„Treibhauseffekt“ – Versionsunterschied

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Version vom 21. Oktober 2021, 22:20 Uhr

Der Treibhauseffekt ist die Wirkung von Treibhausgasen in einer Atmosphäre auf die Temperatur der Planetenoberfläche wie die der Erde. Er bewirkt dort eine Temperaturerhöhung. Der Effekt entsteht dadurch, dass die Atmosphäre weitgehend transparent für die von der Sonne ankommende kurzwellige Strahlung ist, jedoch wenig transparent für die langwellige Infrarotstrahlung, die von der warmen Erdoberfläche und von der erwärmten Luft emittiert wird.

Die Analogie zwischen dem atmosphärischen Treibhauseffekt und einem Gewächshaus besteht in der Gemeinsamkeit, dass Licht nahezu ungehindert in das System eindringt, während die daraus entstehende Wärme das System weniger leicht verlassen kann. Je stärker der Wärmefluss nach draußen gedämmt wird, desto höher steigt im Inneren die Temperatur, bis ein Gleichgewicht zwischen umgewandelter Lichtenergie und Wärmeverlust erreicht wird. Im Glashaus kann die vom Boden aufsteigende Warmluft nicht nach draußen entweichen. Die Glaswände erwärmen sich jedoch mit steigender Lufttemperatur bis sie schließlich die Wärme an die Umgebung weiterleiten. Ein Planet kann dagegen im Vakuum des Weltalls die empfangene Heizleistung nur durch Abgabe von Wärmestrahlung kompensieren und so seine Temperatur begrenzen. Treibhausgase senden dabei einen Teil dieser Wärmestrahlung wieder zurück zur Oberfläche, welche dadurch weniger effektiv gekühlt und folglich wärmer wird. Diese zusätzliche Erwärmung wird durch den Begriff Treibhauseffekt beschrieben.

Geschichtliches

Entdeckung

→ Siehe auch: Forschungsgeschichte des Klimawandels

Der Treibhauseffekt wurde 1824 von dem französischen Mathematiker und Physiker Joseph Fourier entdeckt, verbunden mit der Annahme, dass die Erdatmosphäre isolierende Eigenschaften besitzt, die einen Teil der einfallenden Wärmestrahlung daran hindert, in den Weltraum reflektiert zu werden.^[1] Im Jahr 1856 untersuchte Eunice Foote die Treibhauswirkung verschiedener Gase. Foote durfte – als Frau – ihre Ergebnisse nicht selbst bei der "American Association for the Advancement of Science" vortragen^[2], es gelang ihr aber die Publikation ihrer Forschung im Wissenschaftsjournal „The American Journal of Science and Arts“^[3]. Foote schloss aus ihren Daten: „Wenn, wie manche annehmen, irgendwann in der Geschichte der Erde der Luft ein größerer Anteil davon [von Kohlendioxid] beigemischt war als heute, dann hätte sich daraus zwangsläufig eine erhöhte Temperatur ergeben müssen.“^[2] Im Jahr 1862 konnte der britische Naturforscher John Tyndall mittels präziser Messungen einige für den Treibhauseffekt verantwortlichen Gase wie Wasserdampf und Kohlenstoffdioxid identifizieren.

Dem schwedischen Physiker und Chemiker Svante Arrhenius (1859–1927) gelang es in einer 1896 veröffentlichten Publikation, den atmosphärischen Treibhauseffekt unter Berücksichtigung der Eis-Albedo-Rückkopplung erstmals quantitativ genauer zu beschreiben.^[4] Der erste Nachweis des Anstiegs der atmosphärischen Kohlenstoffdioxid-Konzentration und damit des anthropogenen Treibhauseffekts gelang 1958 Charles D. Keeling. Auf Keelings Initiative wurde eine Vielzahl von Messstationen für Kohlenstoffdioxid aufgebaut; die bekannteste befindet sich auf dem Mauna Loa auf Hawaii.^[5] Neben einem weltweiten Stationsnetz sind mehrere Erdbeobachtungssatelliten in Betrieb oder in Planung, deren Aufgabe unter anderem darin besteht, Daten zu Treibhausgas-Konzentrationen, Strahlungshaushalt oder Wolkenbildung beziehungsweise Aerosolverteilung zu sammeln.^[6]

Historischer Verlauf

Seit Beginn des Industriezeitalters wurden durch menschliche Aktivitäten zusätzliche Treibhausgas-Anteile in der Atmosphäre aus Verbrennungsprozessen und der Landwirtschaft freigesetzt: Kohlenstoffdioxid, Methan, Lachgas sowie die indirekt bewirkte Entstehung von troposphärischem Ozon. Dieser Anstieg wird anthropogener Treibhauseffekt genannt und ist der Grund für die seit Beginn des Industriezeitalters auftretende und im bisherigen 21. Jahrhundert weiter zunehmende globale Erwärmung. Mehrere Komponenten des Treibhauseffekts sind inzwischen messtechnisch belegt, wie zum Beispiel die Zunahme des Strahlungsantriebs aufgrund anthropogener Treibhausgas-Emissionen,^[7] ebenso wie die bereits 1908 publizierte Annahme, dass sich die Tropopause bei zunehmender CO₂-Konzentration nach oben verschiebt.^[8] Das gegenwärtige Kohlenstoffdioxid-Level ist das höchste seit mindestens 800.000 Jahren.^[9] Paläoklimatologischen Analysen zufolge traten auch während der letzten 14 Millionen Jahre (seit dem Klimaoptimum des Mittleren Miozäns) keine signifikant höheren CO₂-Werte auf.^[10]

Mögliche Entwicklungen

Die wichtigsten auf der Erde heute für den Treibhauseffekt verantwortlichen Treibhausgase sind Wasserdampf (Anteil 62 %), gefolgt von Kohlenstoffdioxid (Anteil 22 %). Durch die Erderwärmung erhöht sich zudem z. B. durch die Wasserdampf-Rückkopplung oder die Abnahme der CO₂-Speicherung im wärmeren Ozean die Konzentration dieser Treibhausgase weiter. Immer wieder wird diskutiert, ob durch diese positiven Rückkopplungen im Klimasystem prinzipiell ein galoppierender Treibhauseffekt in Gang gesetzt werden kann^[11], der in der Vergangenheit beispielsweise auch auf dem Planeten Venus stattgefunden haben muss. Selbst ohne eine vollständig destabilisierende Rückkopplung können als Folge der Erwärmung leicht ein oder mehrere Kipppunkte im Erdklimasystem überschritten werden, ab denen sich das Klima auf einen neuen Gleichgewichtszustand einpendelt, mit höherem Meeresspiegel und einer deutlichen Abnahme der Biodiversität.^[12] Eine derartige Entwicklung würde das Bild der Erde gravierend verändern, vor allem durch die damit gekoppelte Verlagerung der Klima- und Vegetationszonen und das weitgehende Abschmelzen des westantarktischen und des grönländischen Eisschilds.^[13]

Physikalische Wirkungsweise

Strahlungsbilanz

Grundlegend für das physikalische Verständnis der Temperatur der Erde ist deren Strahlungsbilanz. Von der Sonne strahlt Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung in Richtung Erde. Davon empfängt die Erde auf der kreisförmigen Querschnittsfläche pro Quadratmeter eine Leistung von 1367 Watt – etwa die einer Kochplatte. In Bezug auf die gesamte Kugeloberfläche mit Tag- und Nachtseite sind das im Mittel 341 W/m². Die Materie der Erde, auf die die Strahlung trifft, reflektiert rund 30 % davon direkt zurück. Der restliche absorbierte Teil erwärmt die Materie so weit, bis sie ihrerseits die gleiche Menge an Wärmeleistung abgibt. Global strahlt die Erde etwa die gleiche Leistung elektromagnetischer Energie zurück ins Weltall, die sie auch von der Sonne im Mittel empfängt.

Mittlere Gleichgewichtstemperatur

Die mittlere Gleichgewichtstemperatur der Erde kann man zunächst für einen Planeten ohne Atmosphäre berechnen, der die gleiche Albedo und sonstige identische Bedingungen wie die Erde hat. Unter dieser vereinfachten Annahme würde die Temperatur der Oberfläche im globalen, sowie tages- und jahreszeitlichen Mittel −18 °C betragen. Nur bei dieser mittleren Temperatur ergibt sich ein Gleichgewicht, bei dem im Mittel genauso viel Wärmestrahlung an das −270 °C kalte Weltall abgegeben wird, wie auch Strahlungsenergie der Sonne aufgenommen wird.

Ist eine Atmosphäre vorhanden, muss wegen der Universalität des Strahlungsgesetzes an ihrer Außenseite ebenfalls die gleiche effektive Temperatur von −18 °C herrschen, damit das Strahlungsgleichgewicht bestehen kann. Vom All aus würden Wärmebilder der Erde diese mittlere Temperatur von −18 °C auch bestätigen. Unterhalb der Atmosphäre auf der Erdoberfläche misst man jedoch eine deutlich höhere mittlere Temperatur von +14 °C.^[14] Die Differenz von 32 °C wird dem Treibhauseffekt zugeschrieben.

Vergleich mit anderen Planeten

Vergleiche mit anderen Planeten oder Rechnungen zu idealisierten Planetenmodellen verdeutlichen die Auswirkungen des Treibhauseffekts.

Ein Beispiel ganz ohne Atmosphäre findet man beim Mond. Er bekommt pro Fläche die gleiche Strahlungsleistung wie die Erde ab und hat eine mittlere Oberflächentemperatur von −55 °C. Dass der Mond noch kälter als die −18 °C kalte Außentemperatur der Erde ist, liegt nicht an seiner Größe, sondern allein an der Rotationsgeschwindigkeit. Er kann auf der Schattenseite einen halben Monat lang Wärme abstrahlen, während die Temperatur auf der Sonnenseite in Sättigung geht.^[15] Bei nur 24 Stunden pro Umdrehung hätte der Mond aufgrund seiner dunkleren Farbe eine mittlere Temperatur von etwa −3 °C.^[16]

Ein gewaltiger Unterschied findet sich bei unserem Nachbarplaneten Venus: Statt der berechneten −46 °C des Strahlungsgleichgewichts wurden tatsächlich im Mittel 464 °C unter der dichten und fast reinen CO₂-Atmosphäre auf der Planetenoberfläche gemessen.^[17] Die Ursache ist hier sehr deutlich: Der Treibhauseffekt.

