgasen. Weil durch all diese Gase die Wärmeabstrahlung der Erde gebremst wird, steigen die Temperaturen auf unserem Globus weiter an.

…zum Beispiel von Benzin.
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Eine Hülle aus Gas

Vom Weltraum gesehen erscheint sie wie ein feiner bläulicher Schleier, der sich um die Erde legt: die Atmosphäre. Sie ist die Lufthülle, die unseren Planeten umgibt. Im Vergleich zum Durchmesser der Erde ist diese Hülle ziemlich dünn: Wäre die Erde so groß wie ein Apfel, dann hätte die Atmosphäre etwa die Dicke seiner Schale.

Die Atmosphäre liefert Sauerstoff zum Atmen
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Ohne die Atmosphäre gäbe es auf diesem Planeten kein Leben, denn Pflanzen, Tiere und Menschen benötigen Luft zum Atmen. Sie schützt uns vor der Kälte und vor schädlicher Strahlung aus dem Weltall. Außerdem lässt sie Meteoriten verglühen, bevor sie auf der Erdoberfläche einschlagen können. Diese Lufthülle ist für uns lebenswichtig – aber woraus besteht sie eigentlich?

Nur etwa ein Fünftel der Atemluft ist Sauerstoff
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Die Atmosphäre ist ein Mix aus verschiedenen Gasen. Ein großer Teil dieses Gasgemischs ist Stickstoff: Mit 78 Prozent sind das fast vier Fünftel der gesamten Atmosphäre. Nur 21 Prozent bestehen aus Sauerstoff, den wir zum Atmen brauchen. Das restliche eine Prozent machen verschiedene Spurengase aus – also Gase, die nur in Spuren in der Atmosphäre vorkommen. Zu diesen Spurengasen gehören Methan, Stickoxide und vor allem Kohlendioxid, kurz CO2 genannt. Obwohl der CO2-Anteil recht gering ist, hat dieses Spurengas gewaltigen Einfluss auf unser Erdklima. Das zeigt sich am Treibhauseffekt, der unseren Planeten aufheizt.

Auf den Gipfeln des Himalaya ist die Luft sehr dünn
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Dass die Erde überhaupt eine Atmosphäre hat, liegt an der Schwerkraft. Sie hält die Gasmoleküle auf der Erde fest und verhindert, dass diese einfach ins Weltall hinaus fliegen. Tatsächlich wird die Luft mit steigender Höhe und damit abnehmender Schwerkraft immer dünner. Schon ab 2000 Metern über dem Meeresspiegel kann sich das für den Menschen unangenehm bemerkbar machen: Er leidet an der Höhenkrankheit mit Atemnot, Kopfschmerzen und Übelkeit. Extrembergsteiger, die hohe Gipfel wie die 8000er des Himalaya erklimmen wollen, nehmen daher meistens künstlichen Sauerstoff mit auf ihre Tour.

Die Wirkung von Sonnenlicht

Im Inneren der Sonne ist es unvorstellbar heiß: Ganze 15 Millionen Grad herrschen hier. An der Oberfläche der Sonne sind es immerhin noch 5.600 Grad Celsius. Damit ist die Sonne weißglühend und erscheint unserem Auge als weiße Kugel.

Die Sonne strahlt Licht und Wärme in alle Richtungen
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Ohne die Sonne gäbe es kein Leben auf diesem Planeten, jedenfalls nicht so wie wir es heute kennen. Die Sonne ist eine gigantische Energiequelle, die Licht und Wärme ins Weltall strahlt. Ein Teil ihrer Strahlung erreicht auch die Erde. Diese Energie erwärmt unsere Atmosphäre, den Erdboden und die Meere.

