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Oliver Reiser

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Der Treibhauseffekt aus chemischer Sicht [Teil 2] English Italiano

Oliver Reiser

Wie funktioniert der Treibhauseffekt, und wie ist die Emission von Kohlendioxid und anderer Spurengase auf das Klima zu bewerten?

 

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Wann wird ein Gas zum Treibhausgas?

Die Wellenlängen der Infrarotstrahlung können nur solche Moleküle absorbieren, die durch Schwingungen ihr Dipolmoment ändern. Diese Bedingung erfüllen Moleküle, die aus zwei verschiedenen oder aus mindestens drei Atomen zusammengesetzt sind. Zweiatomige Gase wie Sauerstoff O2 und Stickstoff N2, die Hauptkomponenten in unserer Atmosphäre, können nur symmetrische Schwingungen ausführen, die das Dipolmoment nicht verändern. Kohlendioxid, ein dreiatomiges Gas, kann neben symmetrischen auch unsymmetrische Schwingungen ausführen (Abbildung unten, zur Vergrößerung anklicken). Infrarotlicht regt letztere Schwingungen an und wird dadurch absorbiert. Allerdings wird nicht der gesamte Wellenlängenbereich der Infrarotstrahlung (1 bis 40 µm; Mikrometer = 10-6m) absorbiert, sondern nur ein kleiner Bereich, der für jedes Klimagas verschieden ist. Kohlendioxid absorbiert in zwei engen Bereichen des Infrarotspektrums, nämlich bei 4.3 und 15.3 µm.

Klimaerwärmung und Kohlendioxid

Bewirkt das in der Atmosphäre befindliche Kohlendioxid durch die Absorption der Infrarotstrahlung in den Bereichen von 4.3 und 15.3 µm eine Klimaerwärmung? Die eindeutige Antwort auf diese Frage lautet ja. Ohne jeglichen Treibhauseffekt wäre die mittlere Temperatur auf der Erde um 33°C niedriger, sodass ein Leben auf der Erde, zumindest so wie wir es kennen, kaum möglich wäre. Den größten Anteil am Treibhauseffekt, nämlich von etwa 66 Prozent oder 22°C hat aber der Wasserdampf, der somit das effektivste aller Treibhausgase darstellt. Das natürlich in der Atmosphäre befindliche Kohlendioxid steuert dagegen etwa 15 Prozent bei, was einem Temperaturanteil von etwa 5°C entspricht.

Wie viel Kohlendioxid ist in der Atmosphäre?

Der natürliche Anteil des Kohlendioxids in der Luft beträgt ungefähr 0.03 Prozent, damit sind in der gesamten Atmosphäre etwa 2700 Milliarden Tonnen Kohlendioxid vorhanden -- eine gigantische Menge, die aufgrund des so genannten Kohlenstoffkreislauf (Emission von Kohlendioxid durch Lebewesen und Absorption durch Photosynthese von Pflanzen) in etwa konstant bleibt. Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und der Vernichtung von Wäldern durch Brandrodung kommen gegenwärtig pro Jahr 25 Milliarden Tonnen dazu, also etwa ein Prozent.

Tatsächlich steigt die jährliche Konzentration in der Atmosphäre aber nur um etwa 0.3 Prozent, da vor allem die Ozeane als sehr guter Speicher für Kohlendioxid dienen. Der jährliche Anstieg scheint insgesamt gering zu sein, aber im Verlauf der Jahrzehnte kam es trotzdem zu einer signifikanten Erhöhung des Kohlendioxidgehalts, von etwa 0.028 Prozent (280 pm, ppm = parts per million) im 19. Jahrhundert auf 0.036 Prozent (360 ppm) Ende des 20. Jahrhunderts.

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