Treibhauseffekt und Globale Erwärmung [Erdkunde]

Wesentliche Elemente des Systems Erde

1.3.2. Kohlendioxidkreislauf

Luft enthält heute 350 ppm CO2 (um 1800 nur 280 ppm, 1950 erst 310 ppm)
Aber anthropogenes CO2 stellt nur einen Bruchteil der natürlichen Mengen dar
in etwa CO2-Gleichgewicht zwischen gebundenen und freien CO2. Gebunden liegt CO2 in fossilen Energieträgern, der Biomasse und in den Tiefen der Weltmeere vor.
Binden können Vegetation und Weltmeere (großer Puffer).
Frei ist CO2 in der Atmosphäre.
Mensch greift durch viele Maßnahmen in die C02-Kreisläufe ein
Gefahr der Erwärmung des Erdklimas um einige Grad
Gegenwirkung möglicherweise durch verstärkten Staubgehalt in der Atmosphäre (Abkühlung durch direkte Reflexion oder diffuse Streuung)
Problem der langen Verweildauer (bis zu 150 Jahre) des CO2 und anderer Spurengase in der Atmosphäre
Austausch mit dem Meer nach bisherigem Wissen fast völlig auf die oberste Meeresschicht beschränkt, darunter in den kälteren schwereren Schichten wäre aber noch ein großes Potential, es gelangt aber nur langsam dorthin. Neuere Forschung zeigt aber: Es gibt einige Wege für das CO2 abzusteigen:
Ein solcher Weg für das CO2 in die Tiefe abzusteigen ergibt sich aber nach neuen Untersuchungen im Winter zwischen Spitzbergen und Grönland. Das Meerwasser trennt sich dort unter kalten Temperaturen in seine Bestandteile: Oben Süßwassereis, darunter immer konzentrierte, schwere, Sole, die schließlich nach unten in große Tiefen mit dem CO2 durchbricht. (Diese sog. physikalische Kohlenstoffpumpe wirkt auch als Sog für den Golfstrom). In der Tiefe bewegt sich das Klimagas durch die Ozeane, bis es nach etwa 1000 Jahren irgendwo im Pazifik wieder auftaucht.
Auch oftmaliges chaotisches starkes Algenwachstum im Frühjahr (auch verstärkt durch das vermehrte CO2-Angebot) führt bei deren Absterben zu Klumpenbildung, die innerhalb weniger Tage bis zum Meeresgrund absinken können und dabei gebundenes CO2 mitnehmen (biologische Kohlenstoffpumpe) Die gleiche Wirkung ergibt sich durch Stürme, z. B. Monsunwinde: Auch sie fördern das Wachstum von Meereskleinstlebewesen und das Absinken von organischem Material in Klumpen auf den Meeresboden
Pflanzen haben übrigens bereits auf das vermehrte CO2Angebot durch verringerte Zahl von Spaltöffnungen reagiert
Andererseits werden Pflanzen in manchen Treibhäusern bereits mit 4-facher natürlicher CO2-Menge begast und gedeihen prächtig.

