Die Hauptursache für den derzeitigen Klimawandel ist der „Treibhauseffekt“, bei dem Treibhausgase (wie Wasser, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Methan, Ozon und Lachgas) in der Atmosphäre einen Anstieg der globalen Temperaturen hervorrufen. Dieser Effekt tritt auf, weil die Atmosphäre nahezu vollständig durchlässig für kurzwellige Sonneneinstrahlung, aber weniger durchlässig für die langwellige Infrarotstrahlung ist. Die kurzwellige Strahlung wird von der Erdoberfläche absorbiert und als Infrarotstrahlung wieder abgegeben, welche wiederum von den Treibhausgasen absorbiert werden kann. Diese Gase emittieren die Strahlung erneut in Richtung des Weltraumes und der Erdoberfläche. Somit wird ein Teil der Sonnenenergie zwischen der Atmosphäre und der Erdoberfläche gefangen gehalten und trägt dadurch zum Temperaturanstieg bei.
Effektivität der Treibhausgase
Die Intensität des Treibhauseffekts ist von der Atmosphärentemperatur und der Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre abhängig. Ohne die Auswirkungen von Wolken miteinzubeziehen, wird der Großteil der Treibhausgase von Wasserdampf in der Atmosphäre, mit einem Anteil von 36 bis zu 70%, gestellt. Kohlendioxid trägt mit 9 bis 26%, Methan mit 4 bis 9% und troposphärisches Ozon mit 3 bis 7% zum globalen Treibhauseffekt bei. Es ist nicht möglich den einzelnen Treibhausgasen genaue Anteile zuzuordnen, da sich die Absorptions- und Emissionsbandbreite der einzelnen Gase überschneiden. Auch Wolken absorbieren und emittieren Infrarotstrahlung, womit sie ebenfalls die Strahlungseigenschaften der Atmosphäre beeinflussen.
Treibhausgase im Verlauf der Zeit
Treibhausgase existieren seit der Bildung der irdischen Atmosphäre. Diese, natürlich vorkommenden, Gase tragen zu der angenehmen Durchschnittstemperatur von +15°C und der Entwicklung des, uns bekannten, Lebens bei. Ohne eine Atmosphäre wäre die Erde ein deutlich kühlerer Ort mit einer Durchschnittstemperatur von ca. -18°C. Allerdings hat der Anteil vom Menschen verursachter Treibhausgase seit der industriellen Revolution signifikant zugenommen. Anthropogene Einflüsse, wie der Verbrauch fossiler Brennstoffe, Entwaldung, Zementproduktion und Landwirtschaft und der damit verbundene Ausstoß langlebiger Treibhausgase (Kohlenstoffdioxid, Methan und Lachgas), sowie troposphärisches Ozon, haben den Treibhauseffekt verstärkt. CO2-Messungen der Mauna Loa Station zeigen, dass die Konzentration von ca. 313 parts per million (ppm) im Jahr 1960 auf 400ppm am 09. Mai 2013 (Abbildung 1) zugenommen hat. Seitdem ist die Konzentration von Treibhausgasen fortwährend gestiegen.