Die Physik des Klimawandels: Treibhausgase

Naturgesetze, unumstößlich.

Treibhausgase:
Kohlendioxid (CO₂) | Methan (CH₄) | Lachgas (=Distickstoffoxid / N₂O) | „halogenierte Treibhausgase“ (inkl. FCKW)

Meist wird nur von Kohlendioxid CO₂ bzw. CO₂e gesprochen, wenn wir von klimaschädigenden Emissionen reden.

Das „e“ hinter CO₂ steht für „Äquivalente“:
Zur Vereinfachung werden die anderen Treibhausgase wie Methan und Lachgas i.d.R. nicht gesondert aufgeführt, sondern auf Basis ihrer bekannten Klimawirkung in CO₂-Äquivalente (CO₂e) umgerechnet.

  • Treibhausgase sind nicht per se etwas Schlechtes:

    • „Ohne Treibhausgase würde die von der Erde emittierte Strahlung zum Großteil ungehindert zurück ins Weltall strahlen. Das Leben hier wäre ziemlich ungemütlich und kalt… Weil es Treibhausgase [grundsätzlich] gibt, es die Erdatmosphäre um 30 Grad wärmer, als sie es ohne Kohlendioxid, Wasserstoff und Methan wäre.“ (Otto 2019, 28)

      (Ohne Treibhausgase gäbe es uns Menschen mutmaßlich gar nicht. Wenn es denn überhaupt eine Evolution gegeben hätte: Der Planet sähe vollkommen anders aus.)


Anteile der Treibhausgase zum weltweiten Treibhauseffekt:
CO₂ 66% | Methan (CH₄) 17% | Lachgas (N₂O) 6% | halogenierte Treibhausgase 11% (vgl. UBA: n.n. 2019a)


Durchschnittliche Verweildauer von Emissionen in der Atmosphäre – Klimaschädlichkeit des Gases in Relation zu CO₂:

> CO₂-Verweildauer variabel – bis zu 1.000.000 Jahre (vgl. Nelles/Serrer 2018, 36)


> Methan ca. 12,4 Jahre | 25x so klimaschädigend (‚klimawirksam‚) wie CO₂*.

  • „Methan entsteht immer dort, wo organisches Material unter Luftausschluss abgebaut [zersetzt] wird. In Deutschland vor allem in der Land- und Forstwirtschaft, insbesondere bei der Massentierhaltung. Eine weitere Quelle sind Klärwerke und Mülldeponien.“ (UBA: n.n. 2019b)

  • weitere Entstehungsursachen von Methan:
    • „Reisanbau, Viehzucht, … Steinkohlenbergbau (Grubengas), Erdgas- und Erdölproduktion, Zerfall von Methanhydrat-Vorkommen durch die globale Erwärmung, Feuchtgebiete.“ (Wiki, n.n. 2019c)

* hier weichen die genannten Zahlen in den verschiedenen Quellen ab – die Größenordnung – zwischen Faktor 20 und Faktor 34 – bleibt dabei grob erhalten. Die hier gewählte Zahl basiert auf den Angaben des Umweltbundesamtes.


> Lachgas ca. 121 Jahre | 298x so klimaschädigend wie CO₂

  • „Es gelangt vor allem über stickstoffhaltigen Dünger und die Massentierhaltung in die Atmosphäre, denn es entsteht immer dann, wenn Mikroorganismen stickstoffhaltige Verbindungen im Boden abbauen. In der Industrie entsteht es vor allem bei chemischen Prozessen (u.a. der Düngemittelproduktion und der Kunststoffindustrie).“ (UBA: n.n. 2019b, vgl. Dambeck 2019)


> Halogenierte Treibhausgase (Halone)

  • darunter als Untergruppe:

    • FCKW, mehrere chemische Verbindungen, die beiden wichtigsten: CFC-11 45 Jahre bzw. CFC-12 100 Jahre | 10.000x so klimaschädigend wie CO₂ (vgl. Kasang 2019)


FCKW wurde bis Ende der 1980er Jahre vielfach als Kältemittel in Kühlschränken, als Treibmittel in Spraydosen und zur Produktion von Kunststoffschäumen (=Schaumstoffen) eingesetzt.

  • FCKW ist allgemein ein äußerst starkes Treibhausgas, verursacht also Erderwärmung, aber es zerstört darüber hinaus die uns Menschen vor ultravioletter (Sonnen-)Strahlung (=UV-Strahlung) schützende Ozonschicht in der Stratosphäre, sodass durch die Ausdünnung des Ozonanteils bzw. das (von den Erdpolen aus) entstehende „Ozonloch“ in bedrohlicher Dimension Hautkrebs verursacht wird/würde. Angesichts der eindeutigen großen Bedrohung erwies sich die Weltgemeinschaft als ungewöhnlich handlungsstark: Die Produktion, Einfuhr und der Verbrauch von FCKW wurde via des am 1.1.1989 in Kraft tretenden völkerrechtlich bindenden multilateralen Umweltabkommens „Montreal Protokoll“ verboten. (vgl. UBA: Baumann 2017)

Leider steigt der Atmosphärengehalt von FCKW seit etwa einem Jahrzehnt wieder an.

