Treibhauseffekt

Treibhauseffekt
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Atmosphäre		Kohlenstoffdioxid

Laut einer Emnid-Umfrage im September 2005 empfinden deutsche Jugendliche die globale Erwärmung als das größte Umweltproblem. So sind 45% der Jugendlichen im Alter zwischen 14 und 29 Jahren der Meinung, dass CO₂-Abgase und der daraus resultierende Treibhauseffekt die größten Umweltprobleme sind. 61% der Befragten finden, dass das Thema Umweltschutz im Unterricht nicht ausreichend behandelt wird.

Was ist der Treibhauseffekt?

Die während des Tages einfallende Sonnenstrahlung (Globalstrahlung) wird von der Atmosphäre und vom Erdboden in Form von Wärme gespeichert und nachts als Infrarotstrahlung in den Weltraum abgegeben.

Die sog. klimarelevanten Spurengase in der Troposphäre absorbieren und reflektieren einen Teil dieser Abstrahlung, wodurch die nächtliche Abkühlung reduziert wird. Die Schicht der klimarelevanten Spurengase fängt also, wie die Glasscheiben eines Treibhauses, Sonnenenergie ein, indem sie Sonnenlicht durchläßt und Infrarotstrahlung zurückhält. Aufgrund dieser Analogie wird der Effekt T. genannt.

Dieser natürliche Treibhauseffekt stellt eine gigantische, lebensnotwendige "Klimaanlage" dar. Ohne den natürlichen T. läge die bodennahe Durchschnittstemperatur auf der Erde nicht bei + 15 °C, sondern bei - 18 °C. Seit Beginn der Industrialisierung sind die Konzentrationen der T.-Gase in der Atmosphäre durch menschliche Tätigkeiten angestiegen und zusätzliche T.-Gase, v. a. FCKW, hinzugekommen. Durch diesen zusätzlichen T. wird der natürliche T. verstärkt und die Stabilität des Weltklimas gefährdet. Als eine Art "Puffer" gelten hierbei die Weltmeere, die in der Lage sind das Treibhausgas CO₂ aufzunehmen.

Ursachen

Bedenklich ist der zusätzliche, anthropogene Treibhauseffekt, der auf die vom Menschen verursachte Zunahme der Spurengase zurückzuführen ist.

Welche Rolle spielt das Kohlenstoffdioxid?

Wichtigstes dieser Spurengase ist das Kohlendioxid (CO₂), das um 1750 erst etwa 280 ppm (parts per million, Teilchen je Mio.) ausmachte, seit der Industrialisierung auf heute 360 ppm gestiegen ist und damit höher liegt als jemals in den letzten 160.000 Jahren.

Die langfristigen Folgen des künstlichen, durch Menschen produzierten Treibhauseffektes könnten für den Menschen katastrophal ausfallen:

Die Temperaturerhöhungen haben den Meeresspiegel der Weltmeere in den letzten hundert Jahren bereits um fast 25 cm ansteigen lassen, bis zum Jahr 2100 wird mit einem Anstieg um 40 cm bis zu einem Meter gerechnet. Die Ursache für den Meeresspiegelanstieg ist zum einen die Erwärmung der Meere selbst. Wasser dehnt sich bei Erwärmung aus. Hinzu kommt ein Abschmelzen der Inlandgletscher, wie dies z.B. in den Alpen sehr gut zu beobachten ist. Die Eisschmelze an den Polen hingegen erfolgt relativ langsam und man geht davon aus, dass dieser Beitrag zum Meeresspiegelanstieg über die nächsten 100 Jahre nicht maßgeblich sein wird.

Quelle: www.seilnacht.com

Inwiefern ist die Menschheit am Treibhauseffekt beteiligt?

Ursachen für die steigende Emission von CO₂ sind in erster Linie die Verbrennung fossiler Energieträger (Erdöl, Erdgas, Kohle), Abgase aus Industriebetrieben und Verkehr.

Eine weitere Ursache für die Zunahme der Treibhausgase in der Atmosphäre ist die rücksichtslose Brandrodung tropischer Regenwälder. Durch die Rodung wird Acker- und Bauland (Wachstum der Weltbevölkerung) auf schnellem Weg geschaffen, dabei entstehen riesige Mengen an Kohlenstoffdioxid. 12 Prozent aller Landflächen der Erde sind mit tropischem Regenwald bedeckt, doch jährlich werden 563.000 Quadratkilometer Urwald gerodet, das ist eine Fläche größer als Deutschland! In wenigen Jahrzehnten könnten die tropischen Regenwälder ganz verschwunden sein.