Ihre Energie erreicht auch die Erde
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Am stärksten heizt die Sonne die Gegend um den Äquator auf, denn dort treffen ihre Strahlen senkrecht auf eine relativ kleine Fläche. Die Pole erreichen die Sonnenstrahlen dagegen in einem flacheren Winkel. Hier verteilt sich die Sonnenenergie daher auf eine größere Fläche; und in diesen Regionen bleibt es kühler. So sorgt die verschieden starke Sonneneinstrahlung für unterschiedliche Klimazonen. Auch Jahreszeiten und Wetter sind das Ergebnis von unterschiedlich starker Sonneneinstrahlung.

Am Nordpol verteilen sich die Sonnenstrahlen auf eine große Fläche
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Würde die Erde die gesamte Sonnenenergie speichern, wäre es hier in kürzester Zeit unerträglich heiß. Das ist schon an einem heißen Sommertag zu spüren, wenn die Temperatur nach Sonnenaufgang in kürzester Zeit auf 30 Grad Celsius klettert. Damit das Klima über Jahrhunderte stabil bleiben kann, muss die Erde etwa die gleiche Menge der gelieferten Sonnenenergie auch wieder loswerden.

Wo die Sonne scheint, wird es schnell warm
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Das geschieht durch die Strahlung der Erde ins All. Etwa ein Drittel der Sonnenenergie wird von Atmosphäre, Landfläche, Gewässern und Eismassen sofort zurückreflektiert. Den Rest an Energie nimmt die Erde zunächst in Form von Wärme auf. Diese Wärme gibt sie dann langsam und in alle Himmelsrichtungen wieder an den Weltraum ab.

Tag und Nacht gibt die Erde Wärme ab
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Gibt es andere bewohnte Planeten?

Die Erde – der Planet, auf dem wir leben – ist nur einer von mehreren Planeten, die die Sonne umkreisen. Und die Sonne ist nur einer unter Milliarden von Sternen im All. Da liegt die Frage nahe: Haben auch die anderen Sterne Planeten? Und gibt es Leben auf anderen Planeten?

Kleine grüne Männchen ...
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Wie sieht es auf unserem direkten Nachbarplaneten aus? „Marsmenschen“ waren schon immer ein beliebtes Thema in Geschichten und Filmen. Doch spätestens seit die ersten Sonden dort gelandet sind und Messwerte zur Erde geschickt haben, weiß man: Auf dem Mars ist Leben wie wir es kennen nicht möglich.

... oder ernst dreinblickende graue Wesen - so stellen sich die meisten Außerirdische vor.
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Auf der Erde herrschen nämlich sehr spezielle Bedingungen: Es ist nicht zu kalt, aber auch nicht zu heiß, sodass es flüssiges Wasser gibt. Und die Erde ist schwer genug um eine Lufthülle festzuhalten. So können wir atmen und sind vor Strahlung und Meteoriteneinschlägen geschützt. Das Sonnenlicht liefert ausreichend Energie, es gibt Meere, eine feste Landfläche und alle nötigen chemischen Elemente und Verbindungen zum Aufbau von Lebewesen.

Die Erde hat genau den richtigen Abstand zur Sonne (nicht maßstabsgetreu)
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Die Erde ist der einzige Planet in unserem Sonnensystem, auf dem alle diese Bedingungen erfüllt sind: Merkur und Venus sind näher an der Sonne und daher zu heiß. Der Mars ist nicht schwer genug und hat deshalb keine Atmosphäre. Und die äußeren Planeten sind zu kalt, da sie nicht genügend Energie von der Sonne bekommen – außerdem fehlt den Gasplaneten die feste Oberfläche. So bleibt im Sonnensystem nur die Erde als Lebensinsel.

Also untersuchen Wissenschaftler, ob andere Sterne Planeten haben – und ob es dort Leben geben könnte. Doch das ist gar nicht so einfach, denn selbst die nächsten Sterne sind so weit entfernt, dass man auch mit den besten Teleskopen keine Planeten erkennen kann. Nur indirekte Hinweise verraten den Planeten – zum Beispiel, wenn sich das Licht des Sterns kurzzeitig verdunkelt, weil der Planet genau vor dem Stern vorüberzieht. Mit diesem und anderen Tricks wurden inzwischen mehrere tausend solcher „Exoplaneten“ entdeckt – eine in jeder Hinsicht vergleichbare „zweite Erde“ war allerdings noch nicht darunter.

