Treibhausgase und Klimawandel

Die Klimaerwärmung

Phänomen

Unser Klima wandelt sich: es wird wärmer auf der Erde, und zwar beunruhigend schnell. Was das Klima in vormenschlichen Zeiten in Jahrtausenden durchgemacht hat, erleben wir jetzt innerhalb von 100 Jahren. Dabei ist die Erwärmung menschlich verursacht und hat schwerwiegende Konsequenzen. Dies ist die Hypothese der Erderwärmung.

Der fünfte Bericht des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) fasst die wichtigsten Forschungsergebnisse über den Klimawandel zusammen. Mehrere tausend Wissenschaftler waren an seiner Erstellung beteiligt. Zusammenfassend wird darin festgehalten:

„Die Erwärmung des Klimasystems ist eindeutig, und viele dieser seit den 1950er Jahren beobachteten Veränderungen sind seit Jahrzehnten bis Jahrtausenden nie aufgetreten. Die Atmosphäre und der Ozean haben sich erwärmt, die Schnee- und Eismengen sind zurückgegangen, der Meeresspiegel ist angestiegen und die Konzentrationen der Treibhausgase haben zugenommen“[1]

Ursachen der Klimaerwärmung

Nach Auffassung der meisten Wissenschaftler liegt den gravierenden Veränderungen eine Verstärkung des natürlichen Treibhauseffekts innerhalb der Erdatmosphäre zugrunde. Grundsätzlich ist der Treibhauseffekt nicht per se schlecht. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt wäre die Erde lebensfeindlich. Anstelle der weltweiten, mittleren Temperatur von +15°C in Bodennähe würde eisige Kälte von -18°C vorherrschen. Entscheidend ist die auf menschliche Aktivitäten zurückgehende aktuelle Verstärkung des natürlichen Treibhauseffekts.

Verantwortlich für die Verstärkung sind die sogenannten Treibhausgase. Sie assen das kurzwellige Sonnenlicht ungehemmt auf die Erde einstrahlen. Die Strahlung wird von der Erdoberfläche teilweise absorbiert und in Form von Wärme wieder an die Atmosphäre abgegeben. Die Treibhausgase hindern die langwellige Wärmestrahlung aber daran, ins All zu entweichen. Stattdessen absorbieren sie diese und geben sie in alle Richtungen wieder ab – auch Richtung Erde. Dies heizt die Erdoberfläche und die untere Luftschicht auf.

Durch die Aktivitäten der Menschen erhöhen sich die Konzentrationen der Treibhausgase in der Atmosphäre. Ein grösserer Teil der Strahlen wird von der Atmosphäre absorbiert und erneut auf die Erde zurück gestrahlt. So heizt sich die Luft in Bodennähe zusätzlich zum natürlichen Treibhauseffekt auf. Das lebenswichtige Glasdach wird so zu einer lebensgefährlichen Falle.

Treibhausgase entstehen hauptsächlich bei der Verbrennung fossiler Energieträger wie etwa Heizöl, Benzin, Diesel und Kerosin. Jeden Tag werden Unmengen solcher fossiler Energieträger eingesetzt[2], wodurch die Konzentrationen der klimaschädigenden Treibhausgase in der Atmosphäre stark zunehmen. Aufgrund dieser zusätzlichen Emissionen verstärkt sich der Treibhauseffekt.

Auswirkungen des Klimawandels

Die freigesetzten Treibhausgase werden unmittelbar das Klima verändern. Primär durch eine Temperaturzunahme von einigen Grad Celsius, sekundär durch eine Reihe weiterer meteorologischer Geschehnisse wie etwa eine voraussichtliche Zunahme von Häufigkeit und Intensität der Niederschlagsmenge und eine Verstärkung der Winde[3].

Durch diese Klimaveränderung werden mittelbar viele Ökosysteme und Tierarten gefährdet. Vor allem ist auch der Mensch von den Auswirkungen des Klimawandels direkt oder indirekt betroffen. Es scheint, also ob Dürren, Überschwemmungen und Extremwetterereignisse bereits  heute schon immer öfters grosse Schäden an Infrastruktur und Menschenleben hinterlassen.