Neben Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf tragen zur Verstärkung des Treibhauseffekts auch andere von Menschen produzierte Abgase, zum Beispiel die Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW), troposphärisches Ozon und Distickstoffoxid (Lachgas, N₂O). Die großen Rinderherden der Welt erzeugen erhebliche Mengen an Methangas (CH₄), das an dritter Stelle bei der Wirkung der Treibhausgase steht.

Auswirkungen

Globale Temperaturerhöhung

Die wohl naheliegendste Konsequenz des Treibhauseffektes ist eine globale Temperaturerhöhung. Hiervon können sich aber eine ganze Reihe von weiteren Problemen ergeben.

Was sind die Folgen der Klimaerwärmung?

Auch wenn die Szenarien der Klimaforscher noch mit Unsicherheiten behaftet sind, so zeichnen sich doch einige Tendenzen ab. Die Folgen der Klimaerwärmung sind demnach vielfältig und mittel- oder langfristig gravierend:

• Bis zum Jahr 2100 wird eine Erhöhung der bodennahen Weltmitteltemperatur von 2-5°C erwartet; regional und jahreszeitlich kann diese Erwärmung, zu den Polen hin zunehmend, um ein Mehrfaches größer sein. Innerhalb der letzten 100 Jahre nahm die Temperatur bereits um ca. 0,5°C zu, wobei die Zunahme in den nördlichen Breiten z. T. über 5°C betrug. Sollte sich unser Planet in den nächsten 50 bis 100 Jahren wirklich um 2 - 5 Grad Celsius erwärmen, so hätte dies eine Verschiebung aller Klimazonen zur Folge. Österreich beispielsweise könnte sich dann über ein mildes Mittelmeerklima freuen.

• Es könnten jedoch auch einige heutzutage noch äußerst fruchtbare Landgebiete und Anbauflächen einfach austrocknen. Glaubt man den Experten, so wird der Nordamerikanische Getreidegürtel von Dürreperioden heimgesucht werden, während man in Russland schon Getreide im sonnigen Sibirien anbauen könnte.

• Sehr wahrscheinlich wird durch die Wärmeausdehnung des Wassers und dem Abschmelzen der Polkappen und Gletscher der Meeresspiegel steigen, möglicherweise bis 2100 um etwa 0,2 bis zu 5 Meter. Bei einem derartigen Anstieg des Meeresspiegels würden Küstenregionen und tiefliegende Gebiete auf unserer Erde ganz einfach überflutet werden. Akut durch Landverluste gefährdet wären etwa Florida, die Niederlande oder Bangladesh. [1]
  In den letzten 100 Jahren stieg der Meeresspiegel bereits um ca. 12 cm. Damit drohen häufigere und stärkere Überschwemmungen. Manche Inseln könnten auf immer im Meer versinken. Vom steigenden Meeresspiegel bedrohte Inselstaaten wie die Malediven wollen deshalb juristisch gegen die Verursacher der globalen Klimaerwärmung vorgehen.

• Das Süßwasser aus den geschmolzenen Polkappen und Gletschern verringert den Salzgehalt in den Meeren. Dadurch können Meeresströmungen großräumig geändert werden. Diskutiert wird z.B. eine Störung des Golfstromes im Nordatlantik, was für Nordwesteuropa auch eine neue Eiszeit bedeuten könnte.

Verlauf des Golfstroms: Datei:G10.jpeg Quelle: www.learn-line.nrw.de

Eiszeit gefährdete Bereiche bei Abriss des Golfstroms:

• Die Gletscher speichern weltweit ca. 70% der Süßwasserreserven. Das Abschmelzen der Gletscher wird die Trinkwassernot in vielen Ländern dramatisch verstärken, besonders in jenen Ländern, die ihr Trinkwasser überwiegend aus Gletschern gewinnen, wie z. B. Peru und Bolivien. Auch die Himalaya-Staaten wären vom Schmelzen der Gletscher besonders stark betroffen: Flüsse, die sich dort aus Gletschern speisen, versorgen 1/3 der Erdbevölkerung mit Trinkwasser.

• Die zunehmende Erwärmung begünstigt die Ausbreitung der Wüsten, extreme Wetterereignisse werden ganze Regionen verwüsten.

