Eigenschaften von Treibhausgasen

Erderwärmung, derzeit Anlass zu großer gesellschaftlicher und wissenschaftlicher Besorgnis, wird hauptsächlich durch Treibhausgase in der Atmosphäre verursacht. Ein gutes Verständnis ihrer physikalischen Eigenschaften ist entscheidend für das Management und die Reduzierung der globalen Erwärmung. Wissenschaftler haben identifiziert und analysiert, wie diese Gase gebildet werden und interagieren, und haben ihren relativen Beitrag zur globalen Erwärmung gemessen.

Obwohl weniger als ein Prozent der Atmosphäre aus Treibhausgasen besteht, ist ihr Einfluss auf die globale Umwelt groß. Der Treibhauseffekt wird durch Gase in der Erdatmosphäre verursacht. Die einfallende Sonnenenergie durchdringt die Atmosphäre, die die entstehende Wärme speichert und die oberflächennahe Temperatur der Erde erwärmt. Dieser Effekt wird durch die Treibhausgase angetrieben, die Wärme einfangen und speichern. Folglich ist die Energie, die in die Atmosphäre eindringt, größer als die, die sie verlässt, und dies erhöht allmählich die globale Gesamttemperatur.

Zu den Treibhausgasen, die am engsten mit der globalen Erwärmung verbunden sind, gehören Kohlendioxid, Methan, Lachgas und die Fluorkohlenwasserstoffe. Seit Beginn des Industriezeitalters sind durch menschliche Aktivitäten erhebliche Mengen davon in die Atmosphäre gelangt. Wasserdampf ist auch ein Treibhausgas, das in der Atmosphäre ziemlich häufig vorkommt. Die Rolle menschlicher Aktivitäten bei der Erzeugung von Wasserdampf ist jedoch weniger klar. Fluorkohlenwasserstoffe sind nicht nur Treibhausgase, sondern haben noch eine weitere schädliche Eigenschaft. Sie neigen dazu, die Ozonschicht der oberen Atmosphäre zu zerstören, die uns vor schädlicher ultravioletter Strahlung schützt. Ozon ist aber auch selbst ein Treibhausgas.

Die drei wichtigen Eigenschaften eines Treibhausgases sind die Wellenlänge der Energie, die das Gas absorbiert, wie viel Energie es absorbiert und wie lange das Gas in der Atmosphäre verbleibt.

Treibhausgasmoleküle absorbieren Energie im Infrarotbereich des Spektrums, die wir im Allgemeinen mit Wärme assoziieren. Treibhausgase absorbieren mehr als 90 Prozent der atmosphärischen Energie in einem sehr engen Teil des Energiespektrums. Die Absorptionsenergien sind jedoch für jedes Treibhausgas unterschiedlich; zusammen absorbieren sie Energie über einen großen Teil des Infrarotspektrums. Treibhausgase verbleiben von 12 Jahren für Methan bis zu 270 Jahren für einen Fluorkohlenstoff in der Atmosphäre. Etwa die Hälfte des atmosphärischen Kohlendioxids wird im ersten Jahrhundert nach seiner Freisetzung verschwinden, aber ein kleiner Teil wird Tausende von Jahren bestehen bleiben.

Das Treibhauspotenzial eines Treibhausgases misst seinen Beitrag zur globalen Erwärmung. Sein Wert basiert auf den drei zuvor beschriebenen Schlüsseleigenschaften. Die Erwärmungswirkung eines Treibhausgases, geteilt durch die Erwärmungswirkung der gleichen Menge Kohlendioxid, entspricht seinem Erwärmungspotential.

Methan hat beispielsweise ein Erwärmungspotenzial von 72 für einen Zeitraum von 20 Jahren. Mit anderen Worten, eine Tonne Methan hätte in den 20 Jahren nach ihrer Freisetzung in die Atmosphäre die gleiche Wirkung wie 72 Tonnen Kohlendioxid. Methan, Stickoxide und Fluorkohlenwasserstoffe haben alle ein viel höheres Erwärmungspotential als Kohlenstoff Kohlendioxid, aber letzteres bleibt immer noch das wichtigste Treibhausgas, weil es so viel davon gibt es.