Der Spiegel konstatiert:

  • „Forscher kalkulieren, dass von 2008 bis 2012 pro Jahr rund 64.000 Tonnen Trichlorfluormethan [=CFC-11] ausgestoßen wurden, von 2014 bis 2017 sogar 75.000 Tonnen. Berechnungen und Simulationen mit Atmosphärenmodellen ergaben, dass knapp zwei Drittel dieser Emissionen aus China stammten. Die Wissenschaftler grenzten die Herkunft der Stoffe mit hoher Wahrscheinlichkeit auf die ostchinesischen Provinzen Shandong und Hebei ein… Wie aus einem Bericht des Umweltprogramms der Vereinten Nationen (Unep) hervorgeht, haben chinesische Behörden zuletzt mehrere illegale CFC-11-Produktionsstätten geschlossen und gegen vier Firmen Geldstrafen verhängt.“ (n.n. 2019d)

  • „2019 war das Ozonloch über der Antarktis so klein wie vor 30 Jahren. Dieser Prozess [der Abnahme des Ozonsloches] könnte sich durch die zusätzlichen Emissionen nun deutlich verlangsamen… Bisher haben die illegalen Emissionen kaum Auswirkungen… Bleibt der Wert ausgestoßener FCKW-Emissionen … [weiterhin] gleich, könnte sich die Erholung der Ozonschicht um bis zu 18 Jahre verzögern.“ (n.n. 2019e).

Nicht zu vergessen:

Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas

  • „Es taucht in der obigen Diskussion nur deshalb nicht auf, weil der Mensch seine Konzentration nicht direkt verändern kann…. Warme Luft kann nach dem Clausius-Clapeyron-Gesetz der Physik [pro Grad 7%] mehr Wasserdampf enthalten. Daher erhöht der Mensch indirekt auch die Wasserdampfkonzentration der Atmosphäre, wenn er das Klima aufheizt. Dies ist eine klassische verstärkende Rückkopplung, da eine höhere Wasserdampfkonzentration wiederum die Erwärmung verstärkt.“ (Rahmstorf/Schellnhuber 2018, 35)


Friederike Otto nutzt zur Illustration dieses thermodynamischen Effektes das Bild eines Schwammes:

  • „Je größer dieser ist, desto mehr Wasser kann er aufsaugen – einmal zusammengepresst, entlässt er die Menge wieder. Unsere Atmosphäre ist wie ein Schwamm, der ständig wächst.“ (Otto 2019, 30)



>> Mehr Wasserdampf = mehr Extremwetterereignisse.

  • „[A]ufgrund des Clausius-Clapeyron-Gesetzes der Physik [nimmt] die Luft für jedes Grad Erwärmung 7% mehr Wasser auf…“ (Rahmstorf/Schellnhuber 2018 69, 71)

Das bedeutet auch, dass Hurricanes deutlich stärkere Extremniederschläge als früher verursachen können. (vgl. Rahmstorf/Schellnhuber 2018, 70)


… allgemeiner gefasst und vereinfacht, aber prinzipiell richtig:

Höhere Temperatur = Mehr Energie (Kraft) im Gesamtsystem.

  • „Mit der steigenden Temperatur der Meeresoberfläche verstärken sich die Winde und die mittlere Höhe der Wellen steigt, ihr Tempo wächst. Vor allem extreme Wellen wachsen, wie Satellitenaufnahmen zeigen, um bis zu 0,9 Prozent pro Jahr. … [D]ie mittlere jährliche Energie, die von Wellen transportiert wird, [ist]seit 1950 um rund ein Drittel gestiegen…“ (Weiß 2019)


Zudem nehme die Zahl der Stürme zu (vgl. ebd.).


Wichtig:

Dieser Mehr-Niederschlag kann ganz woanders fallen als bislang gewohnt oder gewünscht:

  • „Da die Verdunstungsrate steigt[,] … werden allein deshalb [Dürren] wahrscheinlicher.