Spektren emittierter Strahlung

Die häufigsten Wellenlängen der Photonen des Sonnenlichtes liegen um 500 nm. Das entspricht grünem Licht, wobei die Summe aller sichtbaren Sonnenstrahlen als weißes Licht empfunden wird. Aus diesem Strahlungsmaximum kann man auf die Oberflächentemperatur der Sonne rückschließen: etwa 5600 °C oder 5900 K. Ähnliches gilt für Wärmestrahlung, die bei irdischen Temperaturen in Form von elektromagnetischen Wellen von erwärmten Gegenständen abgestrahlt wird und deren häufigste Wellenlänge bei etwa 10.000 nm liegt (Infrarotstrahlung). Den entscheidenden Zusammenhang beschreibt das Wiensche Verschiebungsgesetz: Je geringer die Temperatur eines Strahlers, desto größer ist die Wellenlänge der von ihm emittierten Strahlung. Unterhalb des Maximums ist das Spektrum zu langen Wellen hin flach auslaufend, so dass auch Sonnenlicht zur Hälfte aus Infrarotstrahlung besteht.

Mechanismus des Treibhauseffekts

Sonnenlicht (weiße Pfeile) wird auf der Erdoberfläche in Wärmestrahlung umgewandelt. Diese wird zurückgestrahlt (orange Pfeile). Ein Teil davon wird von Molekülen der Treibhausgase aufgenommen (Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan) und in eine zufällige Richtung wieder emittiert, teilweise auch zurück zur Erde.

Im Spektralbereich des sichtbaren Sonnenlichts absorbiert die Lufthülle der Erde nur wenig Strahlung – man spricht von hoher Transparenz. Die Strahlung kann also fast ungehindert in das Treibhaus eindringen. Nur der Infrarotanteil kann Teile der Atmosphäre direkt erwärmen. Die Materie innerhalb des Treibhauses, also im Wesentlichen die Erdoberfläche, absorbiert einen Großteil der Photonen und erwärmt sich dadurch. Die Wärme wird von dort direkt oder durch die erwärmte Luft indirekt wieder nach oben elektromagnetisch abgestrahlt.

Nachdem die vom Erdboden zurück gestrahlte Energie zum größten Teil nur noch aus Infrarotstrahlung besteht, macht sich der Treibhauseffekt bemerkbar: Für die Infrarotstrahlung ist die Atmosphäre weniger durchlässig, wenn Treibhausgase vorhanden sind. Diese Moleküle haben die besondere Eigenschaft, aufgrund einer Asymmetrie der Ladungsverteilung sehr effizient im elektromagnetischen Wechselfeld der Wärmestrahlung in Rotation oder in Schwingung versetzt zu werden und dadurch Energie aufzunehmen. Solche Vibrationen oder Rotationen, bei denen negative und positive Ladungen gegeneinander schwingen bzw. umeinander rotieren, wirken dabei wie eine Antenne. Das Molekül kann damit die Energie auf die gleiche Weise wieder in eine zufällige Richtung als Infrarotstrahlung abstrahlen. Der Anteil, der entgegen dem Temperaturgradienten in Richtung Erde emittiert wird, reduziert die effektive Kühlleistung der Erdoberfläche, was eine höhere Gleichgewichtstemperatur zur Folge hat.

Treibhausgase

In der Erdatmosphäre bewirken Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ozon seit Bestehen der Erde einen Treibhauseffekt, der entscheidenden Einfluss auf die Klimageschichte der Vergangenheit und das heutige Klima hat. Die Treibhausgase sind durchgängig für den kurzwelligen Anteil der Sonnenstrahlung, langwellige Wärmestrahlung wird hingegen je nach Treibhausgas in unterschiedlichen Wellenlängen absorbiert und emittiert.

Moleküle eines Treibhausgases zeichnen sich physikalisch durch eine bestimmte Asymmetrie oder Polarisierbarkeit der Ladungsverteilung aus. Liegt der Schwerpunkt der positiven Ladungen von dem der negativen Ladungen etwas entfernt, dann hat das Molekül ein sogenanntes Dipolmoment. Ein äußeres elektrisches Feld kann dann an unterschiedlichen Stellen Kräfte in unterschiedliche Richtungen bewirken. Das versetzet ein solches Molekül entweder in Rotation oder es wird elastisch verformt und so zum Schwingen bzw. Vibrieren angeregt. Die Amplitude dieser Schwingung ist besonders stark, wenn die Eigenschwingung des Moleküls mit der äußeren Anregungsfrequenz des Wechselfeldes in Resonanz ist. Die aufgenommene Rotations- oder Vibrationsenergie kann das Molekül entweder über Stöße mit anderen Molekülen austauschen oder durch die Antennenwirkung des schwingenden Dipolmoments wieder elektromagnetisch abstrahlen. Die Abstrahlung erfolgt dabei in eine zufällige Richtung und zum Teil zurück zur Erde. Kleine symmetrische Moleküle wie O₂ und N₂ besitzen kein solches Dipolmoment und sind für die Wärmestrahlung nahezu vollständig transparent.

Der größte Teil des Treibhauseffekts wird mit einem Anteil von ca. 36–70 % (ohne Berücksichtigung der Effekte der Wolken) durch Wasserdampf in der Atmosphäre verursacht. Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre trägt ca. 9–26 % zum Treibhauseffekt bei, Methan ca. 4–9 % und troposphärisches Ozon ca. 3–7 %.^[20]^[21] Die Klimawirkung von Ozon unterscheidet sich stark zwischen stratosphärischem Ozon und troposphärischem Ozon. Stratosphärisches Ozon absorbiert den kurzwelligen UV-Anteil im einfallenden Sonnenlicht und hat so einen kühlenden Effekt (bezogen auf die Erdoberfläche). Troposphärisches Ozon entsteht aus den Produkten anthropogener Verbrennungsprozesse und hat, ähnlich wie andere Treibhausgase, aufgrund seiner IR-Absorption einen erwärmenden Effekt.

Ein exakter prozentualer Wirkungsanteil der einzelnen Treibhausgase auf den Treibhauseffekt kann nicht angegeben werden, da der Einfluss der einzelnen Gase je nach Breitengrad und Vermischung variiert (die jeweils höheren Prozentwerte geben den ungefähren Anteil des Gases selbst an, die niedrigeren Werte ergeben sich aus den Mischungen der Gase).^[20]

Bei der großen Masse der Erde spielt die Wärmespeicherung eine erhebliche Rolle, was daran zu erkennen ist, dass auf der Erde die wärmste Zeit im Sommer erst nach dem Sonnenhöchststand (der "Sonnenwende") eintritt. Der Sonnenhöchststand ist auf der Nordhalbkugel am 21. Juni, auf der Südhalbkugel am 21. Dezember. Wegen dieser großen Speicherwirkung wird bei den Energiebilanzen in der Atmosphäre immer mit dem Mittelwert über die ganze Erdoberfläche gerechnet.

Energiebilanz

Angetrieben werden die Wärmevorgänge an der Erdoberfläche und in der Atmosphäre von der Sonne. Die Stärke der Solarstrahlung in der Erdbahn wird als Solarkonstante bezeichnet und hat etwa einen Wert von 1367 W/m². Je nach Erdentfernung und Sonnenaktivität schwankt dieser zwischen 1325 W/m² und 1420 W/m²; in der Grafik rechts wurde mit einer Solarkonstanten von 1365,2 W/m² gerechnet.

Sogenannte Energiebilanzen werden mit einem Mittelwert der Einstrahlung auf die Erdoberfläche gerechnet: Die Erde erhält Solarstrahlung auf der Fläche des Erdquerschnitts $\pi R^{2}$ und hat eine Oberfläche von $4\pi R^{2}$ . Diese beiden Flächen haben ein Verhältnis von 1:4, d. h. gemittelt über die ganze Erdkugel erreicht eine Strahlung von 341,3 W/m² die Oberfläche. Durch Wolken, Luft und Boden (vor allem Eis und Schnee, siehe Albedo) wird ein Anteil von etwa 30 % der eingestrahlten Sonnenenergie wieder in den Weltraum reflektiert – das sind etwa 102 W/m². Die restlichen 70 % werden absorbiert (78 W/m² von der Atmosphäre, 161 W/m² vom Boden) – das sind zusammen 239 W/m². Würde der Erdboden nur von einer Strahlung in Höhe von 239 W/m² bestrahlt, so würde die Erdoberfläche im Mittel eine Temperatur von etwa −18 °C annehmen, wenn sich die Wärme gleichmäßig über die Erde verteilen würde.

Denn nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz gilt:

P=A\sigma T^{4}

,

mit $P=$  Leistung, $A=$  Fläche, $\sigma =$  Stefan-Boltzmann-Konstante. Die Erde hat eine Albedo von 0,3, d. h. 30 % der einfallenden Strahlung wird reflektiert. Die wirksame Strahlung $P_{\mathrm {W} }$ ist also $(1-0{,}3)\cdot P$ und die Gleichung für das Strahlungsgleichgewicht der Erde ohne Atmosphäre wird zu:

(1-0{,}3)\cdot P=A\sigma T^{4}

.

Umgestellt nach $T$ ergibt sich

T={\sqrt[{4}]{\frac {0{,}7\cdot P}{\sigma A}}}

und mit den Parametern des Planeten Erde:

{\sqrt[{4}]{\frac {0{,}7\cdot 342\,\mathrm {W} }{\sigma \cdot \mathrm {m} ^{2}}}}=254{,}9\,\mathrm {K} =-18^{\circ }\mathrm {C}

.