5. Ausmaß und Problematik

CO2 verursacht in der Atmosphäre neben anderen Stoffen wie v. a. Wasserdampf, Methan, FCKW, Ozon, Lachgas u.a. den “Glashauseffekt” oder “Treibhauseffekt”.
Kurzwellige Strahlung (UV) wird an der Erdoberfläche in Wärmestrahlung (IR) umgewandelt, diese werden
reflektiert und vom CO2 absorbiert. Dadurch kommt es zu einer Erwärmung bodennaher Luftschichten.
Annahme: seit der Ind. Revolution Anstieg der CO2-Menge um ca. 30% (Verbrauch von fossilen Energieträgern und Abholzung)
Ausstoß z. Z . von ca. 20 Mrd. to C02/Jahr durch Industrie, Verkehr und Haushalte
und weitere 2-4 Mrd. to CO2 aus der Verbrennung tropischen Wälder
-> Annahme:
Verdoppelung der CO2-Konzentration auf der Erde in 100 Jahren,
aber Prognosen und Modellrechnungen über Erwärmung äußerst schwierig (ungleichmäßige Oberfläche, Einstrahlung, Reflexion, Meer-Land-Verteilung, Relief, Wolkenformationen und -höhe) •• Problem hierbei auch die unterschiedlichen Rückkoppelungen, die den Treibhauseffekt verstärken oder abschwächen:
Erwärmung -> größere Verdunstung über dem Meer -> mehr Wasserdampf in der Atmosphäre (Treibhausgas) -> größere Erwärmung ?
Erwärmung -> größere Verdunstung über dem Meer -> mehr Wasserdampf in der Atmosphäre -> mehr Wolken -> eventuell mehr Reflexion und damit Abkühlung durch niedrige oder mittelhohe dichte Wolken -> oder -> eventuell mehr Treibhauseffekt und damit Erwärmung durch hohe dünne Wolken
Erwärmung -> Schmelzen des Treibeises der Arktis -> weniger Reflexion des Eises und mehr Absorption des Meerwassers -> größere Erwärmung
Erwärmung -> größere Verdunstung über dem Meer -> mehr Wasserdampf in der Atmosphäre -> mehr Niederschläge über Land -> mehr Vegetation -> mehr CO2-Bindung -> geringere Erwärmung
Erwärmung -> stärkeres Algenwachstum im Frühjahr (auch verstärkt durch das vermehrte CO2-Angebot) -> CO2 gebunden + vermehrtes Absinken von gebundenen CO2 in Klumpen auf den Meeresgrund ->

CO2-Gehalt verringert sich wieder

Konsens besteht unter Wissenschaftler , dass bei einer Verdoppelung nur der CO2-Konzentration mit einer Temperaturzunahme zwischen 1,5 - 4,5 °C zu rechnen ist, wobei der obere Bereich wahrscheinlicher angesehen wird.
(3 - 5 ° höhere Temperaturen herrschten auf der Erde zuletzt im Tertiär)
Vermutete Anteile am Treibhauseffekt: CO2 50%, Methan 19%, FCKW 17%, Ozon in der Troposhäre 8%, Lachgas u.a. 6%
Methan (CH4, nur 1,67 ppm in der Luft, jährliche Zunahme ca. 1%) entweicht aus Sedimentgesteinen, Sumpfgebieten, Rindermägen, Reisfeldern, Abbau von Kohle, Öl, Erdgas, Müllkippen.
FCKW’s (Anteil an der Luft äußerst gering, in ppb (Teile pro Milliarde) gemessen) zerstören bekanntlich die Ozonschicht in der Stratosphäre (Abkühlung dort) und verstärken den Treibhauseffekt in der unteren Atmosphäre (Aufheizung dort). Problem: Ozonschwund in der Stratosphäre -> Schädigung der Pflanzenwelt -> schnellere CO2-Zunahme
Ozon in der Troposhäre als Treibhausgas entsteht bei intensiver Sonnenbestrahlung durch chemische Reaktion aus normalen Sauerstoff mit Stickoxiden (NOx) und gasförmigen Kohlenwasserstoffen
Lachgas (NO2) ist ein direktes Treibhausgas; es entsteht bei der Verbrennung von Biomasse oder fossilen Brennstoffen und wird von Bakterien in zunehmenden Maß im Boden erzeugt (stickstoffhaltiger Kunstdünger) (Übrigens stoßen Autos mit Katalysator, die andere Stickoxide binden, 5 mal mehr Lachgas als ohne Kat aus.

