WELCHE GASE VERURSACHEN EINE ÜBERHITZUNG DER ATMOSPHÄRE? - WISSENSCHAFT - 2025

Die Gase, die eine Überhitzung der Atmosphäre verursachen, absorbieren und emittieren Infrarotstrahlung. Ebenso tragen Gase, die die Ozonschicht schädigen, zur Überhitzung bei, da sie ein stärkeres Eindringen von ultravioletter Strahlung ermöglichen.

Die globale Erwärmung ist der Anstieg der Durchschnittstemperatur in der terrestrischen Biosphäre, der aufgrund des Treibhauseffekts auftritt. Dieser Effekt ist ein natürliches Phänomen, das darin besteht, den Austritt von Erdwärme (Infrarotstrahlung) in den Weltraum zu blockieren.

Gase, die zu Überhitzung führen. Quelle: Eine lose Krawatte

Diese Blockade wird durch einige der Gase ausgeübt, aus denen die Erdatmosphäre auf natürliche Weise besteht, wie Wasserdampf und CO2. Dies ist ein Phänomen, das auf natürliche Weise auftritt und es dem Planeten ermöglicht, eine biologisch angemessene Temperatur zu haben.

Wie erhitzen Gase die Erde?

Die grundlegende Energiequelle, die die Erde erwärmt, ist Sonnenstrahlung, insbesondere ultraviolette Strahlung. Es wird teilweise durch die Ozonschicht (O3) in der Stratosphäre gefiltert.

Die ultraviolette Strahlung (Kurzwelle), die eindringen kann, erwärmt die Erdoberfläche und ihre Wärme wird als Infrarotstrahlung (Langwelle) in den Weltraum abgegeben. Aufgrund der künstlichen Emission von Treibhausgasen besteht jedoch ein menschlicher Einfluss auf den Prozess.

Diese Gase absorbieren und geben Wärme ab oder zerstören Ozon, das den Eintritt von ultravioletter Strahlung reguliert. Die Gase, die entweder auf natürliche Weise oder durch menschlichen Einfluss zum Treibhauseffekt beitragen, werden als Treibhausgase (THG) bezeichnet.

Auf globaler Ebene wird besonderes Augenmerk auf die globale Erwärmung und die Zerstörung der Ozonschicht gelegt. Das Montrealer Protokoll über Stoffe, die zum Abbau der Ozonschicht führen, ist ein internationaler Vertrag, der 1989 in Kraft trat und die Verwendung dieser Gase regelt.

Dieses Protokoll wurde von 65 Ländern mit der Kigali-Änderung vom 1. Januar 2019 ratifiziert. Das Kyoto-Protokoll befasst sich seinerseits mit Fragen der globalen Erwärmung.

Im Kyoto-Protokoll werden sechs Treibhausgase in Betracht gezogen, nämlich Kohlendioxid, Methan, Lachgas, Fluorkohlenwasserstoff, perfluorierter Kohlenwasserstoff und Schwefelhexafluorid.

Bei der Bewertung eines Gases, das Überhitzung erzeugt, werden seine Nutzungsdauer und sein Treibhauspotential (GWP) berücksichtigt. Das GWP vergleicht die von einem Gas eingefangene Wärmemenge mit der von CO2 eingefangenen Wärme, deren GWP auf 1 standardisiert ist.

Hauptgase verursachen eine Überhitzung der Atmosphäre

Wasserdampf

Wasserdampf ist ein natürlicher und lebenswichtiger Bestandteil der Erdatmosphäre und spielt aufgrund seiner Fähigkeit, Wärme zu absorbieren, eine sehr wichtige Rolle für den Treibhauseffekt. Darüber hinaus reflektiert Wasser in flüssigem und festem Zustand Sonnenenergie und kühlt die Erde.

Kohlendioxid (CO2)

Kohlendioxid ist das Haupttreibhausgas und für mehr als 80% der Zunahme dieses Phänomens verantwortlich. Die CO2-Werte sind aufgrund von Industrie- und Transportaktivitäten alarmierend gestiegen.

