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2.1.1 Wirkungsweise des Treibhauseffekts in der Atmosphäre
Der Begriff Treibhauseffekt beschreibt die Vorgänge in der Atmosphäre, die zu einer globalen Erwärmung führen, recht anschaulich: Das auf die Erde treffende Sonnenlicht und die mit ihm geführte Energie lassen die Erdoberfläche Infrarotstrahlung aussenden, die wie in einem Treibhaus in der Atmosphäre durch bestimmte Gase, den sogenannten Treibhausgasen, davon abgehalten wird, in den Weltraum zu entweichen. Dies führt zu einer Erwärmung der umliegenden Luftschichten und damit der gesamten Atmosphäre.
2.1.2 Der natürliche Treibhauseffekt
Wenn hier oder in anderen Publikationen von Treibhauseffekt gesprochen wird, so ist fast immer eine anthropogene Klimaveränderung während der letzten hundert Jahre gemeint. Dies ist jedoch nicht der eigentliche Treibhauseffekt, sondern nur eine Verstärkung: Es ist bekannt, daß schon bald nach Entstehung der Erde vor ungefähr 3,5 Milliarden Jahren ein natürlicher Treibhauseffekt als Folge einer bestimmten Spurengaskonzentration in der Atmosphäre eingesetzt hat, der zu einer \"Nettoerwärmung der Erde von etwa 33° C\" (Borsch/Wiedemann, 1992, S.32) geführt hat und der somit eine wichtige Rolle für sämtliches Leben auf der Erde spielt. Denn das Ausbleiben dieses Effektes würde in einer lebensfeindlichen globalen Durchschnittstemperatur von ungefähr -18° C anstelle der heutigen 15° C resultieren. Die Hauptursache für diesen sehr willkommenen \"Nebeneffekt\" ist der atmosphärische Wasserdampf, der mit 62 % am natürlichen Treibhauseffekt beteiligt ist. Außerdem spielen hierbei Kohlendioxid mit 22 %, bodennahes Ozon mit 7 % und weitere Spurengase mit 9 % eine Rolle (Schönwiese, 1992, S.136). Einige dieser Gase sind auch die Ursache des anthropogenen Treibhauseffektes und werden somit als Treibhausgase bezeichnet. Sie sollen nun näher behandelt werden.
2.1.3 Der anthropogene Treibhauseffekt
Gefährlicher als der natürliche ist der anthropogene (oder auch zusätzliche) Treibhaus-effekt. Er entsteht durch eine vom Menschen verursachte Erhöhung der Spurengaskonzentration in der Atmosphäre. Die über die Jahrmilliarden immer relativ konstante Strahlungsbilanz des Systems Erdoberfläche-Atmosphäre wird durch diese Erhöhung gestört, da noch weniger von der Erde ausgesandte Infrarotstrahlung die Atmosphäre verlassen kann und sich diese somit erwärmt. Somit spielt die Konzentration der Spurengase in der Atmosphäre eine sehr wichtige Rolle für das Klima und damit für die gesamte Biosphäre. Diese sogenannten Treibhausgase sollen nun im Folgenden genauer betrachtet und im einzelnen deren Quellen und Wirkungsweisen analysiert werden.
2.1.4 Die Quellen und Wirkungsweisen der einzelnen Treibhausgase
\"Treibhausgase sind Gase, die bewirken, daß Infrarotstrahlung in der Atmosphäre zurückgehalten wird, so daß die Erdoberfläche sowie der untere Bereich der Atmosphäre sich erwärmen\" (Leggett u.a., 1991, S. 33). Zu dieser Gruppe von Gasen gehören: Kohlendioxid (CO2), Fluorchlorkohlen(wasser)stoffe (FCK und FCKW), Methan (CH4), Ozon (O3), Distickstoffoxid (N2O) u.a..
