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Mein Beitrag zum Internet - mbzi.de

Der Treibhauseffekt

Nicht erst seit Greta Thunberg den Tränen nahe vor den vereinten Nationen ihr "How dare you?" in die Welt schickte ist der Klimawandel durch den menschgemachten Treibhauseffekt in aller Munde. Von wenigen Ausnahmen abgesehen sind sich Politiker und Bürger der Welt einig, dass der Klimawandel gestoppt oder zumindest verlangsamt werden muss. Nur über das "WIE" und das "WER" herrscht noch Uneinigkeit.

Einige wenige Menschen, darunter auch immer mal wieder amerikanische Präsidenten, sind zwar der Meinung, den Klimawandel gäbe es nicht, aber natürlich haben sie in diesem Punkt nicht recht. Trotzdem werden wir uns auch damit beschäftigen, warum es möglich ist den Klimawandel zu leugnen, so wie es einst wir Deutschen in der Nazizeit mit dem Holocaust taten. Diese Vergangenheit zeigt, dass es immer wieder Menschen gibt, die unübersehbare Tatsachen verleugnen, wenn sie ihnen unbequem sind. Das schlechte Gewissen drückt ihnen offenbar die Augen zu.

Trotz weitestgehender Einigkeit darüber, dass der Klimawandel gestoppt werden muss, tun wir uns mit der Umsetzung sehr schwer. Einer der Gründe dafür ist meiner Meinung nach, dass fast jeder mit dem Finger auf irgendwen anderen zeigt und sagt "Du musst etwas ändern!" Tatsächlich wird sich wohl so lange nichts ändern, wie die Menschen nicht anfangen dabei auf sich selbst zu zeigen. Es müsste heißen "Ich muss etwas ändern!", denn wenn ich etwas ändere, ändert sich die Welt, wenn ich es von meinem Nachbarn fordere, bleibt alles, wie es ist. Aber was kann ich ändern und vor allem: Was kannst Du ändern, wenn Du denn Willens bist, die Welt zu ändern? Dazu ist es hilfreich, die physikalischen und chemischen Hintergründe des Treibhauseffekts zu verstehen. Also: Was ist es und wie entsteht es? Gehen wir es an:

Unter dem Treibhauseffekt versteht man die Erhöhung der Durchschnittstemperatur der Erde durch Kohlendioxid und andere Treibhausgase in der Atmosphäre.

Fragen wir uns zunächst, wie das personifizierte Böse, Donald Trump oder andere Klimawandelverneiner auf die Idee kommen, den Klimawandel könnte es vielleicht doch nicht geben.

Das Nachweisproblem

Das Dilemma mit der Statistik oder der 100 % Wahrscheinlichkeit

Der Treibhauseffekt ist schwer nachzuweisen, da eine Erhöhung der Durchschnittstemperatur der Erde in Europa und speziell in Deutschland nicht zwangsläufig mit einer Temperaturerhöhung im Sinne milderer Winter und/oder wärmerer Sommer verbunden ist. Das Gleiche gilt natürlich auch für alle anderen Länder der Erde. Lokal kann trotz einer global steigenden Temperatur das Klima insgesamt kühler werden.

Auch ausgeprägt extreme Wetterlagen, wie etwa der sehr verregnete Sommer 2017 oder die extrem trockenen Sommer 2018 und 2019 oder viele Stürme hängen nicht zwangsläufig mit dem Treibhauseffekt zusammen. Außerdem ist ein sehr kalter Winter oder ein kühler Sommer in Deutschland kein Beweis gegen den globalen Klimawandel. Es handelt sich dabei lediglich um lokale Wetterphänomene und erst deren Häufung kann einen Hinweis auf eine Veränderung des Klimas liefern, die dann aber immer noch lokal sein könnte und nicht zwangsläufig ein globales Problem sein müsste.

Das Klima ist eigentlich eine Art Durchschnittswetter über viele Jahre. Bei einem Durchschnitt ist es völlig normal, dass einzelne Werte mehr oder weniger stark abweichen können. Schon immer gab es milde Winter, regnerische oder sehr heiße Sommer, Stürme, Unwetter,.... Erst eine langjährige Betrachtung der Abweichungen des Wetters vom Durchschnittswetter, also dem Klima, erlaubt es mit den Regeln der Wahrscheinlichkeitsrechnung anzugeben, wie wahrscheinlich diese Abweichungen auf menschliches Handeln zurückzuführen sind. Diese Wahrscheinlichkeit wird mathematisch jedoch niemals 100 % betragen, sodass es immer noch gewissenlose Ignoranten geben kann, die behaupten, die Veränderung des Klimas durch den Menschen sei nicht bewiesen. Sie haben recht: Der 100%ige Beweis wird niemals gelingen aber die Wahrscheinlichkeit ist so nahe an 100 %, dass wohl niemand mit Verstand ernsthaft und guten Gewissens die Klimaveränderungen durch uns Menschen bestreiten kann.