Aber es gibt eine weitere Bestrahlung durch die aufgeheizten Treibhausgase mit 333 W/m², die so genannte atmosphärische Gegenstrahlung. Damit absorbiert die Erdoberfläche insgesamt 161 W/m²+333 W/m²=494 W/m² – und die werden bei der tatsächlichen mittleren Erdoberflächentemperatur von +14 °C auf mehreren Wegen abgegeben. Ein Teil davon wird durch Strahlung abgegeben, das wird wieder durch das plancksche Strahlungsgesetz beschrieben.

Die von der Erdoberfläche abgestrahlte Energie hat eine andere Spektral-(Farb)verteilung als das einfallende Sonnenlicht, das eine Spektralverteilung entsprechend einer Farbtemperatur von etwa 6000 K hat und von den atmosphärischen Gasen kaum absorbiert wird. Die Spektralverteilung der von der Erdoberfläche abgestrahlten Energie wird durch die +14 °C der Erdoberfläche bestimmt, so dass nur etwa 40 W/m² direkt von der Erdoberfläche in den Weltraum gestrahlt werden. Die restlichen 199 W/m² werden teilweise durch Strahlung an die für diesen Wellenlängenanteil undurchsichtige Atmosphäre (verursacht durch die Treibhausgase) durch Emission abgegeben; durch Konvektion werden 17 W/m² in obere Luftschichten verbracht, wo diese Energie dann abgestrahlt wird; durch Evapotranspiration werden 80 W/m² abgegeben. Die Atmosphäre hat zwei Oberflächen: eine zum Weltraum hin und eine zur Erde hin. Die Abstrahlung aus der Atmosphäre ist auf jeder Seite gleich groß, wenn die Temperatur der Erde konstant ist. Eine Energie von 338 W/m² wird also auf jeder Seite der Atmosphäre zur Hälfte – also jeweils 169 W/m² abgestrahlt. Zum Vergleich: Ein schwarzer Körper mit einer Abstrahlung von 150 W/m² hat etwa eine Temperatur von −40 °C. Ist die Abstrahlung in eine Richtung größer als in der anderen, kommt es zur Erwärmung bzw. Abkühlung der Erde. Der Unterschied ist der Strahlungsantrieb. Mit dieser Größe kann einfach die aus der geänderten Bilanz resultierende, neue Gleichgewichtstemperatur der Erde errechnet werden.

Durch die Abstrahlung in den Weltraum von der Atmosphäre mit 169 W/m², die Abstrahlung der Wolken mit 30 W/m², den 40 W/m² von der Erdoberfläche und dem Albedo-Anteil von 102 W/m² ist das etwa gleich der mittleren Einstrahlung von 342 W/m², d. h., Einstrahlung ist etwa gleich Ausstrahlung. Das zeigt sich auch in der Tatsache, dass sich die Temperatur der Erde nur langsam ändert – woraus zwingend folgt, dass die Erde die absorbierte Sonnenenergie wieder abgibt – aber wegen der niedrigen Erdtemperatur wird die Energie hauptsächlich als langwellige Infrarotstrahlung emittiert (wiensches Verschiebungsgesetz).

Der Wärmestrom aus dem Erdmantel spielt praktisch keine Rolle. Er beträgt etwa 0,06 W/m².

Der Wärmestrom (Leistung) aus vom Menschen verfeuerten Brennstoffen ist noch geringer und liegt bei 0,026 Watt pro Quadratmeter. Er errechnet sich aus dem Weltenergieverbrauch (im Jahr 2004) in Höhe von 432 Exajoule und der Größe der Erdoberfläche von rund 510 Millionen km².^[22]

Zusammengefasst ergibt sich: Die Rückstrahlung aus der Atmosphäre zur Erde führt zur zusätzlichen Erwärmung der Erdoberfläche. Dies erklärt die durchschnittlich gemessene globale Temperatur von 14 °C statt der theoretisch berechneten Gleichgewichtstemperatur ohne Atmosphäre von −18 °C.

Atmosphäre	Restanteil Treibhaus- effekt
wie bisher	100 %
ohne H₂O, CO₂, O₃	050 %
ohne H₂O	064 %
ohne Wolken	086 %
ohne CO₂	088 %
ohne O₃	097 %
ohne alle Treibhausgase	000 %
Quelle: Ramanathan and Coakley (1978)^[23] s. a.^[24]

Wichtig ist auch die Höhenverteilung, von wo die Wärmestrahlung die Erdoberfläche erreicht. Für den Treibhauseffekt direkt bedeutsam ist nur der Anteil der Abstrahlung aus niedrigen Höhen, weil nur diese Abstrahlung den Erdboden erreicht, ohne vorher von den Treibhausgasen wieder absorbiert zu werden (siehe nächster Absatz). Dabei ist das „niedrig“ sehr wellenlängenabhängig, denn die Länge, nach der die Strahlung wieder absorbiert wird (Absorptionslänge) ist wellenlängen- und konzentrationsabhängig. Ist die Absorptionslänge größer als die Atmosphärendicke, so ist die Atmosphäre bei diesen Wellenlängen fast durchsichtig. Da die Stärke einer Strahlung von der Temperatur der Quelle abhängig ist, steigt die Strahlstärke, wenn die Absorptionslänge kürzer wird: wegen der Temperaturabnahme mit der Höhe steigt die mittlere Temperatur über der kürzeren Absorptionslänge. Damit kann die atmosphärische Gegenstrahlung in einem Wellenlängenbereich bei zunehmenden Treibhausgasmengen auch dann noch stärker werden, wenn die Atmosphäre in diesem Wellenlängenbereich bereits so gut wie undurchsichtig ist.

Der Temperaturverlauf bis zu einer Höhe von ca. 11 km ist dabei praktisch nur adiabatisch bedingt, die durch die Abstrahlung der Treibhausgase verlorengehende Energie wird durch Konvektion und Strahlungsabsorption ersetzt. Dabei kommt die absorbierte Strahlung von verschiedenen Quellen:

Solarstrahlung (sehr geringer Anteil)
Abstrahlung von der Erdoberfläche
Abstrahlung aus tieferliegenden Schichten
Abstrahlung aus höherliegenden Schichten

Der Anteil an dem Aussenden von langwelliger Wärmestrahlung durch Treibhausgase wie

Kohlenstoffdioxid (CO₂),
Methan (CH₄),
Lachgas (N₂O)

und anderen Gasen wird trockener Treibhauseffekt genannt. Die Einbeziehung von Wasserdampf führt zum feuchten Treibhauseffekt. Etwa 62 % des Treibhauseffekts werden durch Wasserdampf verursacht, etwa 22 % durch Kohlenstoffdioxid.

Bei der vollständigen Verbrennung von (anthropogenen) Kohlenwasserstoffen der Summenformel C_xH_y entstehen x Moleküle CO₂ und y/2 Moleküle H₂O, wobei beiderlei Moleküle zum globalen Treibhauseffekt beitragen.

Temperaturverlauf der Atmosphäre als Funktion der Druckhöhe (Erdoberfläche = 1,013 bar) – die Tropopause wird am besten mit einem Isentropenexponenten von 0,19 angenähert.

Interessant ist der Temperaturverlauf als Funktion der Druckhöhe (an der Erdoberfläche ist der höchste Druck 1,013 bar). Nach oben nimmt der Druck ab, weil die Gasmasse geringer wird. Gleichen Druckänderungen entsprechen gleiche Anzahl von Gasteilchen. In der Troposphäre wird der Temperaturverlauf am besten durch eine Adiabate mit dem Exponenten 0,19 beschrieben. Oberhalb der Troposphäre ist die Gasmasse gering und es liegt kein adiabatischer Verlauf mehr vor. Die Spitze der Realatmosphäre bei niedrigen Drücken wird durch die UV-Absorption des Sauerstoffs (Ozon-Bildung und -Zerfall) verursacht. Durch die Krümmung der Kurve in der Troposphäre ist auch die Existenz der Troposphäre erklärlich: Wäre die Kurve eine Gerade, so wäre im Mittel die von den Treibhausgasen absorbierte Energie gleich der emittierten Energie – wegen der Krümmung und ihrer Art ist aber die emittierte Energie größer als die absorbierte Energie, die Luft wird also gekühlt und sinkt nach unten. Dadurch wird eine Vertikalzirkulation in Gang gesetzt, die nach den Gasgesetzen mit konstantem Wärmeinhalt (der Strahlungsverlust ist klein zum Wärmeinhalt) zum adiabatischen Verlauf führt.

Die Bedeutung des globalen Treibhauseffektes kann man somit auch an den extrem unterschiedlichen Oberflächentemperaturen der Planeten Venus, Erde und Mars erkennen. Diese Temperaturunterschiede hängen nicht nur von der Entfernung zur Sonne ab, sondern vor allem von den (aufgrund verschiedener Ursachen) unterschiedlichen Atmosphären.