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Abbildung 1: Anteile der einzelnen Treibhausgase am anthro pogenen Treibhauseffekt
Quelle: Schott u.a., 1990, S. 20
Wie in Abbildung 1 ersichtlich, ist Kohlendioxid mit 50% Beteiligung am anthropogenen Treibhauseffekt das gefährlichste Treibhausgas; danach folgen die FCKW und das Methan mit jeweils 19%, Ozon mit 8% und schließlich das Distickstoffoxid mit 4% Anteil.
Das mit Abstand wichtigste Treibhausgas ist jedoch wie schon gesagt das Kohlendioxid (CO2). Es entsteht sowohl auf natürlichem, als auch auf unnatürlichem Wege, nämlich dem Verbrennen von fossilen Energieträgern, d.h. von Kohle, Erdöl und Erdgas als auch durch Waldrodung. Der Ozean und die Biosphäre sind die wichtigsten sogenannten \"Senken\", d.h. Systeme, die das Kohlendioxid, welches zu ungefähr 96% natürlichen Ursprungs ist, aufnehmen. (Krause u.a., 1992, S.23). Die restlichen 4% entstammen den Emissionen des Menschen. Die heutige Zuwachsrate des CO2 beträgt ca. 0,5% pro Jahr (Borsch/Wiedemann, 1992, S.35).
Die wichtigsten natürlichen Quellen des Kohlendioxids, das eine atmosphärische Verweilzeit von ca. 6-10 Jahren in der Troposphäre besitzt (Gerosa, 1987, S.156) sind die Atmung der Lebewesen, der Gasaustausch der Ozeane, und Vulkanausbrüche. Die atmenden Lebewesen tragen somit ihren Teil zum CO2-Ausstoß bei: Sie erzeugen mittels Glucose und Sauerstoff die zum Leben benötigte Energie, aber geben gleichzeitig Kohlendioxid als \"Abfallprodukt\" ab. Auch das Wasser enthält CO2, d.h. die Ozeane können gewaltige Mengen an Kohlendioxid aufnehmen. Jedoch beträgt dieser absorbierte Anteil der weltweiten Kohlendioxid-Emissionen nur 50%; die andere Hälfte verleibt in der Atmosphäre (Gerosa, 1987, S.139). Außerdem tragen auch Vulkanausbrüche mit einem geringen Anteil zum natürlichen Kohlendioxid-Ausstoß bei.
Wichtiger in Bezug auf den anthropogenen Treibhauseffekt sind jedoch die vom Menschen verursachten Kohlendioxid-Quellen, d.h. die Verbrennung fossiler Energieträger sowie die Waldrodung. Denn diese verursachen - im Gegensatz zu den natürlichen CO2-Quellen, die sich in einem relativ konstanten Rahmen bewegen - eine Erhöhung der globalen Kohlendioxid-Emissionen und damit einen Anstieg dieses Treibhausgases in der Atmosphäre. Das durch Verfeuerung fossiler Brennstoffe wie Öl, Kohle und Erdgas auftretende Kohlendioxid entsteht vor allem durch Kraftwerke (35%), aber auch durch Kleinverbraucher (24%), Verkehr (17%), Industrie (14%) und Raffinerien bzw. Hochöfen (10%) (Gaber/Natsch, 1989, S.62).
Potentielles CO2 ist aber auch in Form von Kohlenstoff gespeichert, denn da jedes Lebewesen auf Kohlenstoffbasis aufgebaut ist, kommt es nach dessen Tod zu einer Verbindung des Kohlenstoffs mit dem Sauerstoff der umgebenden Luft zu Kohlendioxid. Dies gilt besonders für die gewaltige Biomasse der tropischen Regenwälder und deren somit riesigem CO2-Potential. Die Rodung dieser Wälder, wie sie ja in den Entwicklungsländern in großem Maße betrieben wird, stellt hiermit eine weitere wichtige anthropogene Quelle des Kohlendioxids dar.