• Insgesamt werden Mio von Menschen insbesondere in den Entwicklungsländern ihrer Lebensgrundlagen beraubt und zu Umweltflüchtlingen. Während die meisten Länder beim T. auf der Verliererseite stehen, gibt es möglicherweise auch Gewinner. Länder wie Sibirien oder Kanada rechnen sich durch das Auftauen von Dauerfrostgebieten Vorteile aus, wie z.B. die Ausdehnung der landwirtschaftlich nutzbaren Flächen, und zeigen daher wenig Interesse, für die Bekämpfung des T. Geld zu investieren.

• Alle Wissenschaftler gehen davon aus, daß aufgrund der beginnenden Klima-Veränderungen Häufigkeit und Intensität extremer klimatischer Ereignisse wie Orkane, Sturmfluten, sintflutartige Niederschläge und Dürrekatastrophen zunehmen werden.

• Neben den schon spürbaren Temperaturerhöhungen mehren sich die Zeichen, daß wir bereits mitten in der Klimaveränderung stehen. In den letzten Jahren ist die Zahl der Naturkatastrophen infolge von Wetterinstabilitäten stark angestiegen. 1991 starben knapp 160.000 Menschen an den Folgen von Naturkatastrophen, 22,5 Mio. wurden obdachlos. Die angerichteten Sachschäden lagen bei fast 11 Mrd. US-Dollar. Die Werte liegen weit über dem langfristigen Durchschnitt.

• Wetterextreme werden häufiger und stärker ausfallen mit entsprechend erhöhten Schadensfolgen. Die Häufung der Wetterextreme der vergangenen Jahre, insbesondere die Hochwasserkatastrophen 2002, werden von vielen Wissenschaftlern als Folge der Klimaerwärmung gesehen. Klimaanomalien (z.B. El Niño) könnten sich verstärken oder verlagern. Das Klima kann sich regional erheblich verändern, sodass große Probleme bei der Wasser- und Nahrungs-versorgung drohen.

• Andere Anzeichen stellen Veränderungen in Flora und Fauna dar. Eine Reihe von Pflanzen und Tieren beginnen, sich in den wärmer werdenden nördlichen Regionen anzusiedeln, viele andere können sich den neuen Bedingungen nicht schnell genug anpassen; das T.-bedingte Artensterben hat bereits begonnen. Die Korallenriffe, die nach den Regenwäldern artenreichste Ökosysteme, sind z. T. schon abgestorben und in weiten Bereichen bedroht.

Lösungsansätze

• Deichbau?
• Kohlendioxid in der Tiefe der Ozeane speichern?

Um den zusätzlichen T. als globales Problem einzudämmen, muß die Menschheit einen bislang noch nie realisierten Kraft- und Solidaritätsakt verwirklichen. Vordringlich ist die drastische Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen. Klimaforscher schätzen z. B., dass die Kohlendioxid-Emissionen bis 2020 um 70 % reduziert werden müssen, um den Temperaturanstieg auf 1 - 2 Grad C zu begrenzen!

Viele bereits entwickelte technische Alternativen gelten aber noch nicht als ökonomisch sinnvoll. Was aber sofort notwendig wäre, ist eine sofortige Verminderung der Verbrennung fossiler Brennstoffe bis hin zum Verzicht auf Heizöl und Verbrennungsmotoren weltweit. Dies dürfte die Erträge der Erdölgesellschaften schmälern, und mit deren Widerstand ist zu rechnen.

Darüber hinaus wird der Verbrauch an fossilen Brennstoffen bzw. die Kohlendioxid-Emission durch das rasante Bevölkerungswachstum verstärkt. Ein möglicher Lösungsansatz wäre die Geburtenkontrolle, wie sie (allerdings aus anderen Gründen) in China bereits praktiziert wird.

Welche alternativen Energiequellen gibt es?

Brennstoffzelle

Brennstoffzelle

Solarkollektor

Selbst an einem trüben Tag ist noch Strahlung in der Atmosphäre, aus der Wärme gewonnen werden kann. Das von den Kollektoren erwärmte Wasser wird zentral in einem Solar-Standspeicher zum Verbrauch bereitgehalten. Die heutigen Standspeicher zeichnen sich durch geringe Wärmeverluste aus.

Erdreichkollektor

Bei der Nutzung der Erdwärme durch den Erdreichkollektor ist es von Vorteil, Eigentümer eines großen Grundstückes zu sein. Ein Rohrschlangensystem, das meist aus Kunststoff besteht, wird horizontal im Erdboden verlegt. In diesem System befindet sich ein fließfähiges Solegemisch, welches vom Erdboden die Wärme aufnimmt. Erdreich-Kollektor-Anlagen eignen sich vor allem für monovalenten Betrieb, ohne dass die darüberliegende Vegetation beeinträchtigt wird. Als Grundfläche wird etwa das zwei- bis dreifache der zu beheizenden Wohnfläche benötigt.

