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In chemischer Hinsicht setzt sich die Atmosphäre aus drei Komponenten zusammen: Erstens aus einem Gasgemisch, zu dessen wichtigsten Bestandteilen in trockener, nicht verunreinigter Luft der Stickstoff mit 78, der Sauerstoff mit 21, das Argon mit 0,9 und das Kohlendioxid mit 0,035 Prozent gehören. Zweitens aus festen und flüssigen Schwebeteilchen (\"Aerosole\") wie beispielsweise Staub, Ruß, Salze, Pflanzenpollen etc. sowie drittens aus Wassertropfen und Eispartikel (\"Hydrometeore\").
Klimawirksame Spurengase führen zur Erwärmung der Erdoberfläche
Der atmosphärische Wasserdampf ist auch als wichtigstes klimarelevantes Spurengas von Bedeutung. Spurengase kommen nur in sehr geringer Konzentration vor. Klimawirksame Spurengase besitzen zudem die Eigenschaft, die einfallende Sonnenstrahlung nahezu ungehindert passieren zu lassen, die von der Erdoberfläche ausgehende Infrarotstrahlung hingegen zu absorbieren, in Wärme umzuwandeln und teilweise wieder auf die Erde zurückzustrahlen. Durch diese \"Wärmerückführung\" kommt es zwischen der Erdoberfläche und der unteren Atmosphäre, wie in einem Treibhaus zu einer Erwärmung von ca. 33 Grad Celsius.
Spurengase Erwärmungseffekt
Wasserdampf 20,6 °C
Kohlendioxid 7,2 °C
Ozon, bodennah 2,4 °C
Distickoxid 1,4°C
Methan 0,8 °C
übrige Spurengase Ca. 0,6 °C
Summe ca. 33 °C
Ohne Treibhauseffekt gäbe es auf der Erde nur Dauerfrost
Ohne die Mitwirkung der Treibhausgase wäre die Erde eine lebensfeindliche Eiswüste mit einer mittleren Temperatur von -18 Grad Celsius. Statt dessen garantiert der Treibhauseffekt angenehme + 15 Grad Celsius, woran allein der Wasserdampf mit 62 Prozent und das Kohlendioxid mit 22 Prozent beteiligt sind. Dennoch darf der Einfluß der übrigen Treibhausgase nicht unterschätzt werden. Sobald nämlich ihre Konzentration und damit die Lufttemperatur zunimmt, verdunstet auf der Erde mehr Wasser, was wiederum den atmosphärischen Wasserdampfgehalt erhöht und den Treibhauseffekt verstärkt.
Methan, Lachgas, Ozon und FCKW verstärken ebenfalls den Treibhauseffekt
Noch höhere Zuwachsraten werden bei den übrigen, bereits genannten Spurengasen, verzeichnet, die aber eine erheblich niedrigere atmosphärische Konzentration aufweisen als das Kohlendioxid. So hat sich das vorindustrielle Mischungsverhältnis von Methan (CH4) bis heute mit einer jährlichen Steigerung von 0,75 Prozent von 0,8 auf 1,74 ppm mehr als verdoppelt. Die Ursache dafür liegt hauptsächlich im globalen Bevölkerungswachstum begründet und geht im einzelnen auf die Ausweitung des Reisanbaus und der Rinderhaltung, die Emissionen aus Mülldeponien sowie auf die Verluste bei der Erdgas- und Erdölgewinnung zurück. Ähnlich verhält es sich beim Distickoxid oder Lachgas (N2O), dessen atmosphärische Anreicherung pro Jahr 0,25 Prozent beträgt.
Treibhausgase Kon zen- Derzeitige Atmosph. Anteil am Treibhaus-
tratio n (ppm) Zunahme Verweilzeit Zusätzlichen Wirksamkeit
1750 1991 (%/a) (a) Treibhauseffekt (%) pro Molekül
CO2 280 355 0,5 50 - 200 50 1
CH4 0,8 1,74 0,75 10 15 27
N2O 0,28 0,31 0,25 130 - 150 5 206
O3 0,01 0,04 0,5 0,1 - 0,2 8 2000
alle FCKW 0 0,001 4,0 - 5,0 65 - 130 22 16000
Seine Zunahme beruht vor allem auf dem überhöhten Einsatz von stickstoffhaltigem Dünger und der Verbrennung von Biomasse.
In unmittelbarem Zusammenhang mit der anhaltenden Luftverschmutzung, insbesondere dem verkehrsbedingten \"Photosmog\", steht dagegen das verstärkte Aufkommen des bodennahen und überaus treibhauswirksamen Ozons (O3). Seine Konzentration steigt jährlich um 0,5 bis 1 Prozent - im Unterschied zum lebenswichtigen Ozon in der oberen Atmosphäre - und erreicht immer häufiger gesundheitsschädliche Spitzenwerte. Um ein absolut künstliches und ausschließlich vom Menschen geschaffenes Produkt handelt es sich bei den Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW). Sie dienten bisher als Treibgase für Spraydosen, zur Herstellung von Kunststoffschäumen sowie als Reinigungsmittel in der Elektronikindustrie. Trotz ihres äußerst geringen Volumenanteils und des eingeleiteten Produktionsverbots bis zum Jahr 2000 tragen die FCKW heute schon über 20 Prozent zum \"Zusatz\"-Treibhauseffekt bei.
Im Wärmeabsorptionsvermögen liegt die Gefährlichkeit vieler Spurengase
Dies beweist jedoch auch, daß die Wirksamkeit eines Treibhausgases nicht allein von dessen atmosphärischem Mischungsverhältnis abhängt. Ein ebenso großer Einfluß kommt der Molekülstruktur eines Spurengases und dem sich daraus ergebenden Wärmeabsorptionsvermögen zu. Das heißt, die Fähigkeit die von der Erdoberfläche reflektierte Wärmestrahlung aufzunehmen und treibhauswirksam umzusetzen. Darüber hinaus spielt die atmosphärische Verweilzeit der Treibhausgase eine maßgebliche Rolle. Sie beschreibt die durchschnittliche atmosphärische Aufenthaltsdauer der Gasteilchen, bevor diese wieder durch chemische Reaktion oder durch den Übergang in die Biosphäre aus der Atmosphäre verschwinden. Deshalb werden die niedrigen Konzentrationen vieler Spurengase durch ihr hohes Wärmeabsorptionsvermögen und ihre lange atmosphärische Verweilzeit mehr als ausgeglichen. So ist etwa die Treibhaus-Wirksamkeit eines Methanmoleküls siebenundzwanzigmal, die eines Lachgasmoleküls zweihundertsechsmal und die von FCKW-Molekülen sechzehntausendmal höher als die eines Kohlendioxid-Moleküls. Das erklärt auch, warum bereits 50 Prozent des zusätzlichen Treibhauseffekts den \"Nicht-CO2-Spurengasen\" zuzuschreiben sind. Dieser Prozentsatz dürfte sich, trotz Einstellung der FCKW-Produktion, auf absehbare Zeit kaum verringern, sondern aufgrund der langen atmosphärischen Verweilzeit der \"Nicht-CO2-Spurengase\" eher noch vergrössern. Nichtsdestoweniger bleibt das Kohlendioxid mit seinem 50-Prozent-Anteil am zusätzlichen Treibhauseffekt das wichtigste Spurengas anthropogenen Ursprungs.
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