Anthropogener Treibhauseffekt

Funktionsweise des Treibhauseffekts. Erklärvideo von Terra X

Als anthropogener Treibhauseffekt wird die Verstärkung des natürlichen Treibhauseffekts durch menschliche Aktivitäten bezeichnet. Dieser resultiert vor allem aus der Freisetzung verschiedener Treibhausgase wie Kohlenstoffdioxid (CO₂), Methan (CH₄), Lachgas (N₂O) und troposphärischem Ozon (O₃). Seine Folge ist die Globale Erwärmung, d. h. ein Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur der Erde im Vergleich zu vorindustriellen Zeiten. Er ist besonders stark mit ca. 0,2 Grad Celsius pro Dekade in den letzten 50 Jahren zu beobachten gewesen. Dieser Effekt ist nicht nur theoretisch verstanden, sondern kann z. B. mit Satelliten gemessen werden, die die Energieeinstrahlung auf die Erde und die Energieabstrahlung der Erde aufzeichnen.^[25]^[7] Dabei zeigen Satellitendaten, dass die Wärmeabstrahlung von der Erde in das Weltall mit steigender Konzentration von Treibhausgasen zurückgeht, so wie es bei einer erhöhten Treibhausgas-Konzentration erwartet wird. Der Rückgang findet dabei im Wellenlängenbereich von Treibhausgasen wie Kohlenstoffdioxid, Methan und Ozon statt, deren atmosphärischer Anteil durch anthropogene Emissionen zunimmt.^[26]

Geschwindigkeit

Im Gegensatz zu den auf geologischen Zeitskalen stattfindenden natürlichen Klimaveränderungen läuft der anthropogene Klimawandel in extrem kurzer Zeit ab. Neueren Studien zufolge vollzieht sich die gegenwärtig zu beobachtende Freisetzung von Kohlendioxid rascher als in allen bekannten Erwärmungsphasen der letzten 66 Millionen Jahre.^[29] Das gleiche gilt für die gegenwärtig beobachtete Rate der Temperaturveränderung.^[30] Die globale Erwärmung von der letzten Eiszeit zur heutigen Warmzeit war eine Erwärmung um etwa ein Grad pro 1000 Jahre.^[31] Die Erhöhung der Treibhausgaskonzentration seit der Industrialisierung führte zu einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um ca. 1,1 Grad (Referenzzeitraum 1850–1900).^[32]^:A.1.2 Die bei einem „business as usual“-Szenario (repräsentativer Konzentrationspfad RCP 8.5) wahrscheinlichste zukünftige Temperaturerhöhung von ca. 5 °C bis 2100 würde sogar mit einer Geschwindigkeit von 5 °C/100 Jahre ablaufen.^[30] Das RCP 8.5-Szenarium^[33] rechnet dabei mit einer unveränderten Klimapolitik und einer konstant bleibenden wirtschaftlichen Attraktivität für die Förderung der immer knapper werdenden fossilen Energieträger.

Mechanismus

Netto-Wärmeabstrahlung von der Erde ins All erfolgt nur zu einem kleineren Teil aus bodennahen Atmosphärenschichten, denn in unteren Luftschichten wird Infrarotstrahlung meist von darüber liegenden Luftschichten wieder absorbiert. Sie erfolgt auch nicht in einem eng umgrenzten Gebiet, sondern in einem Bereich, der von bodennahen Gebieten bis in eine Höhe von ca. 15 km reicht und im Mittel aus einer Höhe von 5,5 km.^[34] Die Strahlungsgleichgewichtstemperatur der Erdoberfläche läge ohne Atmosphäre bei −18 °C. Aus Gründen der Thermodynamik sinkt die Temperatur in der Atmosphäre um 6,5 K/km, wenn man sich nach oben bewegt. Eine Vergrößerung der Treibhausgaskonzentration bewirkt, dass die Schicht, in der die −18 °C Strahlungsgleichgewichtstemperatur herrscht, nach oben wandert. Pro Kilometer Anstieg der Schicht, in der Strahlungsgleichgewicht herrscht, erhöht sich die Temperatur an der Erdoberfläche ebenfalls um 6,5 °C.^[35] Bereits 1901 postulierte Nils Ekholm den Anstieg der Tropopause: „Strahlung von der Erde ins All geht nicht direkt vom Boden dorthin, sondern von einer Schicht, die sich in beträchtlicher Höhe über dem Boden befindet. Diese Schicht liegt umso höher, je stärker die Kraft ist, mit der Luft die vom Boden emittierte Strahlung absorbieren kann. Mit steigender Höhe sinkt jedoch die Temperatur dieser Schicht. Da kältere Luft weniger Wärme abstrahlen kann, erwärmt sich der Boden umso mehr, je höher sich diese abstrahlende Schicht befindet.“^[36]^[37] Der britische Meteorologe Ernest Gold publizierte im Jahr 1908, dass zu erwarten sei, dass die Tropopause mit wachsender CO₂-Konzentration durch den dadurch verstärkten Treibhauseffekt höher steigt.^[38] Dies konnte Anfang des 21. Jahrhunderts messtechnisch bestätigt werden.^[8] Entgegen mancher Darstellung in den Medien lässt sich der Treibhauseffekt nicht sättigen,^[36]^[37] weil die Wärmestrahlung beliebig oft absorbiert und re-emittiert werden kann; jede zusätzliche Absorption erhöht den Wärmedurchgangswiderstand. Wie bereits beschrieben, erfolgt die Abstrahlung zu großen Teilen nicht bodennah, sondern in mehreren tausend Metern Höhe. Dort ist es erheblich kälter als in Bodennähe. Der Wasserdampfgehalt von Luft ist stark temperaturabhängig, so dass kalte Luft erheblich weniger von diesem Treibhausgas enthalten kann als warme Luft. Eine Erhöhung der Konzentration von Kohlenstoffdioxid wirkt sich stärker aus, als es Messungen auf Meereshöhe vermuten lassen, denn dort, wo die Energieabstrahlung der Erde ins All hauptsächlich stattfindet, befindet sich kaum Wasserdampf. Die Wirkung des Treibhauseffektes durch Änderung der Konzentration von Kohlenstoffdioxid würde daher selbst dann zunehmen, wenn auf Meereshöhe keinerlei Absorptionsänderung messbar wäre.^[36]^[39]

Die Beziehung zwischen der CO₂-Konzentration und dem instantanen Strahlungsantrieb ist etwa bis 3000 ppm logarithmisch.^[40] Die Klimasensitivität im Gleichgewichtszustand, d. h. die sich ergebene globale Temperaturänderung bei Verdoppelung der Konzentration des atmosphärischen CO₂-Gehalts, beträgt gemäß Weltklimarat 3 °C, mit einem Konfindenzintervall von 2,5 °C bis 4 °C.^[32]^:A.4.4 In dem für die aktuelle Klimaentwicklung relevanten Bereich von 280 ppm bis 560 ppm, d. h. dem vorindustriellen Gehalt bis zur Verdopplung, verläuft die logarithmische Kurve nur leicht gekrümmt.^[41]

Kritik und Missverständnisse

Ursache

Der anthropogene Treibhauseffekt und die globale Klimaerwärmung können von Einzelpersonen kaum wahrgenommen und überprüft werden und erscheinen daher abstrakt. Schon die gängige Definition des Klimas als der Mittelwert des Wetters über 20 bis 30 Jahre^[42] macht ersichtlich, dass dessen Veränderung nur weltweit vernetzten Wissenschaftlern durch lange Messreihen und Klimamodelle zugänglich sein kann. Das verführt jedoch manche Menschen zur Skepsis oder gar zur Leugnung weltweit anerkannter Forschungsergebnisse (siehe auch Klimawandelleugnung bzw. Wissenschaftlicher Konsens zum Klimawandel). Zum Teil werden dabei Zweifel am Treibhauseffekt geäußert, was aber meist auf Missverständnisse bezüglich der physikalischen Vorgänge zurück geht.

Verdünnung der Treibhausgase

Manche Laien schließen aus der sehr niedrigen Konzentration des CO₂ in der Atmosphäre irrtümlich auf eine schwache Wirkung.^[43] Dabei ist allein die Gesamtmenge der in der Atmosphäre vorhandenen CO₂-Moleküle für die Rückstreuung entscheidend, während neutrale Gase von der Strahlung nahezu ungehindert wie Vakuum durchdrungen werden. Ohne die anderen Gase entspräche das reine CO₂ der Atmosphäre unter Normaldruck einer mehr als 3 Meter dicken Schicht. Vor Beginn der Industrialisierung entsprach sie noch etwa 2 Meter.^[44] An diesem Hindernis muss die Wärmestrahlung vorbei. Die Verdünnung mit neutralen Gasen spielt dabei keine Rolle für den Wirkungsquerschnitt. In einigen Wellenlängenbereichen, die in Zukunft noch breiter werden, lässt das vorhandene CO₂ bereits gar keine Wärmestrahlung mehr durch.

Zweiter Hauptsatz

Einige Skeptiker des Treibhauseffekts argumentieren, dass Treibhausgase, die in Richtung der Erdoberfläche Wärme abstrahlen (169 W/m²), Energie von einem kühleren Körper (etwa −40 °C) zu einem wärmeren Körper (Erdoberfläche etwa +14 °C) leiten würden, was angeblich dem II. Hauptsatz der Thermodynamik widerspräche.^[45]^[46] Tatsächlich fließt aber auch beim Treibhauseffekt insgesamt mehr Energie von der erwärmten Erdoberfläche zum kühleren Treibhausgas. Der thermische Strahlungsaustausch mittels Infrarot-Photonen erfolgt jedoch grundsätzlich in beide Richtungen. Das wird aus der physikalischen Deutung der Temperatur ersichtlich, die in einem System beschreibt, welche Energie seine Freiheitsgrade im Mittel aufnehmen. Diese sind beim Molekül die Vibrations- und Rotationsanregungen sowie die Geschwindigkeitskomponenten. Die Energie ist jedoch selbst bei einer ausgeglichenen Temperatur mikroskopisch gesehen nicht gleichverteilt, sondern überlagert sich ständig zu zufälligen Fluktuationen gemäß der Boltzmann-Statistik. Wendet man den Temperaturbegriff auf einzelne Moleküle an, so findet man eine ganz bestimmte Menge Moleküle, die selbst im kalten Treibhausgas wärmer gegenüber der Erdoberfläche sind und ihre Energie dorthin abstrahlen können. Im ständigen Wechselspiel der thermischen Fluktuationen geben auch kältere Moleküle Energie an wärmere Materie weiter. Dabei kommt entgegen dem Temperaturgradienten ein Energiestrom von 169 W/m² von der Atmosphäre zur Erdoberfläche zustande. Der II. Hauptsatz der Thermodynamik verlangt dabei lediglich, dass der umgekehrte Fall überwiegen muss, so dass insgesamt mehr Energie von der warmen Erdoberfläche zu den kälteren Treibhausgasen transportiert wird. Gegenüber dem vollen Temperaturgefälle zum −270 °C kalten Weltall ist durch die Gegenstrahlung der Treibhausgase die effektive Kühlleistung deutlich reduziert, so dass sich im Gleichgewicht eine erhöhte Temperatur im Treibhaus Erde einstellt.^[47]^[48]