Selbst wenn man eine solche findet: Die Frage, ob es auf diesen Planeten intelligentes Leben gibt, lässt sich so jedoch nicht beantworten. Deshalb haben Wissenschaftler das SETI-Projekt gestartet, um nach Funksignalen aus dem All zu suchen. Die Abkürzung steht für „Search for Extraterrestial Intelligence“ – Suche nach außerirdischer Intelligenz. Die Idee: Wenn eine außerirdische Zivilisation ähnlich wie wir Technologie entwickelt, werden sie möglicherweise auch Funkwellen benutzen. Diese könnten sich ins All ausbreiten und vielleicht unsere Antennen erreichen. Die Frage ist nur, ob diese Funkwellen uns überhaupt erreichen – und ob wir im richtigen Moment in die richtige Richtung horchen.

Doch die meisten Wissenschaftler sind überzeugt, dass es irgendwo im All noch andere intelligente Lebensformen gibt. Wenn wir alleine im Universum wären, so der SETI-Gründer Carl Sagan, wäre das eine furchtbare Platzverschwendung.

Warum gibt es Eis- und Warmzeiten? Natürliche Klimaveränderungen

Auf dem Höhepunkt der letzten großen Eiszeit war es bitterkalt. Und zwar so kalt, dass ein Drittel der Landfläche unter dicken Eispanzern verschwand. All das liegt etwa 20.000 Jahre zurück. Im Lauf der Jahrtausende stiegen die Temperaturen wieder an. Heute leben wir in einer Warmzeit und nur noch zehn Prozent der Landfläche sind vereist. Doch es war bei weitem nicht die erste Klimaveränderung auf unserem Planeten. Seit die Erde vor 4,6 Milliarden Jahren entstand, wurde es mal wärmer und mal kälter – ganz ohne Beteiligung des Menschen. Aber warum?

Nur noch ein Zehntel der Landoberfläche ist heute vereist
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Was die natürlichen Klimaveränderungen auslöst, versuchen Klimaforscher seit langem herauszufinden. Eine Erklärung dafür ist, dass die Erde beim Umkreisen der Sonne etwas „eiert“. Das kann man sich ähnlich vorstellen wie bei einem Kreisel, nur in viel größerem Maßstab. Sowohl die Neigung der Erdachse als auch die Umlaufbahn der Erde verschieben sich im Lauf von Jahrtausenden, und zwar in einem regelmäßigen Kreislauf. Durch dieses „Eiern“ ändern sich auch Menge und Verteilung der einstrahlenden Sonnenenergie. Über lange Zeiträume hinweg schwanken dadurch die Temperaturen und führen zu Eis- und Warmzeiten.

Die Erde „eiert“ um die Sonne wie ein Kreisel
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Auch die Verteilung der Kontinente spielt bei den Schwankungen eine Rolle. Denn ihre Lage hat sich im Lauf der Erdgeschichte ständig verschoben. Wenn große Landmassen den Nord- oder Südpol erreichten, konnten sich dort gewaltige Eismengen ansammeln. Das Eis reflektierte einen großen Teil der Sonnenstrahlen, es wurde noch kälter. Erst wenn sich der Kontinent wieder vom Pol entfernte, stiegen die Temperaturen und ein Ende der Eiszeit war in Sicht.

