Kohlendioxid als Treibhausgas – Treibhauseffekt

Kohlendioxid gehort zu den klimawirksamen Spurengasen. Der Einfluss dieser Gase auf das Klima soil im Folgenden kurz dargestellt werden. Von den 47% der Strahlungsenergie des Sonnenlichts, die die Erdoberflache erreichen und erwarmen, wird der tiberwiegende Teil in Form von Warmestrahlung, also Strahlung des infraroten Bereichs des elektromag – netischen Spektrums (IR-Strahlung), wieder in die Atmosphare zuriickgestrahlt. Wtirde dies nicht geschehen, kame es in kurzester Zeit zu einer Aufheizung der Erde. Die klima­wirksamen Gase der Atmosphare absorbieren einen groBen Teil der Warmestrahlung und speichem sie als Warmeenergie. AnschlieBend geben sie die aufgenommene Energie in alle Richtungen wieder ab, sowohl ins Weltall als auch zuruck zur Erdoberflache. Die Abgabe der Warmeenergie wieder zuruck zur Erdoberflache charakterisiert das Prinzip des Treib – hauseffektes. Die diesen Effekt bewirkenden Gase werden als Treibhausgase bezeichnet. Der Vergleich mit einem Treibhaus (Gewachshaus), wo die Sonnenenergie in Form von Warme,,eingefangen“ wird, ist folgendermaBen zu verstehen: Wahrend in einem Ge­wachshaus das Sonnenlicht durch das Glasdach eindringen kann, wird ein Entweichen der warmen Luff weitgehend verhindert. Die Funktion des Glasdaches ubemehmen in der At­mosphare die Treibhausgase. Sie absorbieren die Warmestrahlung und regulieren damit das Klima.

Damit ein Gas treibhausaktiv ist, muss es bestimmte strukturelle Voraussetzungen erffillen. Zum einen mussen durch Absorption von IR-Strahlung Schwingungen der Atome entlang der Bindungsrichtungen angeregt werden konnen. Damit gehoren die einatomigen Edelgase von vomherein nicht zu den Treibhausgasen. Eine Bindung zwischen zwei Atomen des gleichen Elements ist nicht IR-aktiv, also nicht zur Absorption von IR-Strahlung in der Lage. Somit sind auch die zweiatomigen Gase N2, 02 und H2 keine Treibhausgase. IR-aktiv sind MolekUle, die aus 2 verschiedenen Atomen bestehen oder aus mindestens drei Atomen aufgebaut sind. Zur letzteren Gruppe von Verbindungen gehoren die Treibhausgase H20, C02, CH4, die FCKW, N20 und 03. Auch S02 und die Stickoxide NOx sind treibhausaktiv, obwohl ihr Einfluss aufgrund ihrer geringen Konzentration vemachlassigbar klein ist. De­tails zur IR-Spektroskopie siehe Lehrbiicher der analytischen Chemie.

Ohne die atmospharischen Treibhausgase lage die mittlere Durchschnittstemperatur auf der Erde um 33°C tiefer, also nicht bei +15°C sondem bei -18°C. Die naturlichen Treibhaus­gase, alien voran Wasserdampf und Kohlendioxid, ermoglichen das Leben auf der Erde in

seiner jetzigen Form. Sie mildem die groiien Temperaturschwankungen, die sonst zwi- schen Tag und Nacht auftreten wiirden (natiirlicher Treibhauseffekt).

Betrachtet man den Beitrag der Treibhausgase an der Anhebung der Durchschnittstempe – ratur um 33°C genauer, so wird deutlich, dass allein der H20-Dampf eine Temperaturstei – gerung von 20,6°C bewirkt. Auf C02 entfallt ein Beitrag von 7,2°C, auf Ozon 2,4°C, auf N20 1,4°C, auf Methan 0,8°C und auf die restlichen Spurengase (FCKW, NH3, CC14 u. a.) 0,6°C. Der Anteil des Wasserdampfes an der Durchschnittstemperatur von +15°C (am Bo – den) betragt somit 62,4%, der des C02 21,8% [UC 1].