Geringe globale Erwärmung

Die in der Öffentlichkeit diskutierte globale Klimaerwärmung von 1,5 °C oder 2 °C wirkt scheinbar harmlos gegenüber Wetterschwankungen. Hier muss jedoch beachtet werden, dass die mittlere globale Erwärmung nicht gleichmäßig verteilt ist, sondern in den Ozeanen geringer ausfällt und auf Landmassen umso stärker konzentriert wird, in Europa etwa um den Faktor 2^[49]. Zusätzlich konzentriert sich die mittlere Erwärmung auch zeitlich und trifft insbesondere kalte Nächte, die bei einer globalen Temperaturerhöhung von 1,5 °C in nördlichen Breiten bereits um 6 °C bis 10 °C wärmer werden.^[50] In hohen Breitengraden kann das Auftauen von Gletschereis und Permafrost zu unumkehrbaren Veränderungen und Kettenreaktionen führen. Außerdem führen die geringer werdenden Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Klimazonen zu einer abgeschwächten Antriebskraft der globalen Luftströmungen. Dadurch können Hoch- und Tiefdruckgebiete in Zukunft häufiger und länger an einem Ort verharren, was mehr extreme Wettersituationen und damit verbundene Naturkatastrophen verursacht (siehe auch Folgen der globalen Erwärmung).

Treibhauseffekt im Glashaus

Prinzip der Erwärmung

Die Erwärmung eines Gewächshauses bzw. Treibhauses aus Glas basiert auf einem ähnlichen Prinzip wie dem des atmosphärischen Treibhauseffekts. Sonnenstrahlung kann in das System eindringen und Materie im Inneren erwärmen. Die umgesetzte Wärme verteilt sich im System durch Konvektion der erwärmten Luft und durch Infrarotstrahlung. In beiden Systemen bleibt jedoch die aufsteigende Warmluft im Inneren gefangen. Im einen Fall stellt das Glasdach eine Barriere gegen die Konvektion dar und im anderen Fall das Gravitationsfeld der Erde, welches aufsteigende Luftmassen davon abhält, die aufgenommene Wärme aus dem System ins Weltall zu tragen.

Wärmeverlust und Regulierung

Ein Unterschied zeigt sich beim Wärmeverlust, der für die Regulierung und Begrenzung der Temperatur entscheidend ist. Im Glashaus sorgen Wärmestrahlung und Wärmekonvektion nach einer gewissen Zeit auch für eine Erwärmung der Glaswände. Diese geben schließlich Wärme an die Umgebung weiter. Die Wärmeleitung durch Glas oder eine Folie ist jedoch so gering, dass sich ein Temperaturgefälle nach außen aufbauen kann. Die innere Temperatur und das Gefälle wachsen schließlich so weit an, bis sich ein Gleichgewicht einstellt, bei dem genauso viel Wärme durch die Wand diffundiert, wie im Inneren durch das Sonnenlicht erzeugt wird. Ganz anders sieht es beim atmosphärischen Treibhauseffekt aus. Durch das Vakuum des Weltalls ist die Atmosphäre gegen Diffusion vollständig isoliert wie bei einer Thermoskanne. Die Temperatur reguliert sich dort ausschließlich über den Wärmeverlust durch abgegebene Wärmestrahlung. Treibhausgase behindern diese Abstrahlung und sorgen so für ein höheres Temperaturgleichgewicht. Im Glashaus wird der Wärmeverlust durch Wärmestrahlung weitgehend unterbunden, da normales Fensterglas im mittleren und fernen Infrarotbereich größtenteils undurchlässig ist.

Anwendungen

Neben der Nutzung des Effekts in Unterglaskulturen und Treibhäusern wird über die passive Sonnennutzung auch in der Architektur Heizenergie eingespart. Durch eine Südausrichtung großer Glasfronten und Wintergärten wird die Baumasse des Gebäudes durch die Sonneneinstrahlung erwärmt. Insbesondere bei gut gedämmten Niedrigenergie- und Passivhäusern ist mittags sogar eine Verschattung der Glasflächen nötig, damit die Gebäude nicht überhitzen. Auch in einem in der Sonne geparkten Auto tritt diese Wirkung auf.

Umgekehrter Treibhauseffekt

Es gibt auch einen umgekehrten Treibhauseffekt, der zur passiven Kühlung genutzt werden kann. Zur Demonstration haben Forscher ein geschlossenes System mit einem speziell beschaffenen Fenster hergestellt.^[51] Dieses ist vor direkter Sonnenstrahlung geschützt und undurchlässig für den Großteil des Spektrums, während es in einem speziellen Infrarot-Wellenlängenbereich (8–13 μm) für Strahlung transparent ist. Dieser Bereich ist auf eine Lücke im Absorptionsspektrum der Atmosphäre abgestimmt, wodurch Materie im Inneren ihre Wärme direkt ins Weltall abstrahlen kann. Die Forscher erreichten damit eine Temperatur, die im Tagesdurchschnitt 37 °C unter der Temperatur der Umgebungsluft lag, allein durch passive Kühlung aufgrund der Wärmeabstrahlung. Voraussetzung für den Effekt ist ein weitgehend wolkenloser Himmel und keine zu hohe Luftfeuchte.

Literatur

Christian-Dietrich Schönwiese: Klimatologie. 4., überarbeitete und aktualisierte Auflage. UTB, Stuttgart 2013, ISBN 978-3-8252-3900-8.
W. Roedel: Physik unserer Umwelt: Die Atmosphäre. 3. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 2000, ISBN 3-540-67180-3, 1.3 Terrestrische Strahlung, S. 38–41.
J. Hansen, D. Johnson, A. Lacis, S. Lebedeff, P. Lee, D. Rind, G. Russell: Climate Impact of Increasing Atmospheric Carbon Dioxide. In: Science. Band 213, Nr. 4511, 28. August 1981, S. 957, doi:10.1126/science.213.4511.957 (washington.edu [PDF]).

Weblinks

Commons: Treibhauseffekt – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Treibhauseffekt – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Website des IPCC und dessen Publikationen und Daten u. a. der Vierte Sachstandsbericht (IPCC Fourth Assessment Report: Climate Change 2007 (AR4)) (englisch)
Wie funktioniert der Treibhauseffekt? in Rubrik "Kommunikation" des Max-Planck-Instituts für Meteorologie
Modellversuch zur Demonstration des Treibhauseffekts
Bad Meteorology: The Greenhouse Effect, räumt mit populären Vorstellungen des „Treibhauses“ auf (englisch)
Stellungnahme der Deutschen Meteorologischen Gesellschaft zu den Grundlagen des Treibhauseffektes; PDF-Datei; 1999 (43 kB) (Übersicht der DMG-Stellungnahmen)
Webseite klimafakten.de liefert Basiswissen und kontert falsche Behauptungen über den anthropogenen Treibhauseffekt

Vorträge (Youtube, englisch)

University of Queensland (UQx), Denial101x Making Sense of Climate Science Denial: Vortrag 3.3.1.1: The greenhouse effect
University of Queensland (UQx), Denial101x Making Sense of Climate Science Denial: Vortrag 3.3.2.1: Increasing greenhouse effect
David Archer: Lecture 5: The greenhouse effect