Nach einigen Schätzungen erreichte die atmosphärische CO2-Konzentration vor der industriellen Revolution etwa 280 ppm (parts per million) und 1998 365 ppm. Dies entspricht einer Steigerungsrate von 1,5 ppm pro Jahr und einer Steigerung von 31% gegenüber 1750.

CO2-Konzentration. Quelle: Hannes Grobe 21:17, 5. November 2006 (UTC)

Durch die Bestimmung der Isotopenzusammensetzung des aktuellen atmosphärischen CO2 wurde gezeigt, dass der Anstieg auf die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Entwaldung zurückzuführen ist. CO2 absorbiert und emittiert Infrarotstrahlung und hat eine Nutzungsdauer von 5 bis 200 Jahren.

Methan (CH

Methan ist das zweite Treibhausgas, das durch Absorption und Strahlung von Wärme etwa 17% zur Erwärmung beiträgt. Obwohl ein Großteil dieses Gases natürlich vorkommt, hauptsächlich in Sümpfen, gibt es einen wichtigen menschlichen Beitrag (etwa 50%).

Methankonzentration. Quelle: Methan-global-durchschnitt-2006.jpg: NOAAderivative Arbeit: Ortisa

Ungefähr 60% des Methans, das derzeit in der Atmosphäre vorhanden ist, ist das Produkt menschlicher (anthropischer) Aktivitäten. Zu den wichtigsten anthropischen Quellen zählen Wiederkäuer, Reisanbau, die Ausbeutung fossiler Brennstoffe und die Verbrennung von Biomasse.

Der geschätzte Gehalt dieses Gases vor der Industriezeit beträgt 700 ppb (Teile pro Milliarde) und erreichte 1998 1.745 ppb, was einer Steigerung von 149% entspricht. Methan hat jedoch in der unteren Atmosphäre eine Nutzungsdauer von nur 12 Jahren.

Stickoxide (NOx)

NOx, insbesondere Lachgas, tragen zur Zerstörung des stratosphärischen Ozons bei, indem es die Menge der ultravioletten Strahlung erhöht, die die Erde durchdringt. Diese Gase stammen aus der industriellen Herstellung von Salpetersäure, Adipinsäure und der Verwendung von Düngemitteln.

Lachgas (N2O) hatte vor der Industrie eine atmosphärische Konzentration von 270 ppb und erreichte 1998 314 ppb. Dies entspricht einer Erhöhung der Konzentration um 16% und einer Nutzungsdauer von 114 Jahren, was es sehr problematisch macht.

Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW)

Sie sind Gase, die in verschiedenen industriellen Anwendungen verwendet werden und die durch das Abkommen von Montreal begrenzten FCKW ersetzen. HFKW beeinflussen jedoch auch die Ozonschicht und weisen eine hohe aktive Beständigkeit in der Atmosphäre auf (bis zu 260 Jahre).

Diese Gase existierten nicht in der Atmosphäre, sie wurden vom Menschen eingeführt und erreichen im Fall von HFC-23 eine Konzentration von 14 ppt (Teile pro Billion).

Perfluorierter Kohlenwasserstoff (PFC)

PFCs werden in Verbrennungsanlagen für den Aluminiumschmelzprozess hergestellt. Wie HFKW haben sie eine hohe Beständigkeit in der Atmosphäre und beeinträchtigen die Integrität der stratosphärischen Ozonschicht.

Schwefelhexafluorid (SF6)

Dies ist ein weiteres Gas, dessen Überhitzungseffekt durch die Zerstörung der Ozonschicht erfolgt. Es wird in Hochspannungsgeräten und bei der Herstellung von Magnesium verwendet und hat eine hohe Beständigkeit in der Atmosphäre.

Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW)

FCKW ist ein starkes Treibhausgas, das das stratosphärische Ozon schädigt und im Montrealer Protokoll geregelt ist. In einigen Ländern wird es jedoch immer noch verwendet, wie dies in China der Fall ist.