Eis und Schnee reflektieren mehr Sonnenenergie als das Land
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Die Zusammensetzung der Atmosphäre wirkt sich ebenfalls auf das Klima aus. Je größer der Anteil an Treibhausgasen, wie Kohlendioxid oder Wasserdampf, desto stärker heizt sich die Atmosphäre auf. Ihr Gasgemisch kann durch natürliche Vorgänge verändert werden, beispielsweise durch einen Vulkanausbruch. Spuckt ein Vulkan Feuer und Asche, werden dabei winzige Teilchen hoch in die Luft geschleudert, die Aerosole. Sie reflektieren die Sonnenstrahlen, bevor diese die Erdoberfläche erreichen. Die Temperatur auf der Erde sinkt – zumindest kurzfristig. So folgte dem Ausbruch des Vulkans Tambora im Jahr 1815 ein „Jahr ohne Sommer“. An der Ostküste Nordamerikas fegten damals, mitten in der wärmsten Jahreszeit, Schneestürme über das Land. Die Folge waren katastrophale Missernten.

Vulkanausbrüche jagen Aerosole in die Luft
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Im Unterschied zu diesen natürlichen Klimaveränderungen im Lauf der Geschichte ist der aktuelle Klimawandel vom Menschen selbst verursacht. Dass die Durchschnittstemperatur seit gut 150 Jahren steigt, liegt vor allem daran, dass die Menschen immer mehr Kohlendioxid produzieren.

Der Mensch bläst Klimagase in die Atmosphäre
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Die Folgen des Klimawandels

Besonders deutlich ist der Klimawandel schon jetzt in den Polarregionen sichtbar. Noch vor wenigen Jahrzehnten war das Nordpolarmeer zu einem großen Teil von Eis bedeckt. Doch durch die steigenden Temperaturen schmilzt diese Eisdecke: In den letzten 30 Jahren hat sich ihre Fläche fast halbiert. Gleichzeitig wird die Eisschicht immer dünner. Klimaforscher haben berechnet, dass das Eis in den nächsten 20 Jahren ganz abschmelzen könnte. Der Meeresspiegel würde dadurch um einige Meter steigen. Doch nicht nur die Eisschilde an den Polen schmelzen. Auch die Gletscher der Hochgebirge verlieren an Masse.

In der Arktis wird das Eis immer dünner
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Weil durch die Eisschmelze der Meeresspiegel steigt, werden immer größere Küstengebiete überschwemmt. Niedrig gelegene Inselstaaten, wie die Malediven im Indischen Ozean oder Tuvalu im Pazifik, sind darum von Sturmfluten immer stärker bedroht. Und nicht nur der Meeresspiegel, auch die Wassertemperatur steigt mit dem Klimawandel. Dadurch verdunstet mehr Wasser und in der Luft wird mehr Wasserdampf gespeichert. Das verstärkt den Treibhauseffekt, der die Atmosphäre weiter aufheizt. Zusätzlich erhöht sich dadurch die Gefahr von Unwettern wie Starkregen und Wirbelstürmen.

Die Malediven sind vom Klimawandel direkt bedroht
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In trockenen Regionen breiten sich durch steigende Temperaturen die Wüsten aus. Immer mehr Dürren sorgen dafür, dass Flüsse austrocknen und bisher grüne Landstriche verdorren. Im Süden von Spanien bleiben zum Beispiel schon seit Jahren die gewohnten Regenfälle aus, die für die Landwirtschaft dringend benötigt werden. Und die Wasserknappheit in Südeuropa verstärkt sich weiter.

Die Gefahr von Unwettern nimmt mit dem Klimawandel zu
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All diese Folgen des Klimawandels kann man bereits jetzt beobachten. Wie es weitergeht, versuchen Klimaforscher mit Hilfe von Computermodellen zu berechnen. Doch die Zukunft lässt sich nur schwer voraussagen, weil so viele Einflüsse unser Klima bestimmen. So wird durch die Gletscherschmelze das salzige Meerwasser mit Süßwasser verdünnt. Der Salzgehalt des Meeres jedoch treibt die Meeresströmungen an. Was könnte also geschehen, wenn durch den geringeren Salzgehalt der warme Golfstrom abreißt? Wird es dann in Europa zunächst kälter statt wärmer? Was würde passieren, wenn im hohen Norden der Permafrost taut? Entweichen dann aus dem Boden Tonnen des Treibhausgases Methan? Und wird dadurch der Klimawandel beschleunigt?