Erdwärmesonden

E. benötigen kein sehr großes Grundstück, da sie vertikal verlegt werden. Sie werden mit Bohrgeräten in das Erdreich eingesetzt. Wie bei den Erdreichkollektoren zirkuliert in dem vertikalen Rohrschlangen- system ein Solegemisch, welches dem Erdboden und dem Grundwasser indirekt die Wärme entzieht. Die Tiefe der Bohrungen hängt von der Beschaffenheit des Erdreichs ab.

Da der Erdboden ab einer Tiefe von 15 m eine relativ konstante Temperatur von +10 Grad Celsius hat, kann diese Art von Wärmequelle effizient genutzt werden.

Luft/Wasser Wärmepumpe

Die Nutzung der Luft als Wärmelieferant ist überall und zu jeder Jahreszeit möglich. Sogar bei Minusgraden bis -20 Grad Celsius entziehen Wärmepumpen der Außenluft noch ausreichende Heizungswärme. Die Energieausbeute ist dann natürlich niedriger als im Frühjahr oder Sommer. Da aber gerade an kalten Tagen viel Heizwärme benötigt wird, ist es sinnvoll, die Wärmepumpe monoenergetisch zu betreiben. Das heißt, es muß noch eine Zusatzheizung (z. B. in Form einer Fussbodenheizung) installiert werden. Diese Zusatzheizung unterstützt die Wärmepumpe während der Kälteperioden.

Vorteile der Luft/Wasser Wärmepumpe sind die einfache Installation, denn sie kann sowohl innen oder außen betrieben werden und die Ersparnis von einigen Kosten, da Erdarbeiten und Brunnenbohrungen entfallen.

Wasser/Wasser Wärmepumpe

Die Energiequelle bei dieser Wärmepumpenart ist die Wasserwärme. Grundwasser ist ein optimaler Wärmespeicher. Selbst in sehr kalten Wintern liegt die Temperatur noch bei 8 bis 12 Grad Celsius. Auch im Jahresdurchschnitt bleibt die Wassertemperatur auf einem konstanten Niveau. Voraussetzungen für die Installation ist ausreichende Menge und Qualität des Grundwassers. Dies überprüfen Chemiker anhand einer Wasserprobe.

Für die Nutzung des Grundwassers ist ein Saugbrunnen und ein Schluck- oder Sickerbrunnen erforderlich. Es wird die Wärme des Grundwassers genutzt, wobei seine Temperatur gesenkt, seine Beschaffenheit jedoch nicht verändert wird. Auch Seen und Flüsse können zur Wärmegewinnung genutzt werden. Dem Saugbrunnen wird Wasser entzogen. In der Wärmepumpe wird diesem Wasser nun Wärme entzogen und dem Schluckbrunnen zugeführt. Das Wasser erwärmt sich wieder im Erdreich und kann aus dem Saugbrunnen wieder entnommen werden.

Politische Maßnahmen

National

Forschung & Technik können nur die Lösungsansätze aufzeigen, die durch politische Entscheidungen (Gesetze) auf den Weg gebracht werden, z. B.:

• Grenzwerte für die CO₂-Emission festlegen
• Mindeststandards für Wärmedämmung festschreiben, um den Verbrauch fossiler Energieträger zu verringern
• Subventionieren CO₂-freier Technologien

International: Protokoll von Kyoto

Das Protokoll von Kyoto zum Rahmenübereinkommen der Vereinten Nationen über Klimaänderungen im Wortlaut als PDF-Datei.

Was mache ich ?

Alle Maßnahmen zur Verringerung des T. stehen und fallen mit der persönlichen Umsetzung, z. B.:

• Teilnahme an Wahlen, um mitzubestimmen, welche politschen Entscheidungen getroffen werden
• Bildung von Fahrgemeinschaften
• Licht ausschalten, wenn man einen Raum verlässt
• andere Leute auf die Treibhaus-Problematik ansprechen, auf diesen Artikel verweisen oder weiter ausbauen

Medien

• www.junkers.com
• Video Quarks & Co.
• ZDF-Anmation
• Diagramme als PDF-Datei zum Ausdrucken
  - Zeitlicher Verlauf der atmosphärischen Spurengase CO₂, CH₄, N₂O, FCKW11 und der Bevölkerungsentwicklung
  - Anomalien der bodennahen Weltmitteltemperaturen
• Physikalische Experimente zum Treibhauseffekt auf dem Hamburger Bildungsserver