Infolge der standig anwachsenden Erdbevolkerung und der damit verbundenen Zunahme landwirtschaftlicher und industrieller Aktivitaten wie der Waldrodung, der ErschlieBung neuer landwirtschaftlicher Nutzflachen, der Brandrodung, dem Aufbringen mineralischer Dunger, der ungehemmten Verbrennung fossiler Brennstoffe und Holz sowie der Produk – tion halogenierter Kohlenwasserstoffe wachst die Emission klimawirksamer Gase standig an. Diese zusatzlich freigesetzten Treibhausgase reichem sich ebenfalls in der Atmosphare an (anthropogener Treibhauseffekt). Rund 60% des anthropogenen Treibhauseffekts werden durch C02 verursacht. Damit ist Kohlendioxid das wichtigste Treibhausgas iiber – haupt, gefolgt von Methan (~ 15%), den FCKW (~ 11%), tropospharischem Ozon (< 9%) und Distickstoffmonoxid (~ 4%).

Seit Beginn der Industrialisierung (1750/1800) ist die C02-Konzentration kontinuierlich angestiegen und zwar von 280 ppm auf 385 ppm im Jahre 2005. Das bedeutet einen An – stieg um ca. 37%. Wie oben betont, tragen auch die Gase СЕЦ, die FCKW, Ozon und N20 zum anthropogenen Treibhauseffekt bei. Zum Beispiel besitzen die Spurengase CH4 und N20, deren Konzentrationen ebenfalls kontinuierlich ansteigen (CH4 1750/1800: 0,7 ppm, 2006: 1,774 ppm; N20 1750/1800: 0,276 ppm, 2006: 0,319 ppm) im Sinne des Treibhaus­effekts weitaus gunstigere Absorptionseigenschaften als C02 (Quelle: IPCC 2007).

Methan CH4 entsteht uberall da, wo organisches Material unter anaeroben Bedingungen abgebaut wird. Es stammt zu etwa 20% aus natiirlichen Quellen (Moore, Stlmpfe -> Sumpfgas) und zu etwa 80% aus anthropogenen Quellen (Landwirtschaft, Forderung und Verteilung von Erdol und – gas, Bergbau, anaerobe Verrottung organischer Abfalle auf den Deponien). Knapp 2/3 der anthropogenen Emissionen entstehen bei landwirtschaftlichen Aktivitaten. Hier sind insbesondere der Nassreisanbau, der wachsende Viehbestand durch die Massentierhaltung und die Brandrodung in den Tropen zu nennen. Beim Nassreisanbau entstehen in den tiberfluteten Reisfeldem aus organischer Substanz unter Sauerstoffaus – schluss Methan und Kohlendioxid; Methangarung: (CH20)n -> n C02 + n CH4.

Distickstoffmonoxid N20 (,,Lachgas“) entsteht durch mikrobielle Umsetzungen von N – Verbindungen in Boden und Gewassem. Hauptquellen: die in der Landwirtschaft einge – setzten mineralischen Stickstoffdungemittel, Verbrennung von Biomasse (Brandrodung).

Heute ist unbestritten, dass sich die Spurengaskonzentrationen in der Erdatmosphare durch anthropogene Aktivitaten nicht mehr im Gleichgewicht befinden. Was sind die Konsequen – zen einer sich stetig erhohenden Konzentration an Treibhausgasen in der Atmosphare? Tatsache ist, dass die global ermittelte Temperatur seit 1860 bis heute um 0,7°C angestie­gen ist. Dies ist der starkste Temperaturanstieg auf der Nordhalbkugel wahrend der letzten

1000 Jahre. Die Konsequenzen eines weiteren Temperaturanstiegs (Modellrechnungen ergeben fur das Jahr 2100 eine Temperaturerhohung um ca. 5°C) auf das Klima sind sehr schwer abzuschatzen, da das Klimasystem aus einer Vielzahl von Teilprozessen besteht, die zudem durch vielfaltige Ruckkopplungsmechanismen aufeinander wirken. Man geht davon aus, dass die ungehemmte Emission von Treibhausgasen zu extremen Wetterlagen wie Trockenperioden und Uberschwemmungen und damit zu Hungersnoten und wirt- schaftlichen Katastrophen fuhren wird. Die Verhinderung der prognostizierten (besorgnis – erregenden!) Klimaentwicklung ist ein existentielles Problem, das nur im Rahmen eines grundlegenden okologischen Strukturwandels zu losen ist und sowohl vonseiten der Wis – senschafit als auch der Politik und der Wirtschaft ein hohes Мав an Sensibilitat und Ver – antwortungsbewusstsein, vor allem aber an Sachkompetenz verlangt.