Das schweizerische Bundesamt für Umwelt (BAFU) fasst einige Punkte auf seiner Homepage zusammen[4]:

  • Die Verfügbarkeit von Wasser wird sich in zahlreichen Erdregionen verändern (inkl. der damit verbundenen Folgen für Trinkwasserversorgung, Landwirtschaft, Energieerzeugung und natürliche Ökosysteme). Tendenziell wird in Regionen und zu Zeiten, wo es heute viel regnet, noch mehr Regen fallen, während an Orten und zu Zeiten, wo es bereits heute trocken ist, die Niederschlagsmengen eher zurückgehen werden (z.B. in trockenen Regionen der Subtropen oder im Sommer und Herbst im Mittelmeerraum). Von Dürren betroffene Flächen nehmen zu.
  • Gletscher und Schneebedeckung nehmen verbreitet ab, und das arktische Meereis geht zurück.
  • Die Anpassungsfähigkeit zahlreicher Tier- und Pflanzenarten wird überfordert.
  • Eine Erwärmung von mehr als 2°C wirkt sich in den meisten Regionen negativ auf die Erträge in der Landwirtschaft aus, höher gelegene Gebiete könnten jedoch profitieren.
  • Der Anstieg des Meeresspiegels führt zunehmend zur Versalzung des Grundwassers und erhöht die Überflutungsgefahr in intensiv genutzten und dicht besiedelten Küstengebieten.
  • Die räumliche Verbreitung von temperaturabhängigen Krankheitsüberträgern bzw. -erregern verändert sich.
  • Wirtschaftliche und soziale Kosten und psychische Folgen in Gebieten mit mehr Extremereignissen (Starkniederschläge, Dürren, Hitzewellen, Überschwemmungen, Erdrutsche etc.) nehmen zu.

Gesetzgebung: das Kyoto Protokoll

Das Kyoto-Protokoll gilt als ein Meilenstein internationaler Klimapolitik. Bereits 1997 ratifiziert enthielt es erstmals rechtsverbindliche Begrenzungs- und Reduzierungsverpflichtungen über den Ausstoss der wichtigsten sechs Treibhausgase: Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Lachgas (N2O), PFKWs und HFCs.

Die meisten Industrieländer[5] sowie wesentlichen Entwicklungsländer haben das Protokoll ratifiziert. Es trat 2005 für eine erste Verpflichtungsperiode (2008 bis 2012) in Kraft. Nach mehrjährigen Verhandlungsrunden einigten sich die Vertragsstaaten auf der Klimakonferenz in Doha auf eine Verlängerung des Kyoto-Protokolls bis 2020.

Das Ozonloch

Phänomen

In der Erdatmosphäre, hauptsächlich in der Stratosphäre[6], gibt es einen Bereich mit erhöhter Konzentration an Ozon. Man bezeichnet diesen Bereich auch als Ozonschicht. Sie ummantelt die Erde wie ein Schutzschild und hält, im übertragenen Sinne etwa wie eine Sonnencreme oder Sonnenbrille, gefährliche UV Strahlung ab[7]. Ohne sie wäre das Leben in der heute bekannten Form auf der Erde nicht möglich.

Das sogenannte „Ozonloch“ ist eine Verdünnung dieser Ozonschicht. Sie ist regional unterschiedlich stark ausgeprägt und schwankt auch über das Jahr hinweg. Besonders deutlich ist der Effekt über dem Nord- und Südpol zu erkennen, wo die Ozonschicht teilweise um mehr als 50% reduziert ist.

Durch die fehlende Absorption von UV-Licht gelangt deutlich mehr gefährliche Sonnenstrahlung zur Erdoberfläche. Diese Strahlenbelastung schadet den Lebewesen und  erwärmt zusätzlich die Erde.

Gesetzgebung: das Montrealer Protokoll

Nachdem in den 70‘er Jahren die Schädlichkeit von Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) auf die Ozonschicht vorausgesagt wurde, schreckten 1985 die Daten von Satellitenmessungen die Menschheit auf. Kurz darauf wurde 1987 mit der Verabschiedung des Montrealer Protokolls  ein wichtiger Meilenstein in der Bekämpfung des Ozonlochs gelegt. Darin verpflichteten sich die 197 Unterzeichnerstaaten, die Emissionen von jenen Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und chlor- bzw. bromhaltigen Gasen zu reduzieren, welche in der Stratosphäre massgeblich[8] zum Ozonabbau beitragen.