Einzelnachweise

↑ J. B. J. Fourier: Remarques Générales Sur Les Températures, in: Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires. In: Burgess (Hrsg.): Annales de Chimie et de Physique. Band 27, 1824, S. 136–167.
↑ ^a ^b Otto Wöhrbach: Eine Frauenrechtlerin fand heraus, dass CO2 die Erde aufheizt. In: Der Tagesspiegel. Verlag Der Tagesspiegel GmbH, 17. Juli 2019, abgerufen am 17. Januar 2020 (deutsch).
↑ Eunice Foote: Circumstances affecting the heat of the Sun’s rays. In: American Journal of Science and Arts, 2ndSeries, v. XXII/no. LXVI, November 1856, p. 382–383. 1. November 1856, abgerufen am 17. Januar 2020 (englisch).
↑ Svante Arrhenius: On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground. In: Philosophical Magazine and Journal of Science. 41. Jahrgang, Nr. 251, April 1896, S. 237–276 (englisch, doi.org).
↑ Tagesaktuelle und historische CO₂-Werte (Mauna-Loa-Observatorium, Hawaii).
↑ Cristen Adams, Céline Boisvenue, Adam Bourassa, Ryan Cooney, Doug Degenstein, Guillaume Drolet, Louis Garand, Ralph Girard, Markey Johnson, Dylan B.A. Jones, Felicia Kolonjari, Bruce Kuwahara, Randall V. Martin, Charles E. Miller, Norman O’Neill, Aku Riihelä, Sébastien Roche, Stanley P. Sander, William R. Simpson, Gurpreet Singh, Kimberly Strong, Alexander P. Trishchenko, Helena van Mierlo, Zahra Vaziri Zanjani, Kaley A. Walker. Debra Wunch: The Atmospheric Imaging Mission for Northern Regions: AIM-North. In: Canadian Journal of Remote Sensing. 45. Jahrgang, Nr. 3–4, September 2019, S. 423–442 (englisch).
↑ ^a ^b D. R. Feldman, W. D. Collins, P. J. Gero, M. S. Torn, E. J. Mlawer, T. R. Shippert: Observational determination of surface radiative forcing by CO2 from 2000 to 2010. In: Nature. 519. Jahrgang, Februar 2015, S. 339–343, doi:10.1038/nature14240 (englisch, noaa.gov [PDF]).
↑ ^a ^b B. D. Santer, M. F. Wehner, T. M. L. Wigley, R. Sausen, G. A. Meehl, K. E. Taylor, C. Ammann, J. Arblaster, W. M. Washington, J. S. Boyle, W. Brüggemann: Contributions of Anthropogenic and Natural Forcing to Recent Tropopause Height Changes. In: Science. 301. Jahrgang, Nr. 5632, Juli 2003, S. 479–483, doi:10.1126/science.1084123 (englisch, harvard.edu [PDF]).
↑ Animation von CIRES/NOAAː Darstellung der Kohlenstoffdioxid-Konzentration in der Atmosphäre anhand verschiedener Zeitskalen.
↑ Yi Ge Zhang, Mark Pagani, Zhonghui Liu, Steven M. Bohaty, Robert DeConto: A 40-million-year history of atmospheric CO₂. In: The Royal Society (Philosophical Transactions A). 371. Jahrgang, Nr. 2001, September 2013, doi:10.1098/rsta.2013.0096 (englisch, yale.edu [PDF]).
↑ Leconte, J., Forget, F., Charnay, B. et al.: Increased insolation threshold for runaway greenhouse processes on Earth-like planets. In: Nature. Band 504, 268–271, 2013, doi:10.1038/nature12827. In dieser Veröffentlichung wird argumentiert, dass die Schwelle für einen solchen Effekt auf der Erde nicht erreicht wird.
↑ David L. Kidder, Thomas R. Worsley: A human-induced hothouse climate? In: GSA Today (The Geological Society of America). 22. Jahrgang, Nr. 2, Februar 2012, S. 4–11, doi:10.1130/G131A.1 (englisch, semanticscholar.org [PDF]).
↑ Peter U. Clark, Jeremy D. Shakun, Shaun A. Marcott, Alan C. Mix, Michael Eby, Scott Kulp, Anders Levermann, Glenn A. Milne, Patrik L. Pfister, Benjamin D. Santer, Daniel P. Schrag, Susan Solomon, Thomas F. Stocker, Benjamin H. Strauss, Andrew J. Weaver, Ricarda Winkelmann, David Archer, Edouard Bard, Aaron Goldner, Kurt Lambeck, Raymond T. Pierrehumbert, Gian-Kasper Plattner: Consequences of twenty-first-century policy for multi-millennial climate and sea-level change. In: Nature Climate Change. 6. Jahrgang, April 2016, S. 360–369, doi:10.1038/nclimate2923 (englisch, pik-potsdam.de [PDF]).
↑ P. D. Jones, M. New, D. E. Parker, S. Martin, I. G. Rigor: Surface air temperature and its changes over the past 150 years. In: Reviews of Geophysics. Band 37, Nr. 2, 1999, S. 173–199, doi:10.1029/1999RG900002 (Online, PDF).
↑ Eine schnelle Rotation kann die eingestrahlte Leistung für beide Seiten höchstens effektiv halbieren, während eine lange einseitige Bestrahlung mit der vollen Leistung wegen des Strahlungsgesetzes der vierten Potenz der Temperatur nur eine geringfügig höhere Temperatur benötigt, um diese wieder abzustrahlen, was einen kleineren Durchschnitt mit der Nachtseite ergibt. Nähere Erläuterung siehe z. B. The Faster a Planet Rotates, the Warmer its Average Temperature, Roy W. Spencer, 28. September 2016
↑ Mit der Formel T_Planet = ((1367 W/m² / 4)·(1-α_Planet) / (5.67·10⁻⁸ W/m²·K⁴))^¼ ergibt sich T_Mond = 269.86 K = −3.3 °C mit der Albedo α_Mond = 0.12, im Vergleich zu T_Erde = 254.86 K = −18.3 °C mit α_Erde = 0.3.
↑ NASA, Venus Fact Sheet. In: nssdc.gsfc.nasa.gov. 23. Dezember 2016; abgerufen im 1. Januar 1.
↑ Kevin E. Trenberth, John T. Fasullo, Jeffrey Kiehl: Earth's Global Energy Budget. In: Bulletin of the American Meteorological Society. Band 90, Nr. 3, 2009, S. 311–324, doi:10.1175/2008BAMS2634.1. , Fig. 1, S. 314.
↑ Martin Wild, Doris Folini, Christoph Schär, Norman Loeb, Ellsworth G. Dutton, Gert König-Langlo: The global energy balance from a surface perspective. In: Climate Dynamics. 40, 2013, S. 3107, doi:10.1007/s00382-012-1569-8, Fig. 1, S. 3108, PDF.
↑ ^a ^b J. T. Kiehl, Kevin E. Trenberth: Earth's Annual Global Mean Energy Budget. In: Bulletin of the American Meteorological Society. Band 78, Nr. 2, Februar 1997, ISSN 1520-0477, S. 197–208, doi:10.1175/1520-0477(1997)078<0197:EAGMEB>2.0.CO;2, bibcode:1997BAMS...78..197K.
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↑ Ricarda Winkelmann, Anders Levermann, Andy Ridgwell, Ken Caldeira: Combustion of available fossil fuel resources sufficient to eliminate the Antarctic Ice Sheet. In: Science Advances. Band 1, Nr. 8, 18. September 2015, ISSN 2375-2548, S. e1500589, doi:10.1126/sciadv.1500589 (science.org [abgerufen am 21. Oktober 2021]).
↑ Richard E. Zeebe, Andy Ridgwell, James C. Zachos: Anthropogenic carbon release rate unprecedented during the past 66 million years. In: Nature Geoscience. Band 9, Nr. 4, April 2016, S. 325–329, doi:10.1038/ngeo2681 (englisch, nature.com).
↑ ^a ^b Noah S. Diffenbaugh, Christopher B. Field: Changes in Ecologically Critical Terrestrial Climate Conditions. In: Science. Band 341, Nr. 6145, August 2013, S. 486–492, doi:10.1126/science.1237123 (englisch, sciencemag.org).
↑ J. Legett: Dangerous Fiction, Review of Michael Crichton's State of Fear. In: New Scientist. 2489, 5. März 2005, S. 50.
↑ ^a ^b IPCC: Summary for Policymakers. In: V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, B. Zhou (Hrsg.): Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 6. Auflage. Cambridge University Press, Cambridge (UK) 2021, S. SPM-5 (ipcc.ch [PDF; 5,9 MB; abgerufen am 26. September 2021]): „Global surface temperature was 1.09 [0.95 to 1.20] °C higher in 2011– 2020 than 1850–1900, with larger increases over land (1.59 [1.34 to 1.83] °C) than over the ocean (0.88 [0.68 to 1.01] °C).“
↑ Keywan Riahi, Shilpa Rao, Volker Krey, Cheolhung Cho, Vadim Chirkov: RCP 8.5—A scenario of comparatively high greenhouse gas emissions. In: Climatic Change. Band 109, Nr. 1-2, November 2011, ISSN 0165-0009, S. 33–57, doi:10.1007/s10584-011-0149-y (springer.com [abgerufen am 21. Oktober 2021]).
↑ R. Tuckermann: Skript Atmosphärenchemie. (PDF; 1,8 MB). Folie 32.
↑ The Copenhagen Diagnosis (PDF; 3,5 MB), S. 10.
↑ ^a ^b ^c Spencer Weart: The Discovery of Global Warming: Simple Models of Climate. Center of History am American Institute of Physics - online
↑ ^a ^b Nils Ekholm: On the Variations of the Climate of the Geological and Historical Past and Their Causes. In: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. Band 27, Nr. 117, 1901, S. 1–62, doi:10.1002/qj.49702711702 (online). online (Memento vom 29. April 2012 im Internet Archive)
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↑ Yi HUANG, Maziar BANI SHAHABADI: Why logarithmic? A note on the dependence of radiative forcing on gas concentration. In: Journal of Geophysical Research: Atmospheres. Band 119, Nr. 24. American Geophysical Union, 28. November 2014, ISSN 2169-8996, S. 13 683 – 89, doi:10.1002/2014JD022466 (wiley.com [PDF; 621 kB]).
↑ David Piepgrass: How could global warming accelerate if CO2 is 'logarithmic'? In: Skeptical Science. John Cook, 28. März 2018, abgerufen am 26. September 2021.
↑ IPCC-Bericht 2019, Kapitel 3 Seite 184: .2.1 How are Changes in Climate and Weather at 1.5°C versus Higher Levels of Warming Assessed? Zitat: D. [...] This definition requires an agreement on the exact reference time period (for 0°C of warming) and the time frame over which the global warming is assessed, typically 20 to 30 years in length.
↑ So eine große Wirkung hat so wenig CO2, von Mathias Tertilt, 26. Oktober 2018, bei www.quarks.de.
↑ CO₂-Schichtdicke = Luftdruck / Fallbeschleunigung * CO₂-Massenanteil / CO₂-Massendichte = 1 bar / 9,8 m/s² * 0,06 % / 1,98 kg/m³ = 3,09 m. Vor der Industrialisierung: 0,04% CO₂.
↑ Siehe z. B. Mojib Latif, Bringen wir das Klima aus dem Takt? Hintergründe und Prognosen. Fischer-Taschenbuch-Verlag, Frankfurt 2007, ISBN 978-3-596-17276-4., Siehe Kapitel Die öffentliche Diskussion.
↑ G. Thomas Farmer, John Cook: Climate Change Science. A modern Synthesis. Volume 1 – The Physical Climate. Dordrecht 2013, S. 21.
↑ Weitere Erklärung siehe auch Kann eine Bettdecke den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verletzen? von Stefan Rahmstorf, 20. Sep 2016, bei scilogs.spektrum.de.
↑ Zu Grundlagen der Physik siehe z. B. eines der Standardlehrbücher für das Physikstudium: D. Meschede, Gerthsen Physik, 23. Überarbeitete Auflage, 2006, ISBN 3-540-25421-8, Springer-Verlag, besonders die Kapitel 11.2 Strahlungsgesetze und 5.5.5 Der 2. Hauptsatz der Wärmelehre.
↑ IPCC-Bericht 2019, Kapitel 3, Seite 192, Abbildung 3.5, Inset 12 (Europe)
↑ IPCC-Bericht 2019, Kapitel 3, Seiten 282 bis 283, FAQ 3.1 | What are the Impacts of 1.5°C and 2°C of Warming?
↑ Zhen Chen, Linxiao Zhu, Aaswath Raman, Shanhui Fan: Radiative cooling to deep sub-freezing temperatures through a 24-h day–night cycle. In: Nature Communications. Band 7, Nr. 1, 13. Dezember 2016, ISSN 2041-1723, S. 13729, doi:10.1038/ncomms13729 (nature.com [abgerufen am 6. Dezember 2020]).

