Der natürliche Treibhauseffekt ist die Grundlage des Lebens auf der Erde. Ohne ihn läge die mittlere Erdtemperatur bei etwa −18 °C statt der tatsächlichen +15 °C.
Mechanismus:
Natürliche Treibhausgase: Wasserdampf (H2O, stärkster Effekt), Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffmonoxid (N2O, „Lachgas“), Ozon (O3).
Seit Beginn der Industrialisierung (ca. 1750) erhöht der Mensch die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre massiv. Dieser anthropogene (menschengemachte) Treibhauseffekt verstärkt den natürlichen und führt zur globalen Erwärmung:
Ergebnis: Die globale Durchschnittstemperatur ist seit 1850 um ca. 1,2 °C gestiegen (Stand 2024). Das IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) stuft den menschlichen Einfluss als „eindeutig“ ein.
Der Kohlenstoffkreislauf beschreibt den Austausch von Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Biosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre:
Störung des Gleichgewichts: Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe wird Kohlenstoff freigesetzt, der über Millionen Jahre in der Lithosphäre gespeichert war. Die natürlichen Senken können die zusätzlichen Emissionen nicht vollständig aufnehmen – es verbleibt ein Netto-Überschuss in der Atmosphäre.
Ozeanversauerung: Die Ozeane nehmen ca. 25 % des anthropogenen CO2 auf. Dabei bildet sich Kohlensäure (H2CO3), die den pH-Wert des Meerwassers senkt. Dies bedroht kalkbildende Organismen (Korallen, Muscheln, Plankton).
Methan (CH4) ist das zweitwichtigste anthropogene Treibhausgas. Seine Quellen lassen sich in natürliche und anthropogene unterteilen:
Natürliche Quellen: Feuchtgebiete (Sümpfe, Moore), Termiten, ozeanische Sedimente, Methanhydrate (Permafrost, Tiefsee).
Anthropogene Quellen (ca. 60 % der Gesamtemissionen):
Besondere Gefahr – Methan-Rückkopplung: Das Auftauen des Permafrostbodens durch die globale Erwärmung setzt große Mengen gespeichertes Methan frei, was die Erwärmung weiter beschleunigt (positive Rückkopplung). Dies ist einer der gefürchteten Kipppunkte (tipping points) im Klimasystem.
Klimamodelle sind mathematische Simulationen des Klimasystems, die auf physikalischen Gesetzen beruhen. Sie ermöglichen Prognosen über die zukünftige Klimaentwicklung:
Das Pariser Klimaabkommen (12. Dezember 2015, in Kraft 4. November 2016) ist ein völkerrechtlich verbindlicher Vertrag, der von 196 Staaten unterzeichnet wurde:
Bewertung: Das Pariser Abkommen ist ein historischer Durchbruch, da erstmals alle Staaten einbezogen sind. Kritik: Die NDCs sind bislang unzureichend – selbst bei voller Umsetzung steuert die Welt auf ca. 2,5–3 °C Erwärmung zu. Der Vertrag enthält keinen verbindlichen Sanktionsmechanismus.
Abitur-Tipp: Im Biologieabitur wird der Treibhauseffekt häufig im Kontext von Ökologie und Stoffkreisläufen abgefragt. Achte auf die Unterscheidung zwischen natürlichem und anthropogenem Treibhauseffekt. Zeichne den CO2-Kreislauf als Diagramm mit Quellen und Senken. Wichtig für Aufgaben zu positiven Rückkopplungen: Eis-Albedo-Effekt, Permafrost-Methan-Rückkopplung, Wasserdampf-Rückkopplung. Klimamodelle werden gerne als Materialgrundlage für Erörterungsaufgaben genutzt.