Eine Schädigung der Ozonschicht wird durch die Dissoziation von Chloratomen durch ultraviolette Strahlung verursacht.

Die Hauptfluorkohlenwasserstoffe sind FCKW-11, FCKW-12, FCKW-13, FCKW-113, FCKW-114 und FCKW-115. Diese Gase waren in der Atmosphäre nicht vorhanden, aber 1998 erreichte CFC-11 bereits 268 ppt mit einer Nutzungsdauer von 45 Jahren.

Methylchloroform oder Trichlorethan (CH3CCL3)

Es ist eine besondere Art von FCKW, die als Lösungsmittel und zur Reinigung von Metallen verwendet wird. Bei der Zersetzung entstehen Chloridgase, deren Chloratome zur Zerstörung der Ozonschicht beitragen.

Troposphärisches Ozon (O3)

Das troposphärische O3 ist das Ozon, das sich in Bodennähe zwischen der Oberfläche und einer Höhe von 18 km bildet. Obwohl stratosphärisches Ozon zur Verringerung der globalen Überhitzung beiträgt, indem es den Eintritt von ultravioletter Strahlung verringert, erzeugt troposphärisches Ozon eine Erwärmung.

Smog in Harbin (China). Quelle: Fredrik Rubensson

Es wurde argumentiert, dass die Wirkung von troposphärischem Ozon widersprüchlich ist. Einerseits erzeugt es eine oberflächliche Erwärmung der Erde, gleichzeitig eliminiert es andere Treibhausgase.

In jedem Fall ist O3 ein giftiges Gas, das zusätzlich zur Verschlechterung verschiedener Materialien Lungenschäden verursacht.

Chlordifluormethan (HCFC-22)

Es heißt R-22, ein farbloses Gas und bis vor kurzem das am häufigsten in Kühlgeräten verwendete. Heute ist es jedoch in weiten Teilen der Welt aufgrund seiner negativen Auswirkungen auf die Ozonschicht verboten.

Chlorwasserstoff oder Tetrachlorkohlenstoff (CCl4)

Es ist ein Organochlor, das aufgrund seiner Toxizität an vielen Orten verboten ist, aber es wurde häufig als Kältemittel, Löschmittel, Entfetter und Pestizid verwendet. Wenn diese Verbindung abgebaut wird, entstehen Derivate, die die Ozonschicht beeinflussen.

Tetrafluormethan oder Perfluormethan (CF4)

Es ist ein Gas, das als R-14 bekannt ist und als Kältemittel verwendet wird, aber eine hohe Kapazität zur Absorption und Emission von ultravioletter Energie aufweist. Es hat eine Lebensdauer in der Atmosphäre von mehr als 50.000 Jahren und ein globales Erwärmungspotential von 6.500.

Laut Guinness-Weltrekorden ist Tetrafluormethan das beständigste Treibhausgas, obwohl sein geringer Anteil in der Atmosphäre seine Wirkung einschränkt.

Hexafluorethan (C2F6)

Es wird in Kältemitteln und bei der Herstellung von Aluminium verwendet, da es dank der hohen Energie seiner Kohlenstoff-Fluor-Bindungen sehr stabil ist. Dies ergibt eine lange Lebensdauer von mindestens 500 Jahren.

Ebenso hat es ein hohes Potenzial zur Absorption von Infrarotstrahlung, was es zu einem Problem für globale Temperaturen macht. Hexafluorethan steht auf der Liste der Treibhausgase des Zwischenstaatlichen Gremiums für Klimawandel (IPCC).

Schwefelhexafluorid (SF6)

Es ist ein ungiftiges Gas, fünfmal schwerer als Luft, mit einem GWP-Index von 176 (20.000mal mehr als CO2). Andererseits hat es eine Nutzungsdauer von 3.200 Jahren, obwohl es aufgrund seiner Dichte nicht in die oberen Schichten der Atmosphäre aufsteigt.

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