Der Anteil des Treibhausgases in der Erdatmosphäre ist vergleichsweise klein. Wir erklären, warum es trotzdem einen großen Einfluss auf die Erderwärmung hat.
Obwohl sich der CO2-Gehalt der Erdatmosphäre seit Beginn der Industrialisierung um gut 50 Prozent erhöht hat, ist die absolute Kohlendioxid-Konzentration immer noch vergleichsweise niedrig. Im vergangenen Jahr lag sie bei 417 ppm (parts per million) – also bei etwas mehr als 0,04 Prozent. Manche stellen sich daher die Frage, wie so geringe Mengen an CO2 das Klima auf der Erde maßgeblich beeinflussen können.
Für die Antwort braucht es ein wenig Physik. Das CO2-Molekül besteht aus einem Kohlenstoff- und zwei Sauerstoffatomen, die über gemeinsame Elektronenpaare miteinander verbunden sind. Weil Sauerstoff eine höhere Anziehungskraft für Elektronen hat als Kohlenstoff, kann er diese negativ geladenen Teilchen etwas stärker in seine Richtung ziehen. Dadurch entsteht innerhalb des CO2-Moleküls ein sogenanntes Dipolmoment – also eine ungleichmäßige Verteilung elektrischer Ladungen.
Schwingende Moleküle
Auch andere Treibhausgase wie Methan, Lachgas, fluorierte Kohlenwasserstoffe oder Wasserdampf haben Dipolcharakter. Daher lassen sich ihre Moleküle durch elektromagnetische Wellen bestimmter Wellenlängen in Schwingung versetzen, wobei Wärme entsteht. Diese Wärme geben sie an ihre Umgebung ab, wobei ein Teil davon in Richtung Erde abgestrahlt wird. CO2 und andere Treibhausgase geraten vor allem durch langwellige Infrarotstrahlung in Schwingung, die zum einen direkt von der Sonne kommt und zum anderen von der warmen Erdoberfläche abgestrahlt wird. Ohne den dadurch entstehenden Treibhauseffekt wäre es auf der Erde bitterkalt und kein Leben in den uns bekannten Formen möglich.
Stickstoff und Sauerstoff, die zusammen fast 99 Prozent der Erdatmosphäre ausmachen, haben dagegen keinen Dipolcharakter und absorbieren daher kaum Infrarotstrahlung – sie lassen sie einfach passieren. Weitere 0,9 Prozent der Lufthülle entfallen auf das ebenfalls nicht als Treibhausgas wirkende Edelgas Argon. Tatsächlich an der Erderwärmung beteiligt sind also nur rund 0,1 Prozent der Gasmoleküle, die uns umgeben. Daher haben schon vergleichsweise kleine Veränderungen in diesem klimarelevanten Teil der Atmosphäre spürbare Effekte.
Zehn Heizlüfter auf einem Hektar
Die Treibhauswirkung von CO2 und Co. lässt sich nicht nur theoretisch berechnen, sondern auch messen – beispielsweise mit Erdbeobachtungssatelliten. Demnach hat das seit Beginn der Industrialisierung zusätzlich emittierte Kohlendioxid eine „Heizleistung“ von rund zwei Watt pro Quadratmeter. Das klingt nach wenig, aber auf größeren Flächen kommt dadurch doch einiges zusammen. Rechnet man beispielsweise auf der Basis von einem Hektar (100 mal 100 Meter), kommt man immerhin auf 20 000 Watt. Das entspricht der Wärmeleistung von 10 Heizlüftern, die permanent mit voller Kraft laufen.
Im globalen Maßstab entsteht durch die von Menschen zusätzlich emittierten Treibhausgase so viel zusätzliche Wärme, dass die Durchschnittstemperatur bereits jetzt um 1,2 Grad über dem Niveau vor der Industrialisierung liegt und weiter ansteigt.