6. Indizien für Erwärmung der Erde

Seit 1860 globale Erwärmung um ca. 0,7 °C (eine Erwärmung von 0,1°C bedeutet für die Sahelzone bei gleich bleibender Niederschlagsmenge eine Ausdehnung der Wüste um 100 km, oder 0,5 °C Erwärmung verlängert in England die Vegetationsperiode um 14 Tage, in der letzten Kaltzeit lagen die Temperaturen in ME nur 4-5 °C niedriger)
Wissenschaftler haben gehäufte Indizien, aber noch keine schlüssigen Beweise -> aber Handeln nötig
- Anscheinend Beschleunigung der Erwärmung, da allein 6 höchste globale Durchschnittstemperaturen in
- den 80er dieses Jahrhunderts (Reihenfolge: 1988, 87, 83, 81, 80 und 86)
Veränderung der Niederschläge in den letzten Jahrzehnten
(weniger zwischen 5 - 35°, mehr zwischen 35 -70° n.B.)
Abschmelzen der Gletscher und Ausdünnen des arktischen Meereises
Zurückweichen des Dauerfrostbodens nach N
Anstieg des Meeresspiegels um 10 - 20 cm in diesem Jhdt.

7. Mögliche Folgen

Wissenschaftler sind vorsichtig mit ihren Prognosen der Folgen
an bestimmten Orten:

Nicht alle Teile der Erde werden sich gleichmäßig erwärmen
Europa könnte sich abkühlen, wenn der Golfstrom ausfällt
Nach Modellrechnungen sollte stärkste Erwärmung in den Polar- und Subpolargebieten (stimmt bislang für Arktis 1,7°C /100 Jahre), geringste in den Tropen sein (in Wirklichkeit aber auch hier überproportionale Temperaturerhöhung gemessen)
Verschiebung der Klimazonen mit Dürren und Überschwemmungen um 300-600 km polwärts -> dann Trockengürtel im heutigen Mittelmeerraum und im mittleren W der USA
Ausdehnung der warmen Meeresbereiche über 27,5°C um 10 Mio km2 (Größe Europas) zwischen 1949 und 1979 -> mehr Niederschläge weltweit, aber unterschiedliche regionale und zeitliche Verteilung, mehr und kräftigere Stürme
Anstieg des Meeresspiegels um 70 - 170 cm bei einem Treibhauseffekt, entsprechend einer Verdoppelung des CO2-Gehalts -> Wirkung von Hurrikanen wird noch verheerender
Falls aber das Schelfeis in der Westantarktis abbrechen sollte, wird ein Anstieg des Wasser auch um 5-6 m für möglich gehalten.
Überflutung von niedrig liegenden Koralleninseln und Küstenbereichen (Malediven, Bangladesh, Ägypten
- In Kalifornien könnten bei einer Erwärmung die Schneemassen der Gebirgsketten geringer werden ->
- mehr Überschwemmungen im Winter und mehr Trockenheit im Sommer
Länder wie Russland, Kanada könnten durch höhere Niederschläge und höhere Temperaturen vielleicht (?) profitieren

8. Mögliche Gegenmaßnahmen

Stopp des weiteren Anstiegs von FCKW durch internationale Abkommen und Verzicht auf Herstellung,
Katalysatoren und Entstickungsanlagen bei Kraftwerken gegen Ozon in der Troposphäre
Lachgas schwieriger unter Kontrolle zu bekommen, da Düngung außerhalb der I-Länder eng mit der Versorgung wachsender Bevölkerung zusammenhängt
Methan in der Atmosphäre könnte durch Minderung des Fleischkonsums oder Nutzen des Gases als Energiequelle vermindert werden
Drosselung des Ausstoßes von CO2 als das am besten geeignete Mittel angesehen. Als notwendig wird eine Senkung der Emissionen um bis zu 50% bis 2015 angesehen Wie machbar? -> Energiesparen, Vermeidung von Überproduktion, Maßnahmen gegen Überbevölkerung
Schutz der Wälder zur Bindung von CO2
CO2-Quoten für Länder

Exotischere Vorschläge von Wissenschaftlern:

Umhüllung der Erde mit einem Schleier aus SO2 in der Stratosphäre
(mit 35 Mio. Tonnen SO2 jährlich) -> verstärkte Rückstrahlung in den Weltraum
-> angebliche Neutralisierung des Treibhauseffekts (-> aber mehr saurer Regen)
Düngung der Ozeane mit mehr Stickstoff und Phosphor -> Verbessertes Algenwachstum -> verstärkter Bindung von CO2 (Auf den Festländern und an Küsten versucht man das Gegenteil, um starkes Algenwachstum zu verhindern)