  • Zusätzlich verändern sich Niederschlagsmuster – und obwohl insgesamt die Regenmengen in einem wärmeren Klima zunehmen, nehme sie leider gerade in ohnehin trockenen Regionen ab.“ (Rahmstorf/Schellnhuber 2018 69, 71)


Nelles und Serrer halten dazu allgemein fest:

  • „Trockene Gebiete, wie z.B. die Subtropen, werden häufig noch trockener und feuchte Gebiete, wie die mittleren Breiten oder die Tropen, werden noch feuchter.“ (2018, 81)


Das gilt zum Beispiel für den Südwesten Australiens. Die Klimaforscherin Friederike Otto, Spezialistin für Event Attribution Science (Zuordnungswissenschaft), kann unterscheiden, ob und inwieweit meteorologische Extremereignisse dem Klimawandel zuzurechnen sind:

  • „Der Südwesten Australiens etwa erlebt seit über einen halben Jahrhundert eine dramatische Abnahme an Regenfällen – und das lässt sich teilweise auf den Klimawandel zurückführen“. (Otto 2019, 31)


Und:

  • „Aktuell können … ca. 18% der weltweiten Starkregenereignisse über Land auf die globale Erwärmung zurückgeführt werden.“ (Nelles/Serrer 2018, 81)


Bleibt die Frage:
Warum regnet es plötzlich mehr an Orten, an denen es bisher üblicherweise nicht bzw. wenig regnete – und umgekehrt?

Antwort:
Nicht nur Temperatur und die Wasseraufnahme-Menge ändert sich, sondern aufgrund der anderen Zusammensetzung der Atmosphäre (=mehr Treibhausgase) auch die Luftzirkulation („dynamischer Effekt“).

  • „Das heißt, [es ändert sich,] wann und wo Tief- und Hochdruckgebiete entstehen und wohin sie ziehen, wann und wo es regnet, wie stark der Wind weht, zu welcher Jahreszeit er weht und aus welcher Richtung er kommt.“ (Otto 2019, 31)


Und weiter:

  • „Wirbelstürme können sich heute an Orten aufbauen, wo es sie früher nicht gegeben hat. Denn die Ozeane erwärmen sich, und damit wird an bestimmten Orten überhaupt erst die Schwelle überschritten, ab der die Wirbel genügend Energie aus dem Wasser ziehen können, um sich zu bilden.“ (ebd.)

Quellen des Abschnitts Die Physik des Klimawandels: Treibhausgase

>> Baumann, Sven et al. (2017): „1987 – 2017: 30 Jahre Montrealer Protokoll“. in: Umweltbundesamt, online unter https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/376/publikationen/1987_-_2017_30_jahre_montrealer_protokoll_bf.pdf (Abrufdatum 22.6.2019)

>> Dambeck, Thorsten (2019): „Klimawandel: Methan – die unterschätzte Gefahr“. in: Die Zeit, 6.6.2019, online unter https://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/klimawandel-methan-die-unterschaetzte-gefahr-a-1271189.html (Abrufdatum 7.6.2019)

>> Kasang, Dieter (2019): „Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) als Treibhausgase“. in: Bildungsserver Hamburg, online unter https://bildungsserver.hamburg.de/treibhausgase/2058180/fckw-treibhausgase-artikel/ (Abrufdatum 22.6.2019)

>> Nelles, David u. Serrer, Christian (2018): Kleine Gase – große Wirkung. Der Klimawandel. s.a. www.klimawandel-buch.de

>> n.n. (2019a): „Atmosphärische Treibhausgas-Konzentrationen“. in: Umweltbundesamt, online unter https://www.umweltbundesamt.de/daten/klima/atmosphaerische-treibhausgas-konzentrationen#textpart-1 (Abrufdatum 19.6.2019)

>> n.n. (2019b): „Die Treibhausgase“. in: Umweltbundesamt, online unter https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/klimaschutz-energiepolitik-in-deutschland/treibhausgas-emissionen/die-treibhausgase (Abrufdatum 19.6.2019)

>> n.n. (2019c): „Treihauspotenzial“. in: Wikipedia, online unter https://de.wikipedia.org/wiki/Treibhauspotential [Abschnitt „Werte von Treibhausgaspotentialen“] (Abrufdatum 22.6.2019)

>> n.n. (2019d): „Ozonschicht-Killer: China produziert trotz Verbots offenbar FCKW“. in: Der Spiegel, 22.5.2019, online unter https://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/ozonschicht-killer-quelle-mysterioeser-fckw-emissionen-entdeckt-a-1268733.html (Abrufdatum 22.6.2019)

>> n.n. (2019e): „Fabriken in China: Illegale FCKW-Emissionen verzögern Schließung des Ozonlochs“. in: Der Spiegel, 23.12.2019, online unter https://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/antarktis-illegale-fckw-emissionen-in-china-verzoegern-schliessung-des-ozonlochs-a-1302608.html (Abrufdatum 23.12.2019)

>> Otto, Friederike (2019): Wütendes Wetter. Auf der Suche nach den Schuldigen für Hitzewellen Hochwasser und Stürme. Ullstein.

>> Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim (2018): Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie. 8., vollständig überarbeitete und aktualisierte Auflage. München: Beck. 

>> Weiß, Marlene (2019): „Klimakrise: Das Meer kommt“. in: Süddeutsche Zeitung, 2.8.2019, online unter https://www.sueddeutsche.de/wissen/wellen-meere-klimawandel-1.4548725 (Abrufdatum 4.9.2019)



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