[1] J. B. J. Fourier: Remarques Générales Sur Les Températures, in: Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires. In: Burgess (Hrsg.): Annales de Chimie et de Physique. Band 27, 1824, S. 136–167.

[:0-2] Otto Wöhrbach: Eine Frauenrechtlerin fand heraus, dass CO2 die Erde aufheizt. In: Der Tagesspiegel. Verlag Der Tagesspiegel GmbH, 17. Juli 2019, abgerufen am 17. Januar 2020 (deutsch).

[3] Eunice Foote: Circumstances affecting the heat of the Sun’s rays. In: American Journal of Science and Arts, 2ndSeries, v. XXII/no. LXVI, November 1856, p. 382–383. 1. November 1856, abgerufen am 17. Januar 2020 (englisch).

[carbacid-4] Svante Arrhenius: On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground. In: Philosophical Magazine and Journal of Science. 41. Jahrgang, Nr. 251, April 1896, S. 237–276 (englisch, doi.org).

[5] Tagesaktuelle und historische CO₂-Werte (Mauna-Loa-Observatorium, Hawaii).

[10.1080/07038992.2019.1643707-6] Cristen Adams, Céline Boisvenue, Adam Bourassa, Ryan Cooney, Doug Degenstein, Guillaume Drolet, Louis Garand, Ralph Girard, Markey Johnson, Dylan B.A. Jones, Felicia Kolonjari, Bruce Kuwahara, Randall V. Martin, Charles E. Miller, Norman O’Neill, Aku Riihelä, Sébastien Roche, Stanley P. Sander, William R. Simpson, Gurpreet Singh, Kimberly Strong, Alexander P. Trishchenko, Helena van Mierlo, Zahra Vaziri Zanjani, Kaley A. Walker. Debra Wunch: The Atmospheric Imaging Mission for Northern Regions: AIM-North. In: Canadian Journal of Remote Sensing. 45. Jahrgang, Nr. 3–4, September 2019, S. 423–442 (englisch).

[10.1038/nature14240-7] D. R. Feldman, W. D. Collins, P. J. Gero, M. S. Torn, E. J. Mlawer, T. R. Shippert: Observational determination of surface radiative forcing by CO2 from 2000 to 2010. In: Nature. 519. Jahrgang, Februar 2015, S. 339–343, doi:10.1038/nature14240 (englisch, noaa.gov [PDF]).

[10.1126/science.1084123-8] B. D. Santer, M. F. Wehner, T. M. L. Wigley, R. Sausen, G. A. Meehl, K. E. Taylor, C. Ammann, J. Arblaster, W. M. Washington, J. S. Boyle, W. Brüggemann: Contributions of Anthropogenic and Natural Forcing to Recent Tropopause Height Changes. In: Science. 301. Jahrgang, Nr. 5632, Juli 2003, S. 479–483, doi:10.1126/science.1084123 (englisch, harvard.edu [PDF]).

[9] Animation von CIRES/NOAAː Darstellung der Kohlenstoffdioxid-Konzentration in der Atmosphäre anhand verschiedener Zeitskalen.

[10.1098/rsta.2013.0096-10] Yi Ge Zhang, Mark Pagani, Zhonghui Liu, Steven M. Bohaty, Robert DeConto: A 40-million-year history of atmospheric CO₂. In: The Royal Society (Philosophical Transactions A). 371. Jahrgang, Nr. 2001, September 2013, doi:10.1098/rsta.2013.0096 (englisch, yale.edu [PDF]).

[11] Leconte, J., Forget, F., Charnay, B. et al.: Increased insolation threshold for runaway greenhouse processes on Earth-like planets. In: Nature. Band 504, 268–271, 2013, doi:10.1038/nature12827. In dieser Veröffentlichung wird argumentiert, dass die Schwelle für einen solchen Effekt auf der Erde nicht erreicht wird.

[10.1130/G131A.1-12] David L. Kidder, Thomas R. Worsley: A human-induced hothouse climate? In: GSA Today (The Geological Society of America). 22. Jahrgang, Nr. 2, Februar 2012, S. 4–11, doi:10.1130/G131A.1 (englisch, semanticscholar.org [PDF]).

[Peter_U._Clark-13] Peter U. Clark, Jeremy D. Shakun, Shaun A. Marcott, Alan C. Mix, Michael Eby, Scott Kulp, Anders Levermann, Glenn A. Milne, Patrik L. Pfister, Benjamin D. Santer, Daniel P. Schrag, Susan Solomon, Thomas F. Stocker, Benjamin H. Strauss, Andrew J. Weaver, Ricarda Winkelmann, David Archer, Edouard Bard, Aaron Goldner, Kurt Lambeck, Raymond T. Pierrehumbert, Gian-Kasper Plattner: Consequences of twenty-first-century policy for multi-millennial climate and sea-level change. In: Nature Climate Change. 6. Jahrgang, April 2016, S. 360–369, doi:10.1038/nclimate2923 (englisch, pik-potsdam.de [PDF]).

[14] P. D. Jones, M. New, D. E. Parker, S. Martin, I. G. Rigor: Surface air temperature and its changes over the past 150 years. In: Reviews of Geophysics. Band 37, Nr. 2, 1999, S. 173–199, doi:10.1029/1999RG900002 (Online, PDF).

[15] Eine schnelle Rotation kann die eingestrahlte Leistung für beide Seiten höchstens effektiv halbieren, während eine lange einseitige Bestrahlung mit der vollen Leistung wegen des Strahlungsgesetzes der vierten Potenz der Temperatur nur eine geringfügig höhere Temperatur benötigt, um diese wieder abzustrahlen, was einen kleineren Durchschnitt mit der Nachtseite ergibt. Nähere Erläuterung siehe z. B. The Faster a Planet Rotates, the Warmer its Average Temperature, Roy W. Spencer, 28. September 2016

[16] Mit der Formel T_Planet = ((1367 W/m² / 4)·(1-α_Planet) / (5.67·10⁻⁸ W/m²·K⁴))^¼ ergibt sich T_Mond = 269.86 K = −3.3 °C mit der Albedo α_Mond = 0.12, im Vergleich zu T_Erde = 254.86 K = −18.3 °C mit α_Erde = 0.3.

[17] NASA, Venus Fact Sheet. In: nssdc.gsfc.nasa.gov. 23. Dezember 2016; abgerufen im 1. Januar 1.

[18] Kevin E. Trenberth, John T. Fasullo, Jeffrey Kiehl: Earth's Global Energy Budget. In: Bulletin of the American Meteorological Society. Band 90, Nr. 3, 2009, S. 311–324, doi:10.1175/2008BAMS2634.1. , Fig. 1, S. 314.

[DOI10.1007/s00382-012-1569-8-19] Martin Wild, Doris Folini, Christoph Schär, Norman Loeb, Ellsworth G. Dutton, Gert König-Langlo: The global energy balance from a surface perspective. In: Climate Dynamics. 40, 2013, S. 3107, doi:10.1007/s00382-012-1569-8, Fig. 1, S. 3108, PDF.

[Kiehl-20] J. T. Kiehl, Kevin E. Trenberth: Earth's Annual Global Mean Energy Budget. In: Bulletin of the American Meteorological Society. Band 78, Nr. 2, Februar 1997, ISSN 1520-0477, S. 197–208, doi:10.1175/1520-0477(1997)078<0197:EAGMEB>2.0.CO;2, bibcode:1997BAMS...78..197K.

[realclimate.org-21] Water vapour: feedback or forcing? RealClimate, 6. April 2005, abgerufen am 1. Mai 2006.

[Nakicenovic_1998-22] N. Nakicenovic, A. Grübler, A. McDonald: Global Energy Perspectives. Cambridge University Press, New York 1998.

[23] Veerabhadran Ramanathan, J. A. Coakley: Relative contributions of H₂0, CO₂ and 0₃ to the greenhouse effect. In: Rev. Geophys and Space Phys. Band 16, 1978, S. 465.

[24] RealClimate.org

[25] Der Klimawandel ist keine Glaubenssache. Universität Hamburg. Abgerufen am 28. September 2019.

[26] John E. Harries et al.: Increases in greenhouse forcing inferred from the outgoing longwave radiation spectra of the Earth in 1970 and 1997. In: Nature. Band 410, 2001, S. 355–357, doi:10.1038/35066553.

[27] Gavin L. Foster, Dana L. Royer, Daniel J. Lunt: Future climate forcing potentially without precedent in the last 420 million years. In: Nature Communications. Band 8, Nr. 1, 4. April 2017, ISSN 2041-1723, S. 14845, doi:10.1038/ncomms14845 (nature.com). Siehe Abbildung 4.

[28] Ricarda Winkelmann, Anders Levermann, Andy Ridgwell, Ken Caldeira: Combustion of available fossil fuel resources sufficient to eliminate the Antarctic Ice Sheet. In: Science Advances. Band 1, Nr. 8, 18. September 2015, ISSN 2375-2548, S. e1500589, doi:10.1126/sciadv.1500589 (science.org [abgerufen am 21. Oktober 2021]).