Das Montrealer Protokoll ist eine Erfolgsgeschichte und gilt gerade deshalb als Vorzeigekind im Umwelt – Völkerrecht, weil nach Meinung der Wissenschaftler das Verbot bzw. die Einschränkung der Substanzen wesentlich zur drastischen Reduktion des Ozonlochs beigetragen hat.

Aktuelle Beobachtungen[9] weisen in der Tat darauf hin, dass sich die Situation deutlich verbessert hat. Zwar öffnet sich noch immer im September die Ozonschicht über der Antarktis, jedoch wächst das Ozonloch nicht mehr. Die Wissenschaftler gehen aufgrund ihrer Berechnungen sogar davon aus, dass sich die Ozonschicht bis zum Jahr 2050 weltweit wieder auf die Dicke von 1980 schliessen könnte.

Wie bereits erwähnt hat die UV-Strahlung und damit indirekt auch die Ozonschicht einen Einfluss auf die Erderwärmung. Deshalb ist das Montrealer Protokoll ebenfalls für die Klimaerwärmung relevant. Als potente Treibhausgase würden die im Protokoll aufgelistete Substanzen ohne ihre Einschränkung heute wohl wesentlich zur Erderwärmung beitragen. Thomas Peter vom Institut für Atmosphäre und Klima der ETH Zürich  meinte[10].:

„durch das Montrealer Protokoll sei im Jahr 2010 das Äquivalent von 10 Gigatonnen CO2 vermieden worden. Zum Vergleich: Das Kyoto-Protokoll verpflichtet die Industrieländer, ihren Treibhausgasausstoss von 2008 bis 2012 um durchschnittlich 5,2 Prozent gegenüber dem Stand von 1990 zu reduzieren. Bei den heutigen Emissionen entspricht das einem Äquivalent von 2 Gigatonnen CO2 pro Jahr. Damit gehen die Einsparungen durch das Montrealer Protokoll weit über das hinaus, was man mit dem Kyoto-Protokoll in der ersten Verpflichtungsperiode zu erreichen hofft.“

Weniger erfreulich scheint die Tatsache, dass die als Treib- oder Kältemittel verwendeten FCKW in den letzten Jahren zunehmend durch Stoffe ersetzt worden sind[11], welche die Ozonschicht weniger oder gar nicht schädigen, jedoch ein überaus grosses Treibhauspotenzial besitzen. Bei steigenden Emissionen könnten also die positiven Auswirkungen des Montrealer Protokolls auf die Klimaerwärmung teilweise wieder zunichtegemacht werden.

Klimaerwärmung und Ozonloch

Der Zusammenhang zwischen Erderwärmung und Ozonschicht ist sehr komplex und auch Gegenstand aktueller Forschungsbemühungen. Nicht zuletzt, da auch die Erderwärmung ihrerseits die Ozonschicht beeinflusst.

Treibhausgase halten beispielweise einen Teil der Wärmestrahlung zurück, welche sonst von der Erde in den Weltraum abgestrahlt würde. Dies führt zu einer Abkühlung der Ozonschicht und dadurch zu einer Verlangsamung jener chemischen Prozesse, welche für den Abbau von Ozon verantwortlich sind. Klimamodelle deuten ferner darauf hin, dass dadurch auch eine atmosphärische Zirkulation verstärkt werden könnte, welche Ozon von den Tropen in höhere Breiten schaufelt. Hierdurch könnten sich die geografischen Unterschiede in der Ozonkonzentration sogar noch verstärken[12].

Übersäuerung der Meere

Phänomen

Neben der Klimaerwärmung ist die sogenannte „Versauerung der Meere“ ein weiterer prominenter Effekt der Treibhausgase. Michel Jarraud, der Generalsekretär der World Meteorological Organisation (WMO), wird in einer Pressemitteilung mit den Worten zitiert[13]:

„Wenn die globale Erwärmung kein hinreichend starker Grund ist, die CO2-Emissionen zu begrenzen, dann sollte es die Versauerung der Ozeane sein.“

Die Ozeane absorbieren Kohlendioxid (CO2) aus der Erdatmosphäre. Während Kohlendioxid in der Atmosphäre zu steigenden Temperaturen führt, geht es im Meerwasser eine chemische Reaktion ein. Dabei entsteht Kohlensäure. Diese zunehmende Versauerung der Meere zeigt sich in der Abnahme des pH-Wertes des Meerwassers.

