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CO₂ – Segen und Fluch

Kein Atmosphärengas erfährt in der Öffentlichkeit derart große Aufmerksamkeit wie das Kohlendioxid, das als Ursache für den bereits erkennbaren Klimawandel gesehen wird. Aber das Klimasystem ist hochkompliziert, mit einer Fülle von chemischen und physikalischen Wechselwirkungen in der Atmosphäre, die zu 99,95 Gewichtsprozent aus Stockstoff und Argon besteht. Dazu kommen in geringen Konzentrationen Spurengase wie Ozon, Methan, Kohlendioxid und Wasserdampf. Ohne sie gäbe es nur eine mittlere Temperatur auf der Erdoberfläche von minus 18 Grad Celsius. Tatsächlich beträgt aber die mittlere Temperatur etwa 15 Grad Celsius. Woher kommt dann die stattliche Differenz von 33 Grad? Sie ist die Folge des atmosphärischen Glashauseffektes.

Vom Glashaus zur Atmosphäre

Strahlungsverhältnisse ganz besonderer Art begegnen wir in den Gewächshäusern der Gärtnereien, in die kurzwellige Sonnenstrahlen praktisch ungehindert in das Innere der Gebäude eindringen. Alles, der Boden, die Einrichtung und Pflanzen absorbieren einen großen Teil davon und erwärmen sich dadurch. Die Folge ist, dass sie nun langwelligen Strahlen aussenden. Diesem Wellenlängenbereich gegenüber verhält sich das Glas jedoch völlig anders. Alle Wellenlängen größer als 3 Mikrometer werden nämlich fast restlos absorbiert, das Glas erwärmt sich und gibt verstärkt langwellige Strahlen nach innen und außen ab. Dadurch ist ein Teil der in Form von kurzwelliger Strahlung zugeführten Energie im Glashaus gefangen und es steigt die Temperatur im Inneren des Hauses – das ist der so genannte Glashauseffekt. Völlig ident ist der Vorgang in der Atmosphäre, wo Spurengase und Wasserdampf ein ähnliches Verhalten zeigen wie das Glas im Gewächshaus, das die langwelligen Strahlen absorbiert.

Große Wirkung kleiner Gase

Warum sind es gerade die Spurengase mit den geringsten Konzentrationen – fast alle im PPM-Bereich – die den atmosphärischen Glashauseffekt verursachen und nicht die Hauptbestandteile Stickstoff und Sauerstoff? Der Grund ist, dass die langwellige atmosphärische Gegenstrahlung in erster Linie aus den Rotations- und Schwingungsanregungen von drei- oder mehratomigen Molekülen stammt. Dabei kommt es beim Übergang von angeregtem Zustand in stabile Zustände zu Strahlungsemissionen.

Das klingt alles kompliziert, ist es aber nicht, denn die Strahlungsemission geht stets auf Vorgänge an Einzelmolekülen in der Atmosphäre zurück und das sind die dreiatomigen Moleküle Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan. Einen Beweis für die Wirksamkeit des Kohlendioxids liefert unser Nachbarplanet Venus. Seine Atmosphäre enthält über 95 Prozent Kohlendioxid. Diese Konzentration ruft einen so enormen Glashauseffekt hervor, dass die Oberflächentemperaturen auf Werte von über 460 Grad Celsius steigen.

Quellen: H. Häckel, J. Weiner