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Abbildung 2: Atmosphärische Kohlendioxidkonzentration
Quelle: C.D. Schönwiese, 1992, S. 138
In Abbildung 2 erkennt man deutlich die Zunahme des CO2 in der Atmosphäre während der letzten Jahrhunderte. Seit Ende des 18. Jahrhunderts, also seit Beginn der Industrialisierung und dem damit erhöhtem Energieverbrauch in Mitteleuropa ist die atmosphärische Kohlendioxid-Konzentration laufend gestiegen. Ungefähr seit 1960 jedoch, also seit Aufnahme der Messungen auf dem Mauna Loa auf Hawaii, ist ein extrem starker Anstieg zu verzeichnen, der wohl aus einem weiter erhöhten Verbrauch fossiler Energieträger, sowie dem Beginn industrieller Rodung der tropischen Regenwälder resultiert. In der Messung seit 1960 ist auch eine jahreszeitliche Schwankung des atmosphärischen Kohlendioxidgehalts festzustellen. Diese ist ein Folge der jahreszeitlichen Anpassung der Vegetation, da die Pflanzen im Frühjahr zum Wachsen mehr Kohlendioxid benötigen, während sie dieses im Herbst wieder abgeben.
Ein weiteres wirksames Treibhausgas sind die Fluorchlor(kohlen)-wasserstoffe (FCKW F-11 und F- 12). Obwohl sie meist nur mit der Zerstörung der Ozonschicht in Zusammenhang gebracht werden, sind diese auch mit ungefähr 19 % (Blanck u.a., 1990, S.20) am anthropogenen Treibhauseffekt beteiligt. Diese Gase entstehen nicht auf natürlichem Wege, d.h. sie werden ausschließlich vom Menschen erzeugt. Sie werden seit ihrer Einführung 1935 vor allem im Bereich der Industrie als Reinigungs- und Lösungsmittel und zur Aufschäumung von Kunststoffen benötigt. Mit ca. 64000 t FCKW in Deutschland übersteigt dieser industrielle Sektor weit den privaten Gebrauch in Klimaanlagen sowie Spraydosen mit zusammen nur 11700 t (Zahlen nach Gaber/Natsch, 1989, S.99). Die gegenwärtige Konzentration von F-11 und F-12 in der Atmosphäre beträgt - im Gegensatz zu CO2 mit 346000 ppb - nur 0,2 bzw. 0,32 ppb und erscheint damit recht gering. Man sollte jedoch nicht vergessen daß die FCKW pro Molekül auch einen um 14000 bis 20000fach erhöhten Wirkungsgrad im Verhältnis zu Kohlendioxid erzielen (Krause u.a., 1992, S.27/30/32) und mit 65 bis 110 Jahren eine lange Verweilzeit in der Atmosphäre besitzen. Außerdem liegt die Zuwachsrate der FCKW mit 5% pro Jahr sehr hoch (Krause u.a., 1992, S.30). Obwohl die FCKW also einen gewissen Anteil am anthropogenen Treibhauseffekt haben, liegt ihre Hauptgefahr doch bei der Zerstörung der Ozonschicht. Das Ozonloch entsteht also auch durch eine Veränderung der Spurengase in der Atmosphäre, die Folge ist jedoch das vermehrte Auftreffen von gefährlichem UV-Licht auf die Erdoberfläche. Demnach kann man dieses Problem im engeren Sinne nicht als eine \"Klimaveränderung\" bezeichnen, weshalb hier nicht weiter darauf eingegangen werden soll.
