Treibhausgase

Treibhausgase (THG) sind gasförmige Stoffe in der Atmosphäre, die Wärmestrahlung absorbieren und emittieren. Sie tragen zur Erwärmung der unteren Atmosphärenschichten bei und sind ein zentraler Bestandteil des sogenannten Treibhauseffekts. Ohne diesen natürlichen Effekt läge die durchschnittliche Temperatur auf der Erde bei etwa −18 °C. Durch menschliche Aktivitäten ist jedoch der Anteil bestimmter Treibhausgase in der Atmosphäre deutlich gestiegen, was zur globalen Erwärmung beiträgt.

Zu den wichtigsten Treibhausgasen zählen Wasserdampf (H₂O), Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄), Distickstoffmonoxid (N₂O) sowie fluorierte Gase wie Schwefelhexafluorid (SF₆). Während Wasserdampf überwiegend durch natürliche Prozesse entsteht und in einem dynamischen Gleichgewicht mit der Temperatur steht, gelten die anderen genannten Gase als anthropogene Treiber des Klimawandels. Ihre Wirkung wird unter anderem durch ihre Konzentration, Lebensdauer in der Atmosphäre und ihr sogenanntes Treibhauspotenzial (Global Warming Potential, GWP) bestimmt.

Die Quellen dieser Gase sind vielfältig. CO₂ entsteht vor allem bei der Verbrennung fossiler Energieträger sowie bei der Abholzung von Wäldern. Methan wird hauptsächlich in der Landwirtschaft, insbesondere bei der Viehhaltung und im Reisanbau, sowie bei der Förderung und Verteilung fossiler Brennstoffe freigesetzt. Distickstoffmonoxid stammt vor allem aus der Verwendung stickstoffhaltiger Düngemittel. Fluorierte Gase kommen überwiegend in industriellen Anwendungen vor, etwa in der Kälte- und Klimatechnik.

Wirkung und Bedeutung für das Klima

Die Wirkung von Treibhausgasen beruht auf ihrer Fähigkeit, Infrarotstrahlung zu absorbieren, die von der Erdoberfläche abgestrahlt wird. Diese Energie wird teilweise zurück zur Erde reflektiert, was zu einem Temperaturanstieg in der Troposphäre führt. Dieser Prozess ist physikalisch gut verstanden und durch zahlreiche Messungen und Modellierungen belegt. Die anthropogene Zunahme bestimmter Treibhausgase führt zu einer Verstärkung dieses Effekts, was als anthropogener Treibhauseffekt bezeichnet wird.

Das Treibhauspotenzial eines Gases gibt an, wie stark ein Kilogramm dieses Gases im Vergleich zu einem Kilogramm CO₂ zur Erwärmung der Atmosphäre beiträgt. Methan hat beispielsweise über einen Zeitraum von 100 Jahren ein etwa 28-fach höheres Treibhauspotenzial als Kohlendioxid, während Distickstoffmonoxid etwa 265-mal so wirksam ist. Fluorierte Gase können sogar ein GWP von mehreren Tausend aufweisen, sind jedoch in geringeren Mengen vorhanden.

Die steigende Konzentration von Treibhausgasen wirkt sich auf zahlreiche Klimaparameter aus. Dazu gehören der Anstieg der globalen Mitteltemperatur, veränderte Niederschlagsmuster, das Abschmelzen von Gletschern und Eisschilden sowie der Anstieg des Meeresspiegels. Auch Extremwetterereignisse wie Hitzewellen, Dürren oder Starkregen nehmen in Häufigkeit und Intensität zu. Die Zusammenhänge sind komplex und werden durch viele Rückkopplungseffekte beeinflusst, etwa durch die Veränderung der Albedo oder die Freisetzung weiterer Gase aus Permafrostböden.

Die Reduktion von Treibhausgasemissionen ist ein zentrales Ziel internationaler Klimapolitik. Abkommen wie das Pariser Klimaabkommen von 2015 setzen auf langfristige Strategien zur Begrenzung der Erderwärmung auf deutlich unter 2 °C gegenüber vorindustriellen Werten. Dazu gehören unter anderem der Ausbau erneuerbarer Energien, die Steigerung der Energieeffizienz und die Wiederaufforstung von Wäldern. Auch technologische Ansätze zur Abscheidung und Speicherung von CO₂ (Carbon Capture and Storage, CCS) spielen in Szenarien zur Emissionsminderung eine Rolle.