Spaniens Süden trocknet aus
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Bisher kann das niemand genau beantworten. Bei all den offenen Fragen scheint aber eines sicher zu sein: Wenn wir unseren Ausstoß an Kohlendioxid nicht drastisch senken, werden die Temperaturen auf diesem Globus weiter steigen.

Gletscherschmelze im Kaukasus
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Rekordausstoß von CO2

Der Treibhauseffekt verstärkt sich

Noch nie war der weltweite Ausstoß von Kohlendioxid so hoch wie heute. Im Jahr 2010 ist er sogar so heftig gestiegen wie noch nie. Das hat das US-Energieministerium jetzt bekannt gegeben. Die Zahlen übertreffen selbst die schlimmsten Befürchtungen.

Seit Jahren warnen Experten vor der Geschwindigkeit der Erderwärmung. Offenbar ohne Erfolg: Denn der Anteil des klimaschädlichen Gases Kohlendioxid in der Luft steigt rasant. Vor allem in den Industrieländern quillt es pausenlos aus Schornsteinen und Auspuffrohren. Die neuen Zahlen sind beängstigend: Insgesamt hat die Welt im Jahr 2010 über 33.500 Millionen Tonnen Kohlendioxid ausgestoßen. Das sind 1.900 Millionen Tonnen mehr als im Vorjahr, also ein Zuwachs von sechs Prozent!

Für den Horror-Anstieg verantwortlich sind laut der US-Studie vor allem China und Indien. Die beiden Staaten sind wirtschaftlich auf Wachstumskurs. Ihre Energie beziehen sie vor allem aus Kohlekraftwerken – und produzieren damit jede Menge CO2. Insgesamt gesehen ist China Rekordhalter beim Ausstoß von Treibhausgasen, gefolgt von den USA, Russland und Indien.

Die Politik zum weltweiten Klimaschutz hat bisher völlig versagt. China und die USA weigern sich, ihren CO2-Ausstoß zu drosseln. Auch Russland, Kanada und Japan wollen keine Richtlinien mehr einhalten, wenn sich die Hauptverursacher dagegen sträuben, internationale Grenzwerte einzuhalten. Schlecht für das Klima, wie die neue Studie anhand der Zahlen eindeutig bestätigt.

Können Elektroautos das Klima retten?
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Braunkohlekraftwerke gehören zu den schlimmsten Klimasündern
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Die Keeling-Kurve

Die erste CO2-Messstation der Welt wurde weit entfernt von Autoabgasen und Fabrikanlagen eröffnet: 1958 begann der US-amerikanische Klimaforscher David Keeling auf dem Vulkan Mauna Loa auf der Insel Hawaii, regelmäßig den Kohlendioxidgehalt der Luft zu messen. Dieser Ort war ganz bewusst gewählt. Weil weder Schornsteine noch Wälder das Ergebnis beeinflussten, konnte hier ein Durchschnittswert des Spurengases in der Luft gemessen werden. Auch eine zweite Station in der Antarktis erfüllte diese Bedingungen. Nach zwei Jahren stellte Keeling der Welt seine Ergebnisse vor: Der Gehalt an Kohlendioxid in der Luft stieg an! In den folgenden Jahren kämpfte Keeling weiter für regelmäßige CO2-Messungen der Atmosphäre. Mit Erfolg: Das Ergebnis ist die sogenannte Keeling-Kurve, eine Datensammlung, die bis heute den Kohlendioxid-Gehalt der Luft aufzeichnet und den deutlichen Anstieg von CO2 dokumentiert.