Methan (CH4) ist ebenfalls ein sehr wirksames Treibhausgas: Obwohl es nur mit ca. 1,7 ppm (Rabe, 1990, S.54) in der Atmosphäre vertreten ist, trägt es mit 19 % (Blanck u.a., 1990, S.20) zum anthropogenen Treibhauseffekt bei. Diese hohe Effektivität resultiert aus der mit 7-10 Jahren relativ langen Verweildauer in der Atmosphäre und dem 25-32fachen klimatischen Wirkungsgrad im Vergleich zu Kohlendioxid. Außerdem besitzt Methan eine jährliche Zuwachsrate von 1,5% (Schönwiese, 1987, S. 91). Allgemein entsteht Methan durch Gärung und Fäulnis, also \"durch biologische Prozesse beim Abbau organischer Stoffe\" (Gerosa, 1987, S.149). Solange es nur natürliche Quellen des Methans, wie z.B. Sumpfgebiete und wenig durchlüftete Meere gab, konnte die MethanKonzentration in der Atmosphäre nicht ansteigen, da es einen natürlichen Abbaumechanismus gab. Allerdings sind mehr als die Hälfte der Gesamtemissionen anthropogenen Ursprungs, denn Methan entsteht auch durch Reisfelder, durch Mägen wiederkäuender Tiere (vor allem Rinder), beim Verbrennen von Biomasse, auf Mülldeponien und schließlich entweicht es durch Erdgaslecks.
Trotz der relativ hohen klimatischen Wirkung eines O3-Moleküls vom 2000fachen im Verhältnis zu Kohlendioxid leistet das Spurengas Ozon mit 8% (Rabe, 1990, S.59) einen relativ geringen Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt. Dies liegt an der mit 0,02 bis 0,1 ppm (Krause u.a., 1992, S.30) relativ geringen Konzentration in der Troposphäre und der mit einigen Stunden bis Tagen relativ kurzen Verweildauer in der unteren Atmosphäre. Ozon selbst besitzt keine natürlichen Quellen. Es entsteht vielmehr in Abhängigkeit von Sonnenstrahlung und Stickoxiden sowie Kohlenwasserstoffen.
Als letztes Treibhausgas soll hier das Distickstoffoxid (N2O), das auch Lachgas genannt wird, besprochen werden. Mit 4% Anteil am zusätzlichen Treibhauseffekt und ca. 0,31 ppm Konzentration in der Atmosphäre ist es das harmloseste der besprochenen Treibhausgase. Allerdings besitzt es eine klimatische Wirkung von 150-250 im Verhältnis zu CO2 und eine relativ hohe atmosphärische Verweildauer von ca. 170 Jahren. Distickstoffoxid entsteht allgemein durch Verbrennungsprozesse sowie Bakterien im Boden. Die Kozentrationserhöhung von 0,2 bis 0,3 % pro Jahr (Zahlen nach Krause u.a., 1992, S.27/29) resultiert aus einer ansteigenden Verwendung von künstlichen Düngemitteln in der Landwirtschaft. Hier wandelt sich der stickstoffhaltige Dünger durch verschiedene chemische Prozesse in Distickstoffoxid um.
2.1.5 Die Rolle des Bevölkerungswachstums
Abschließend kann man sagen, daß der Anstieg aller dieser Treibhausgase auch durch das Bevölkerungswachstum bedingt ist. Die regelrechte \"Bevölkerungsexplosion\" in den Entwicklungsländern und deren teilweise Industrialisierung zu Schwellenländern hat ihren Beitrag dazu geleistet, daß die Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre sich erhöht. Vermehrter Energiebedarf läßt den Kohlendioxidgehalt ansteigen. Die Ausweitung der Landwirtschaft, um die wachsende Bevölkerung zu ernähren wird weiter erhöhte Methan- und Distickstoffoxid-Emissionen zur Folge haben. Ohne die Schuld der westlichen Industrienationen am anthropogenen Treibhauseffekt mindern zu wollen, muß man also sagen, daß die zukünftige Gefahr auch in einem weiteren, ökologisch unbedachten, industriellen Ausbau der Entwicklungsländer liegen kann. Natürlich müssen die Industrieländer vor allem ihre eigenen Gewohnheiten ändern, aber langfristig gesehen sollte die Entwicklungshilfe der Industrieländer auch im Bereich des Technologie-Transfers ansetzen, um eine Verstärkung der Treibhausgas-Emissionen in den Entwicklungsländern noch rechtzeitig eindämmen zu können.
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