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Die Temperatur in der Atmosphäre ergibt sich im Wesentlichen aufgrund des Unterschiedes von Sonneneinstrahlung und Erdabstrahlung. Wird die Erdabstrahlung kleiner, erhöht sich die Temperatur auf der Erde (siehe Schema). Die Grösse der Erdabstrahlung wird durch die Treibhausgase stark beeinflusst. Aufgrund ihrer physikochemischen Eigenschaften absorbieren Treibhausgase wie CO2, CH4 (Methan), N2O (Lachgas), Ozon etc. einen Teil der Abstrahlung von der Erdoberfläche und streuen diese Energie in alle Richtungen, also auch in die unteren Schichten der Atmosphäre. So nimmt der Anteil Sonnenenergie zu, der in der Atmosphäre gefangen wird. Diese gefangene Sonnenenergie führt zu einer Zunahme ihrer Temperatur. Zusammengefasst bewirkt also eine Zunahme der Treibhausgase die Erwärmung des Klimas
Welchen Einfluss hat CO2 auf die Klimaerwärmung?
Im folgenden Abschnitt konzentrieren wir uns auf den Haupttäter, CO2 oder Kohlendioxid. CO2 ist ein natürlicher und wichtiger Baustein unserer Natur. Es wird von der Natur produziert (z.B. Atmung der Tiere) und gleichzeitig abgebaut (z.B. Photosynthese der Pflanzen). Ohne Einfluss des Menschen besteht ein Gleichgewicht zwischen CO2-Produktion und CO2-Abbau, und die CO2-Konzentration der Atmosphäre bleibt konstant. Während der langen Geschichte unseres Planeten hat sich dieses Gleichgewicht immer wieder leicht verschoben, und die CO2-Konzentrationen haben nachweislich immer variiert. Diese Schwankungen entstanden aber deutlich langsamer und mit kleinerer Amplitude, als das, was wir heute erleben. Die Natur konnte sich immer rechtzeitig anpassen.
Die durchschnittliche CO2-Konzentration lag lange Zeit unter 300 ppm. Durch den Einfluss des Menschen ist sie mittlerweile auf rund 420 ppm angestiegen (siehe Schema), wobei die Einheit “ppm” parts per million (Teile pro Million) bedeutet. 420 ppm sind also rund 0.042% oder 0.42 Promille. Dies ist tatsächlich ein winziger Anteil der gesamten Luft. Das Problem liegt jedoch in der grossen Wirkung, welche CO2 auch in kleinen Konzentrationen als Treibhausgas hat. Ohne Treibhausgase in der Atmosphäre bestünde auf der Erde eine durchschnittliche Temperatur von ca. -18 °C anstatt den heutigen ca. 15 °C. Die ca. 400 ppm CO2 verantworten eine Erwärmung von ca 7 bis 8 °C.
Die gegenwärtige Erwärmung der Erdatmosphäre bringt Prozesse in Gang, die diese Erwärmung noch verstärken können. Zum Beispiel setzen die Eisschmelze in Grönland und das Auftauen des Permafrosts weitere Mengen von Methan und CO2 in die Atmosphäre frei. Eine Erhöhung der Sommertemperaturen und entsprechende Trockenheit führt zu mehr und grösseren Waldbränden, d.h. zur Freisetzung weiterer Mengen CO2. Durch die Erhöhung seiner Temperatur enthält das Wasser der Ozeane weniger CO2 und setzt es in die Atmosphäre frei. Diese Phänomene bleiben heute schwer zu quantifizieren, erhöhen aber die Gefahr, dass die Klimaerwärmung total ausser Kontrolle gerät, sobald eine bestimmte Schwelle der CO2-Konzentrationen überschritten wird.