Aufgrund der chemischen Reaktion geht die Versauerung der Ozeane primär auf CO2 zurück. Andere, für die globale Erwärmung sehr wohl relevante Treibhausgase wie Methan oder Lachgas,  spielen hier keine Rolle.

Auswirkungen

Kurzfristig puffern die Ozeane wohl den CO2-Anstieg in der Atmosphäre, indem sie rund einen Viertel der anthropogenen CO2-Emissionen absorbieren. Durch die Versauerung der Meere

Die Folgen dieser Versauerung betreffen zunächst Kalkschalen bildende Lebewesen, deren Fähigkeit, Schutzhüllen zu bilden bei sinkendem pH-Wert zunehmend nachlässt. Weil diese Arten oft die Basis der Nahrungsketten in den Ozeanen bilden, können sich daraus weitere schwerwiegende Konsequenzen für die zahlreichen von ihnen abhängigen Meeresbewohner und in der Folge auch für die darauf angewiesenen Menschen ergeben.


Fussnoten:

[1]     siehe IPCC (2013), Seite 2

[2]     In modernen Industriestaaten stammen rund 3/4 der schädlichen Treibhausgasemissionen aus der Verbrennung solcher fossiler Energieträger.

[3]     im erwähnten fünften Bericht des IPCC sind Angaben zur Wahrscheinlichkeit der prognostizierten Veränderungen veröffentlicht.

[4]     http://www.bafu.admin.ch/klima/00469/00479/index.html?lang=de

[5]     als wesentliche Ausnahme gilt die USA, welche das Protokoll nie unterzeichnet hat.

[6]     Die Stratosphäre ist die zweite Schicht der Erdatmosphäre. Sie liegt über der Troposphäre und befindet sich in Bereich von 15-50km Höhe. Ozon selber wird etwa im Bereich von 20-35km gebildet.

[7]     Ozon (O3) ist eine sehr instabile chemische Verbindung, welche mit Energie aus Sauerstoff gewonnen wird. Ein Sauerstoffmolekül (O2) wird dabei durch die Energie elektromagnetischer Lichtwellen gespalten. Die zwei so entstandenen Sauerstoffatome (O) binden sich mit zwei anderen Sauerstoffmolekülen  (3 O2 → 2 O3). Ozon absorbiert aber auch selber langwelligeres UV-Licht (UV-B und UV-C Strahlung), wobei die Ozonmoleküle je ein Sauerstoffatom abspalten. Dieses Atom findet in den allermeisten Fällen gleich wieder Anschluss an ein Sauerstoffmolekül, sodass die Ozonmenge kaum abnimmt (O3 + O2 → O2 + O3).

[8]  Wie auch das Kyoto Protokoll umfasst das Montrealer Protokoll naturgemäss nicht alle schädlichen Substanzen. Derzeit nicht erfasst ist beispielsweise Distickstoffoxid (Lachgas), welches u. a. aufgrund der drastischen Senkung der FCKW-Emissionen nun zur bedeutendsten Quelle ozonschädlicher Emissionen geworden ist.

[9]     siehe 8’er Ozonbericht der vereinten Nationen vom 10. September 2014, veröffentlicht durch WMO («World Meteorological Organisation») und UNEP (Umweltprogramm der Vereinten Nationen).

[10]    siehe Speicher(2010) mit Referenz auf Thomas Peter

[11]    Insbesondere sogenannte Fluorkohlenwasserstoffe, welche im Unterschied zu den FCKW keine reaktiven Halogene (Chloratome) enthalten. Die Konzentration dieser Stoffe in der Troposphäre nimmt gegenwärtig um mehrere Prozent pro Jahr zu.

[12]    siehe Speicher (2010£)

[13]    WMO, Press Release 1002

Literatur: