Treibhauseffekt & Treibhausgase
Der Treibhauseffekt hat einen sehr grossen Einfluss auf die Temperatur der Erde. Die Erde nimmt Energie von der Sonne auf und gibt einen Teil davon als Wärmestrahlung wieder Richtung All ab. Treibhausgase in der Atmosphäre wie CO₂, Methan und Wasserdampf nehmen jedoch einen Teil der Wärmestrahlung auf, bevor sie sie wieder in alle Richtungen abstrahlen. Ein Teil der Wärme entweicht ins All, doch ein Teil bleibt in der Atmosphäre. Je mehr Treibhausgase dort vorhanden sind, desto mehr Wärme wird zurückgehalten, wodurch die Temperatur auf der Erde steigt.
Der Treibhauseffekt
Die Infografik zeigt schematisch den Treibhauseffekt in der Erdatmosphäre. Die Darstellung zeigt eine Landschaft mit Bergen und einem See, über der sich die Atmosphäre mit verschiedenen Treibhausgasen befindet.
Sonneneinstrahlung:
Links oben strahlt die Sonne Energie in Form von Sonnenstrahlen zur Erde. Diese Strahlen sind als helle, gerade Linien dargestellt, die durch die Atmosphäre zur Erdoberfläche gelangen.
Treibhausgase in der Atmosphäre:
In der Atmosphäre sind verschiedene Treibhausgasmoleküle verteilt und beschriftet:
- Kohlendioxid (CO₂): Dargestellt als schwarze und weiße Moleküle
- Methan (CH₄): Gezeigt als blaue und schwarze Molekülverbindungen
- Lachgas (N₂O): Dargestellt als violette und weiße Moleküle
- Wasserdampf (H₂O): Gezeigt als blaue und weiße Moleküle
- F-Gase: Dargestellt als grüne und gelbe Molekülverbindungen
- Stickstoff (N₂): Gezeigt als violette Moleküle
- Ozon (O₃): Dargestellt als blaue Molekülverbindungen
Treibhauseffekt-Mechanismus:
Von der Erdoberfläche steigen rote Pfeile auf, die die von der Erde abgegebene Wärmestrahlung Richtung All symbolisieren. Die Treibhausgasmoleküle nehmen einen Teil dieser Wärmestrahlung auf und strahlen sie dann wieder in alle Richtungen ab – sowohl zurück zur Erde als auch ins All. Dies wird durch die roten Pfeile in verschiedene Richtungen dargestellt.
Die Grafik veranschaulicht, wie Treibhausgase in der Atmosphäre die von der Erde abgegebene Wärmestrahlung aufnehmen und in alle Richtungen abstrahlen. Dadurch bleibt ein Teil der Wärme in der Atmosphäre zurück, wodurch sich die Erde erwärmt.
Treibhauseffekt
Durch den natürlichen Treibhauseffekt wird der bewohnbare Temperaturbereich der Erde aufrechterhalten. Die dafür verantwortlichen Treibhausgase gelangen durch natürliche Prozesse in die Atmosphäre.
Der menschengemachte Treibhauseffekt lässt die Temperatur darüber hinaus weltweit ansteigen, wodurch sich auch das Klima zunehmend verändert. Ursache sind v.a. die Verbrennung fossiler Brennstoffe, bei der immer mehr Treibhausgase in die Atmosphäre freigesetzt werden. Dadurch wird der Treibhauseffekt grösser, da mehr Treibhausgase mehr Wärme in der Atmosphäre zurückhalten.
Treibhausgase
Die durch den Menschen in der Atmosphäre angereicherten wichtigsten Treibhausgase sind CO₂, Methan (CH₄), Lachgas bzw. Distickstoffoxid (N₂O) und die fluorierten Gase (F-Gase). Auch Wasserdampf ist ein sehr wichtiges Treibhausgas, welches jedoch wie Ozon (O₃) eine Sonderstellung einnimmt.
Die Rolle des Treibhausgases CO₂
CO₂ ist das bekannteste und am meisten vom Menschen ausgestossene Treibhausgas. Seine Konzentration in der Atmosphäre während der letzten 11 700 Jahre lag bei konstanten ca. 280 ppm (ppm = parts per million / Anteile auf eine Million Teilchen; dies entspricht 0.028 %).
Seit der industriellen Revolution ab ca. 1850 ist der CO₂-Gehalt jedoch bereits um mehr als die Hälfte angestiegen (150 ppm) und beträgt aktuell 428 ppm (Februar 2025). Das hat bis 2024 zum ersten Mal zu einem Anstieg der durchschnittlichen globalen Oberflächentemperatur um +1.5 °C geführt und in der Schweiz zu überdurchschnittlichen +2.9 °C. Die Arktis erwärmt sich heute sogar bereits viermal schneller als der weltweite Durchschnitt.
Interaktives Exponat
ES WIRD WARM !
Die beiden Zylinder enthalten Gase aus der Atmosphäre der Erde. Der rechte ist mit Stickstoff (N₂) gefüllt, aus dem ca. 78 % unserer Luft besteht; der linke mit dem Treibhausgas CO₂, welches nur ca. 0.04 % unserer Luft ausmacht. Beide Zylinder werden eine Minute lang von unten erwärmt. Diese Erwärmung symbolisiert die Wärmestrahlung der Erde.
- Drücke auf den Knopf und schaue auf das Display. Was passiert mit der Temperatur der beiden Gase in den Zylindern?
- Was passiert mit der Temperatur der Gase, wenn die Wärmestrahlung nach einer Minute ausgeschaltet wird?
- Das Experiment kann neu gestartet werden, sobald der Knopf durchgehend blau leuchtet.
ERKLÄRUNG
Obwohl N₂ kein Treibhausgas ist, steigt die Temperatur im Zylinder an. Der Grund dafür liegt in der Erwärmung des Zylinders selbst: Die N₂-Moleküle stossen gegen die warmen Zylinderwände und nehmen dabei Wärme auf. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Gases.
Im Innern des CO₂-Zylinders steigen die Temperaturen hingegen nicht nur höher, sondern das Gas bleibt auch länger warm. Dies liegt daran, dass CO₂ als Treibhausgas die Wärme aufnimmt (Treibhauseffekt).
Achtung! Das Exponat kann heiss werden!