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Wie funktioniert der Klimawandel („Globale Erwärmung“)?
Der Mechanismus der globalen Erwärmung – ein zusätzlicher Treibhauseffekt

[Oder: „Warum beunruhigen einige Gase die Wissenschaftler – wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid (CO2) – aber andere, z.B. Sauerstoff (O2), nicht?“]

Geschrieben von Professor Michael Ranney, Dr. Daniel Reinholz, und Dr. Lloyd Goldwasser (mit Hilfe von Professor Ronald Cohen).
Von Oliver Arnold ins Deutsche übersetzt, mit Hilfe von Professor Florian Kaiser, Jessica Nguyen und Michael Ranney.

Viele Wissenschaftler sagen, dass sich durch menschliches Handeln die Erdatmosphäre verändert und dass dadurch die Durchschnittstemperatur der Erde ansteigt. Aber wie genau wird die Klimaveränderung verursacht?

Zunächst einmal müssen wir die „normale“ Temperatur der Erde verstehen: Wenn die Erde Sonnenlicht absorbiert, welches größtenteils sichtbares Licht ist, erwärmt sie sich. Ähnlich wie die Sonne gibt die Erde aber auch Energie ab. Doch da die Erdoberfläche kühler ist, als die der Sonne, emittiert die Erde Infrarotlicht, also Strahlung mit energieärmeren Schwingungen. Treibhausgase in der Atmosphäre (Methan, Kohlenstoffdioxid etc.) sind zwar durchlässig für sichtbares Licht, absorbieren jedoch Infrarotlicht, was zu einer Erwärmung der Erdatmosphäre führt. Die erwärmte Atmosphäre sendet noch mehr Infrarotlicht aus, welches daraufhin viele Male resorbiert wird, bevor die Energie ins All zurückkehrt. Diese verlängerte Zeitdauer, für welche sich die Energie in der Atmosphäre befindet, hat dabei geholfen die Erde warm genug zu halten, um ein Leben so wie wir es kennen zu ermöglichen. (Im Gegensatz dazu hat der Mond keine Atmosphäre und ist deshalb im Durchschnitt kühler als die Erde.)

Seit dem Beginn des industriellen Zeitalters um 1750 sind der Kohlenstoffdioxidgehalt in der Atmosphäre um 40% und der Methangehalt um 150% gestiegen. Dieser Anstieg hat eine zusätzliche Absorption von Infrarotlicht und somit eine Erwärmung der Erde über ihren typischen Temperaturbereich hinaus zur Folge (obwohl die durchschnittlich von der Sonne ausgesandte Energie unverändert bleibt). Mit anderen Worten gesagt hat es die Energie, welche die Erde erreicht, nun noch schwerer sie wieder zu verlassen. Das wiederum lässt die Durchschnittstemperatur der Erde ansteigen, was den Klimawandel auslöst.

[Auf molekularer Ebene: Treibhausgase absorbieren Infrarotlicht, da ihre Moleküle eine asymmetrische Verteilung der elektrischen Ladung aufweisen, deren Vibrationsenergie dem Energielevel bestimmter Infrarotwellenlängen entspricht. Sie werden als infrarot-aktiv bezeichnet. Demgegenüber tragen infrarot-inaktive Moleküle nicht zum Treibhauseffekt bei. Dazu gehören beispielsweise die Hauptbestandteile der Luft, Sauerstoff und Stickstoff (O2 und N2). Sie können kein Infrarotlicht absorbieren, da sich ihre Ladungsverteilung auch bei Vibration symmetrisch verhält.]

Zusammenfassung:

(a) Die Erde absorbiert einen Großteil des empfangenen Sonnenlichts; (b) Daraufhin gibt die Erde die aufgenommene Energie als Infrarotlicht wieder ab; (c) Treibhausgase absorbieren einen hohen Anteil des Infrarotlichts bevor es unsere Atmosphäre verlassen kann; (d) Diese Absorption führt zu einer Verlangsamung des Prozesses mit welchem die Energie wieder ins All entweicht; und (e) der langsamere Energiedurchlauf führt zu einer Erwärmung der Atmosphäre, des Wassers und des Bodens. Die vom Menschen verursachte Erhöhung der Konzentration der atmosphärischen Treibhausgase führt zu einem Anstieg der Infrarotlichtabsorption der Atmosphäre und somit zu einer Erderwärmung und zur Störung globaler Klimaverhältnisse.

Kürzere Zusammenfassung: Die Erde transformiert die sichtbare Sonnenlichtenergie in Infrarotlicht, welches die Erde verzögert verlässt, da es zuvor von Treibhausgasen absorbiert wird. Wenn Menschen Treibhausgase produzieren, verlässt die Energie die Erde mit noch größerer Verzögerung, was einen Anstieg der Erdtemperatur zur Folge hat.


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