Was ist der Treibhauseffekt?

Licht ist physikalisch betrachtet elektromagnetische Strahlung mit sehr kurzer Wellenlänge. An der Grenze zwischen Luft und Wasser oder Luft und Glas bricht sie sich, d.h. sie ändert ihre Ausbreitungsrichtung. Ein Teil des Lichts ist sichtbar, aber das UV-Licht und das längerwellige wärmestrahlende Infrarotlicht an den Rändern des Spektrums sind unsichtbar. Wenn Licht auf undurchsichtige Körper trifft, wird es absorbiert oder reflektiert. Die kurzwellige sichtbare Strahlung des Lichts wird beim Auftreffen auf undurchsichtige Materie in längerwellige Wärmestrahlung verwandelt.

Licht: von der Sonne zur Erdoberfläche

Auf seinem Weg von der Sonne zur Erde durchdringt das kurzwellige Sonnenlicht die Erdatmosphäre. In Lichtgeschwindigkeit bahnt es sich seinen Weg durch die verschiedenen Schichten der Atmosphäre: erst durch die Exosphäre, den Übergang zwischen Atmosphäre und Weltraum in einer Höhe zwischen 1000 und 400 Kilometern, dann durch Thermo-, Iono- und Mesosphäre, durch die wenig bewegte Stratosphäre, in deren Mitte sich zwischen 30 und 20 Kilometer Höhe die Ozonschicht befindet, und schließlich durch die erdnächste Atmosphärenschicht, die Troposphäre. Hier spielt sich bis zu einer Höhe von 16 Kilometern alles Wettergeschehen ab.

Die kurzwellige Strahlung des ankommenden Sonnenlichts wird teilweise von Atmosphäre und Erdoberfläche reflektiert, der Rest durchläuft die Atmosphäre, erwärmt die Erdoberfläche und wird als infrarote Wärmestrahlung zurückgestrahlt. Ein Teil der zurückgestrahlten Wärme durchläuft die Atmosphäre und verliert sich im Weltall, der andere Teil kann die Schicht aus Wasserdampf, Kohlendioxid und Spuren anderer Gase in der Atmosphäre nicht durchdringen und wird in der Atmosphäre zurückgehalten.

Kein Leben ohne natürlichen Treibhauseffekt

Die Atmosphäre besteht größtenteils aus Stickstoff, Sauerstoff und Argon. Diese Gase sind ziemlich durchlässig sowohl für sichtbares Licht wie für die Wärme, die die Erde in den Weltraum zurückstrahlt. Allerdings sind in der Atmosphäre auch Wasserdampf, Kohlendioxid und Spuren anderer Gase vorhanden. Sie sind zwar durchlässig für sichtbares Licht, jedoch weit weniger für Infrarotlicht. Diese Gase wirken wie ein Schutzschild für die Erde. Man nennt sie Treibhausgase. Je höher ihre Konzentration, desto höher die Temperatur auf der Erde.

Ohne die schützende Atmosphäre wäre auf der Erde kein Leben möglich. Sie speichert einen Teil der auftreffenden Strahlung als Wärmeenergie und verhindert so bitterkalte Temperaturen. Wissenschaftler haben errechnet, dass ohne den natürlichen Treibhauseffekt auf der Erde eine durchschnittliche Temperatur von minus 18 Grad Celsius herrschen würde. Die Treibhausgase sind dafür verantwortlich, dass die durchschnittliche Oberflächentemperatur plus 15 Grad Celsius beträgt. Somit beträgt der natürliche Treibhauseffekt plus 33 Grad Celsius. Leben, so wie wir es kennen, gäbe es ohne ihn nicht.

Ein Glashaus in der Sonne wird zum Treibhaus

Normales Fensterglas ist durchlässig für alle Arten von Licht, allerdings weitaus mehr für das Licht, das wir sehen können als für UV- oder Infrarotlicht. Stellen Sie sich ein Glashaus vor, das in der prallen Sonne steht. Die Objekte im Glashaus nehmen die Strahlung des Sonnenlichts auf und erwärmen sich. Einen Teil der Wärme geben sie als Infrarotstrahlung wieder ab. Nach einiger Zeit geben sie genauso viel Infrarotstrahlung ab wie sie an Sonnenlicht aufnehmen, so dass ihre Temperatur nicht mehr steigt. Die abgegebene Wärmestrahlung wird nun größtenteils vom Glas reflektiert und erwärmt den Raum. Die Temperatur im Glashaus steigt so lange an, bis sich die Wärme, die von außen eindringt, mit der durch das Glas wieder abgegebenen Wärme im Gleichgewicht befindet.

Auch Objekte außerhalb des Glashauses erwärmen sich in der Sonne, aber sie können ihre Infrarotstrahlung ungehindert nach außen abgeben. Ihre neue Temperatur im Sonnenschein pendelt sich dadurch auf einem niedrigeren Niveau ein als die der Objekte im Glashaus. Ein Tomatenstrauch im Gewächshaus kann weniger Wärme abgeben als der Tomatenstrauch auf dem Feld. Diesen Effekt machen sich die Bauern mit der Produktion von Obst und Gemüse in Gewächshäusern schon lange zunutze. Ohne Glasdach, das die Sonnenwärme einschließt, würden die Tomatenpflanzen bei Kälteeinbrüchen im Frühling erfrieren.

Der Mensch: Bedrohung fürs Klimasystem

Der Treibhauseffekt ist also nichts Neues, er ist ein uraltes Phänomen, das die Entstehung von Leben auf unserem Planeten ermöglicht hat. Doch seit rund 250 Jahren kommt ein neues Phänomen hinzu: Durch den Einfluss des Menschen wird der natürliche Treibhauseffekt erheblich verstärkt. Der sogenannte "anthropogene Treibhauseffekt" überlagert die natürlichen Einflüsse und bringt unser Klimasystem in Gefahr. Die derzeitige Konzentration an Treibhausgasen in der Atmosphäre ist höher als in den vergangenen 650.000 Jahren. Diese Entwicklung müssen wir aufhalten - damit das fragile Klimasystem unserer Erde auch für zukünftige Generationen erhalten bleibt.