Betrachten wir mal ein anderes Beispiel für Statistik: Fast jede Woche gewinnt jemand im Lotto - ein wahnsinnig unwahrscheinliches Ereignis. Trotzdem kommt es vor. Wenn Du aber jetzt mit Deinem Lottoschein für nächsten Samstag zur Bank gehst um Dir schon mal einen Vorschuss auf den Gewinn auszahlen zu lassen um damit den Ferrari zu kaufen, wirst Du bestenfalls ausgelacht. Niemand wird ernsthaft glauben, dass Du gewinnst, weil es total unwahrscheinlich ist. Genauso ist es einfach total unwahrscheinlich, dass die derzeitigen weltweiten Wetterkapriolen Zufall sind. Sie sind fast genau so sicher auf den Klimawandel zurück zu führen, wie Du am kommenden Samstag kein Millionär wirst. Aber eine Restchance gibt es natürlich immer....

Übrigens würdest Du natürlich auch bei einem Gewinn keinen Ferrari kaufen, denn dann würdest Du ja diesen Artikel nicht lesen sondern gehörtest zu den Klimawandelleugnern.

Das Problem mit dem Messen

Eine Erhöhung der Durchschnittstemperatur der Erde ist recht schwierig zu messen, denn man müsste eigentlich an allen Orten der Welt (auch über dem Meer) rund um die Uhr die Temperatur messen und dann den Mittelwert aus allen Messwerten bilden und das jeden Tag. Am Ende eines Jahres müsste man dann erneut den Mittelwert aus allen Mittelwerten bilden, um die Jahreszeitlichen Schwankungen auszugleichen und müsste dann diesen Mittelwert mit dem der vorherigen Jahre vergleichen. Und idealerweise hätte man diese Werte für mindestens die letzten 500 Jahre von jedem Punkt der Welt. Hat man aber natürlich nicht. Also muss man sich auf nur lückenhaft gemessene Temperaturen aus einer viel kürzeren Zeitspanne beschränken. Diese Daten lassen sich ergänzen aus berechneten Werten, die man auf irgendeine pfiffige Weise aus mir nicht bekannten beweisbaren Fakten erhalten kann. Die Aussage zur Durchschnittstemperatur der Atmosphäre im Jahr 1649 ist also nicht durch Messungen zu beweisen und damit durch Klimawandelleugner bestreitbar.

Wenn nun der wie auch immer bestimmte Jahresmittelwert der globalen Temperatur der Erde über einen längeren Zeitraum immer größer wird, dann kann man von einer steigenden Temperatur der Erdatmosphäre sprechen. Unter diesen Jahresmittelwerten können dabei aber trotzdem noch einzelne Werte sein, die vielleicht sogar sehr deutlich unter denen der Vorjahre liegen. Nur eine langfristige Tendenz kann wirklich Aufschluss über das Vorhandensein eines Temperaturanstiegs geben. Diese Probleme führen dazu, dass der Treibhauseffekt anfangs von vielen als Hirngespinst einiger Schwarzseher angesehen wurde, denn der absolute Nachweis ist extrem schwierig. Heute gilt aber wohl als sicher, dass sich die Temperatur der Atmosphäre erhöht, selbst bei einigen amerikanischen Präsidenten, nur die Höhe der Steigerung ist noch umstritten.

Entstehung des Treibhauseffektes

Die Sonne erwärmt die Erde

Die Sonne sendet Lichtstrahlen vieler Frequenzen bzw. Wellenlängen aus. Von der Sonnenstrahlung erreicht allerdings nur relativ kleiner Teil den Erdboden. So werden beispielsweise Röntgen-, UV- und Wärmestrahlung von den oberen Schichten der Atmosphäre größtenteils absorbiert und in Wärme umgewandelt. Deshalb ist die Temperatur in diesen Bereichen der Atmosphäre auch höher, als näher an der Erdoberfläche. In einer Höhe von etwa 10 km erreicht die Temperatur der Atmosphäre ein Minimum. Weiter oben ist es wärmer, da hier die Energie der Sonnenstrahlung in Wärme umgewandelt wird, für die die Atmosphäre undurchlässig ist. Die Strahlung wird dabei "vernichtet", d.h. sie wird von der Atmosphäre absorbiert und ihre Strahlungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt. Da die absorbierbaren Bestandteile der Sonnenstrahlung nun zum größten Teil absorbiert wurden und das übrig gebliebene sichtbare Licht die Luft ungehindert durchquert, findet keine Umwandlung von Strahlungsenergie in Wärmeenergie mehr statt und die Atmosphäre wird nicht erwärmt. Das bedeutet also, dass die Sonnenstrahlen, die wir auf der Erde als Wärme empfinden, nicht in der Lage sind, die Luft direkt zu erwärmen. Sichtbares Licht erwärmt lediglich die Erdoberfläche und nicht etwa die Atmosphäre. Deshalb ist es in 10 km Höhe erheblich kälter, als auf dem Erdboden.

Das sichtbare Licht wird an der Erdoberfläche (teilweise) absorbiert. Die Energie des Lichtes wird hierbei in Wärme umgewandelt, weshalb wir Sonnenstrahlen als "warm" empfinden, denn das gleiche passiert natürlich auch auf unserer Haut oder Kleidung. Diese so aus Licht gewonnene Wärme wird entweder direkt an der Oberfläche an die Luft abgegeben oder verlässt als Wärmestrahlung die Erdoberfläche. Auch die Wärme, die an die Luft abgegeben wird, wird früher oder später als Wärmestrahlung die Atmosphäre verlassen.

Die Atmosphäre steht also in einem Strahlungsgleichgewicht mit dem Universum. In jedem Augenblick wird Strahlungsenergie überwiegend von der Sonne aufgenommen und in Wärmeenergie umgewandelt. Gleichzeitig wird die gleiche Menge Wärmeenergie als Wärmestrahlung in das Universum abgestrahlt. Deshalb stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem die Temperatur in der Atmosphäre letztlich nur davon abhängt, wie viel Strahlungsenergie auf die Erde fällt und wie leicht bzw. schnell die Erde diese Strahlungsenergie wieder abgeben kann.

Energie trifft als sichtbares Licht auf die Erde und verlässt als Wärmestrahlung die Atmosphäre.
Energie trifft als sichtbares Licht auf die Erde und verlässt als Wärmestrahlung die Atmosphäre.

Die Erde erwärmt die Atmosphäre

Da die Atmosphäre für Wärmestrahlung nicht beliebig durchlässig ist, wird ein gewisser Teil der Wärmestrahlung einige Zeit in der Atmosphäre festgehalten. Dieses Festhalten ist ein nicht ganz unkomplizierter Prozess. Verantwortlich hierfür sind Bestandteile der Luft, deren Moleküle ein permanentes Dipolmoment aufweisen oder deren Dipolmoment sich bei einer Schwingung ändert. Dies sind z.B. Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan, Ozon und noch einige mehr, nicht jedoch Sauerstoff und Stickstoff, die zusammen mehr als 98 % der Luft ausmachen (wobei der Wasserdampfgehalt natürlich schwankt). Kohlendioxid, Ozon, Methan, Wasserdampf,... werden deshalb auch häufig unter dem Begriff Treibhausgase zusammengefasst. Diese Treibhausgase reflektieren, vereinfacht ausgedrückt, einen Teil der Wärmestrahlung in eine beliebige Richtung und halten so die Wärme länger in der Atmosphäre fest, als dies ohne die Treibhausgase der Fall wäre. Dieser Effekt ist in der Abbildung dargestellt. Während das sichtbare Licht gradlinig durch die Atmosphäre bis zur Erdoberfläche gelangt, nimmt die von der Erdoberfläche abgestrahlte Wärmestrahlung einen Zick-Zack-Kurs.

Absorption von Wärmestrahlung durch ein Kohlendioxidmolekül
Absorption von Wärmestrahlung durch ein Kohlendioxidmolekül

Dieser Prozess ist allerdings keine echte Reflexion im physikalischen Sinne. Tatsächlich findet eine Absorbtion der Wärmestrahlung durch die sogenannten Treibhausgase statt. Diese werden dabei zu Schwingungen angeregt und können auf diese Weise die Energie der Wärmestrahlung einige Augenblicke speichern. In der Abbildung wird dieser Prozess dargestellt. Die rot gezeichnete Wärmestrahlung wird vom CO2-Molekül absorbiert. Ihre Energie wird danach in der durch die grünen Pfeile geziegten Molekülschwingung gespeichert.

Nach einigen Augenblicken wird die Wärmestrahlung wieder ausgesandt, wobei allerdings die Richtung zufällig ist, d.h. die Strahlung bewegt sich danach mit 50%iger Wahrscheinlichkeit zurück Richtung Erdboden. Der Teil, der sich Richtung Boden bewegt, bleibt also länger in der Atmosphäre als dies ohne das Treibhausgas der Fall gewesen wäre. Für den anderen Teil ändert sich hingegen die Verweildauer in der Atmosphäre nur durch den eventuell längeren Weg und die Speicherdauer in der Schwingung.

Die Treibhausgase verlängern durch diesen Effekt die Verweildauer der Energie in der Atmosphäre und verzögern die Energieabgabe an das Universum. Hierdurch ist die Gesamtmenge Energie in der Atmosphäre im Mittel höher, weshalb die Temperatur der Atmosphäre gegenüber einer Atmosphäre ohne Treibhausgase erhöht wird.

Der natürliche Treibhauseffekt

Kohlendioxid, Ozon, Methan und Wasserdampf kommen auch ohne Zutun des Menschen in der Atmosphäre vor. Diese natürlich vorkommenden Treibhausgase verursachen den natürlichen Treibhauseffekt. Ohne ihn wäre die Durchschnittstemperatur der Erde etwa -18 °C, während sie tatsächlich bei etwa +15 °C liegt. Der natürlich Treibhauseffekt erwärmt die Atmosphäre also um etwa 33 °C. Ohne diese natürliche Erwärmung wäre Leben auf der Erde wie wir es heute kennen wohl nur schwer denkbar und der natürliche Treibhauseffekt ist deshalb also durchaus positiv. Wenn wir heute vom Klimawandel sprechen, meinen wir aber natürlich nicht den "natürlichen Treibhauseffekt", sondern den vom Menschen zusätzlich verursachten Beitrag: Den anthropogenen Treibhauseffekt.

Der anthropogene Treibhauseffekt

Ursachen des Klimawandels

Der anthropogene, d.h. der vom Menschen verursachte, Treibhauseffekt entsteht durch die Erhöhung der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre durch menschliche Aktivitäten. Durch unseren enormen Verbrauch an fossilen Brennstoffen (Kohle, Öl, Gas) werden riesige Mengen Kohlendioxid freigesetzt, wodurch sich die Atmosphäre weiter erwärmt. Kohle, Öl und Gas werden von uns zum Heizen, zum Kochen, zur Warmwasserbereitung, zur Stromerzeugung, zum Autofahren, zum Fliegen,... verbrannt. Hierbei entsteht aus den fossilen Brennstoffen Kohlendioxid, dass in die Atmosphäre entweicht. Es ist nicht möglich, das Kohlendioxid zu sammeln und auf diese Art nicht in die Atmosphäre zu entlassen. Die einzigen Möglichkeiten, den Kohlendioxidausstoß zu verringern sind der vermehrte Einsatz von alternativen Energien (Sonne, Wind, Wasser) und massive Energieeinsparungen in allen Bereichen.

Neben Kohlendioxid setzen Menschen zur Zeit noch erhebliche Mengen Methan frei. Methan entweicht als "Biogas" aus Kühen, aus Misthaufen und Güllesilos und als Erdgas aus undichten Pipelines oder Leitungen.

Handlungsempfehlungen

Wenn Du Deinen Beitrag zum Klimawandel verringern willst, musst Du Deinen Energiebedarf reduzieren. Nebenbei hätte das auch finanzielle Vorteile, denn Energie ist in den letzten Jahren ja zum Teil massiv teurer geworden. Wenn Du also weniger Strom, Benzin, Öl, Gas,... verbrauchst, sinkt Dein Beitrag zum Klimawandel unmittelbar.

Natürlich wird auch durch die "böse Industrie" viel Kohlendioxid in die Atmosphäre entlassen. Weil Unternehmen das Kohlendioxid aber nicht aus Jux und Dollerei erzeugen, sondern um Produkte herzustellen, die Du dann kaufst, bist Du letztlich hier der Auftraggeber. Hättest Du dieses tolle Schnäppchen am letzten Donnerstag im Lebensmitteldiscounter Deines Vertrauens nicht gekauft obwohl es so verlockend günstig war, würde beim nächsten Mal Donnerstags ein Artikel weniger hergestellt und aus wer weiß woher nach Deutschland transportiert. Hierdurch würde dann das bei Produktion und Transport anfallende Kohlenstoffdioxid nicht freigesetzt. Wenn Du also weniger unnötiges Zeug kaufst, sinkt der globale Ausstoß an Kohlendioxid durch die Industrie. Denn: Niemand stellt Produkte her, die keiner kauft. Wenn Du es nicht kaufst, wird es auch nicht hergestellt und dann wird bei der Herstellung auch kein Kohlenstoffdioxid frei. Weniger Konsum führt also indirekt zu weniger Klimawandel.

Den Methanausstoß verursachst Du natürlich auch überwiegend nicht direkt, obwohl auch Menschenpubse Methan enthalten. Den Methanausstoß gibst Du nur indirekt in Auftrag, indem Du zum Beispiel Fleisch oder Milchprodukte kaufst (und dann isst). Wegen Deines Fleisch- und Milchproduktekonsums werden dann irgendwo auf der Erde Tiere gehalten, die durch Ihre Ausscheidung die Treibhausgasmenge erhöhen. Wenn Du Dich also vegan oder zumindest vegetarisch ernährst, sinkt Dein Beitrag zum Klimawandel. Besonders problematisch sind Kühe, da die wohl besonders viel pubsen sollen.... Eigene Untersuchungen habe ich da aber keine angestellt. Rindfleisch und Milchprodukte haben demzufolge einen größeren Klimaeffekt als Eier oder Honig.

Meine persönliche Einschätzung

Je nach Quelle, politischer und wirtschaftlicher Ausrichtung unterschiedlicher Authoren wird das Methan oder das Kohlendioxid als problematischer angesehen. Nach meiner persönlichen Einschätzung ist das Methan nicht so bedeutsam, da wir den Ausstoß kaum noch weiter erhöhen können sollten und es insgesamt viel weniger ist. Ich denke, der Kohlendioxidausstoß ist das zentrale Problem und das Methan macht es "nur" noch mal ein bisschen schlimmer.

Da auch Wasserdampf zum Treibhauseffekt beiträgt, verstärkt sich der anthropogene Treibhauseffekt selbst. Durch die immer höhere "Produktion" von Kohlendioxid steigt die Temperatur der Atmosphäre an, wodurch mehr Wasser verdampft (d.h. es befindet sich mehr Wasserdampf in der Atmosphäre), wodurch wieder die Temperatur ansteigt.

In den letzten Jahren ist im übrigen der Ausstoß an Kohlendioxid weltweit ständig gestiegen, allerdings seit 2013 bis 2016 nur noch sehr wenig. Aber auch ein kleiner Anstieg ist ein Anstieg! Die Kohlndioxidemissionen steigen also trotz aller Klimaschutzabkommen noch immer an. Alle Versprechen oder sogar Verpflichtungen der Politik, den Kohlendioxidausstoß zu verringern waren bislang leere Worte.

Aber natürlich ist die Politik hieran nicht Schuld, denn wir mündigen Bürger produzieren das Kohlendioxid oder "beauftragen" durch unseren Konsum Unternehmen mit der Produktion von Kohlendioxid. Jeder von uns sollte sich bemühen so wenig Energie wie möglich zu verbrauchen, d.h. weniger Auto fahren, weniger Fliegen, weniger Strom verbrauchen, weniger heizen, kälter und/oder mit weniger Wasser duschen, sparsamere Autos kaufen, die Wärmedämmung an Häusern verbessern, auf die Klimaanlage verzichten (auch im Auto), Produkte kaufen, für deren Herstellung wenig Energie verbraucht wurde (schwer zu erkennen, leider),....., weniger Konsumieren und weniger Fleisch und Milchprodukte essen. Die Liste lässt sich sicherlich endlos weiter schreiben; also: Packen wir es an!

Am Ende trägt nicht die Politik oder die Wirtschaft die Schuld am Klimawandel, sondern der Verbraucher. Letztlich kann nur der Verbraucher durch seine Entscheidungen den Klimawandel stoppen. Die Politik kann den Rechtsrahmen gestalten und die Wirtschaft kann die passenden Produkte herstellen - umsetzen muss es aber der Verbraucher. Wenn ich einen SUV kaufe und den sparsameren Kleinstwagen oder das Fahrrad ignoriere, dann ist es meine Entscheidung und dann trage ich auch alleine die Schuld an den Konsequenzen - ich und niemand sonst. Ich verursache den Klimawandel, nicht Politik und nicht die Wirtschaft, sondern nur ich. Wenn wir alle anfangen so zu denken, ist es vielleicht noch nicht zu spät.

Die Welt wird anders, wenn wir uns ändern. Wenn wir mit dem Finger auf unseren Nachbarn zeigen, ändert sich nichts.