[10.1038/ngeo2681-29] Richard E. Zeebe, Andy Ridgwell, James C. Zachos: Anthropogenic carbon release rate unprecedented during the past 66 million years. In: Nature Geoscience. Band 9, Nr. 4, April 2016, S. 325–329, doi:10.1038/ngeo2681 (englisch, nature.com).

[diffenbaugh_science_2013-30] Noah S. Diffenbaugh, Christopher B. Field: Changes in Ecologically Critical Terrestrial Climate Conditions. In: Science. Band 341, Nr. 6145, August 2013, S. 486–492, doi:10.1126/science.1237123 (englisch, sciencemag.org).

[31] J. Legett: Dangerous Fiction, Review of Michael Crichton's State of Fear. In: New Scientist. 2489, 5. März 2005, S. 50.

[IPCC_AR6_WGI_SPM-32] IPCC: Summary for Policymakers. In: V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, B. Zhou (Hrsg.): Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 6. Auflage. Cambridge University Press, Cambridge (UK) 2021, S. SPM-5 (ipcc.ch [PDF; 5,9 MB; abgerufen am 26. September 2021]): „Global surface temperature was 1.09 [0.95 to 1.20] °C higher in 2011– 2020 than 1850–1900, with larger increases over land (1.59 [1.34 to 1.83] °C) than over the ocean (0.88 [0.68 to 1.01] °C).“

[33] Keywan Riahi, Shilpa Rao, Volker Krey, Cheolhung Cho, Vadim Chirkov: RCP 8.5—A scenario of comparatively high greenhouse gas emissions. In: Climatic Change. Band 109, Nr. 1-2, November 2011, ISSN 0165-0009, S. 33–57, doi:10.1007/s10584-011-0149-y (springer.com [abgerufen am 21. Oktober 2021]).

[34] R. Tuckermann: Skript Atmosphärenchemie. (PDF; 1,8 MB). Folie 32.

[35] The Copenhagen Diagnosis (PDF; 3,5 MB), S. 10.

[simple-36] Spencer Weart: The Discovery of Global Warming: Simple Models of Climate. Center of History am American Institute of Physics - online

[Ekholm-37] Nils Ekholm: On the Variations of the Climate of the Geological and Historical Past and Their Causes. In: Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society. Band 27, Nr. 117, 1901, S. 1–62, doi:10.1002/qj.49702711702 (online). online (Memento vom 29. April 2012 im Internet Archive)

[38] E. Gold: The Isothermal Layer of the Atmosphere and Atmospheric Radiation. In: Proceedings of The Royal Society of London. Volume 82, issue 551, 16. Februar 1909, S. 43–70.

[39] Lewis D. Kaplan: On the Pressure Dependence of Radiative Heat Transfer in the Atmosphere. In: Journal of Meteorology. Band 9, Nr. 1, Februar 1952, S. 1–12, doi:10.1175/1520-0469(1952)009<0001:OTPDOR>2.0.CO;2.

[40] Yi HUANG, Maziar BANI SHAHABADI: Why logarithmic? A note on the dependence of radiative forcing on gas concentration. In: Journal of Geophysical Research: Atmospheres. Band 119, Nr. 24. American Geophysical Union, 28. November 2014, ISSN 2169-8996, S. 13 683 – 89, doi:10.1002/2014JD022466 (wiley.com [PDF; 621 kB]).

[41] David Piepgrass: How could global warming accelerate if CO2 is 'logarithmic'? In: Skeptical Science. John Cook, 28. März 2018, abgerufen am 26. September 2021.

[42] IPCC-Bericht 2019, Kapitel 3 Seite 184: .2.1 How are Changes in Climate and Weather at 1.5°C versus Higher Levels of Warming Assessed? Zitat: D. [...] This definition requires an agreement on the exact reference time period (for 0°C of warming) and the time frame over which the global warming is assessed, typically 20 to 30 years in length.

[43] So eine große Wirkung hat so wenig CO2, von Mathias Tertilt, 26. Oktober 2018, bei www.quarks.de.

[44] CO₂-Schichtdicke = Luftdruck / Fallbeschleunigung * CO₂-Massenanteil / CO₂-Massendichte = 1 bar / 9,8 m/s² * 0,06 % / 1,98 kg/m³ = 3,09 m. Vor der Industrialisierung: 0,04% CO₂.

[45] Siehe z. B. Mojib Latif, Bringen wir das Klima aus dem Takt? Hintergründe und Prognosen. Fischer-Taschenbuch-Verlag, Frankfurt 2007, ISBN 978-3-596-17276-4., Siehe Kapitel Die öffentliche Diskussion.

[46] G. Thomas Farmer, John Cook: Climate Change Science. A modern Synthesis. Volume 1 – The Physical Climate. Dordrecht 2013, S. 21.

[47] Weitere Erklärung siehe auch Kann eine Bettdecke den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verletzen? von Stefan Rahmstorf, 20. Sep 2016, bei scilogs.spektrum.de.

[48] Zu Grundlagen der Physik siehe z. B. eines der Standardlehrbücher für das Physikstudium: D. Meschede, Gerthsen Physik, 23. Überarbeitete Auflage, 2006, ISBN 3-540-25421-8, Springer-Verlag, besonders die Kapitel 11.2 Strahlungsgesetze und 5.5.5 Der 2. Hauptsatz der Wärmelehre.

[49] IPCC-Bericht 2019, Kapitel 3, Seite 192, Abbildung 3.5, Inset 12 (Europe)

[50] IPCC-Bericht 2019, Kapitel 3, Seiten 282 bis 283, FAQ 3.1 | What are the Impacts of 1.5°C and 2°C of Warming?

[51] Zhen Chen, Linxiao Zhu, Aaswath Raman, Shanhui Fan: Radiative cooling to deep sub-freezing temperatures through a 24-h day–night cycle. In: Nature Communications. Band 7, Nr. 1, 13. Dezember 2016, ISSN 2041-1723, S. 13729, doi:10.1038/ncomms13729 (nature.com [abgerufen am 6. Dezember 2020]).

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 [[Datei:Klimafaktor CO₂ (ZDF, Terra X) 720p HD 50FPS.webm|mini|thumbtime=41|Funktionsweise des Treibhauseffekts. Erklärvideo von [[Terra X]]]]
 Als anthropogener Treibhauseffekt wird die Verstärkung des natürlichen Treibhauseffekts durch menschliche Aktivitäten bezeichnet. Dieser resultiert vor allem aus der Freisetzung verschiedener Treibhausgase wie Kohlenstoffdioxid (CO<sub>2</sub>), Methan (CH<sub>4</sub>), Lachgas (N<sub>2</sub>O) und troposphärischem Ozon (O<sub>3</sub>). Seine Folge ist die [[Globale Erwärmung]], d.&nbsp;h. ein Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur der Erde im Vergleich zu vorindustriellen Zeiten. Er ist besonders stark mit ca. 0,2 Grad Celsius pro Dekade in den letzten 50 Jahren zu beobachten gewesen. Dieser Effekt ist nicht nur theoretisch verstanden, sondern kann z.&nbsp;B. mit [[Satellit (Raumfahrt)|Satelliten]] gemessen werden, die die Energieeinstrahlung auf die Erde und die Energieabstrahlung der Erde aufzeichnen.<ref>[https://www.uni-hamburg.de/newsroom/im-fokus/2019/09-27-klimaleugner.html ''Der Klimawandel ist keine Glaubenssache'']. Universität Hamburg. Abgerufen am 28. September 2019.</ref><ref name="10.1038/nature14240" /> Dabei zeigen Satellitendaten, dass die Wärmeabstrahlung von der Erde in das Weltall mit steigender Konzentration von Treibhausgasen zurückgeht, so wie es bei einer erhöhten Treibhausgas-Konzentration erwartet wird. Der Rückgang findet dabei im Wellenlängenbereich von Treibhausgasen wie Kohlenstoffdioxid, Methan und Ozon statt, deren atmosphärischer Anteil durch anthropogene Emissionen zunimmt.<ref>{{Literatur | Autor=John E. Harries et al. | Titel=Increases in greenhouse forcing inferred from the outgoing longwave radiation spectra of the Earth in 1970 and 1997 | Sammelwerk=[[Nature]] | Band=410 | Nummer= | Datum=2001 | Seiten=355–357 | DOI=10.1038/35066553}} </ref>
-[[Datei:CO2-Variationen schematisch.svg|mini|hochkant=1.5|CO<sub>2</sub>-Konzentration der Atmosphäre: Dargestellt sind die letz&shy;ten 100 Mio. Jahre sowie eine Bandbreite möglicher Entwicklungen der nächsten 300 Jahre, basierend auf verschiedenen Szenarien des menschlichen Einflusses bis hin zu extremen Modell-Annahmen.<ref>{{Literatur |Autor=Gavin L. Foster, Dana L. Royer, Daniel J. Lunt |Titel=Future climate forcing potentially without precedent in the last 420 million years |Sammelwerk=Nature Communications |Band=8 |Nummer=1 |Datum=2017-04-04 |ISSN=2041-1723 |DOI=10.1038/ncomms14845 |Seiten=14845 |Online=https://www.nature.com/articles/ncomms14845}} Siehe [https://www.nature.com/articles/ncomms14845/figures/4 Abbildung 4].</ref>]]
+[[Datei:CO2-Variationen schematisch.svg|mini|hochkant=1.5|CO<sub>2</sub>-Konzentration der Atmosphäre: Dargestellt sind die letz&shy;ten 100 Mio. Jahre sowie eine Bandbreite simulierter Entwicklungen der nächsten 300 Jahre,<ref>{{Literatur |Autor=Gavin L. Foster, Dana L. Royer, Daniel J. Lunt |Titel=Future climate forcing potentially without precedent in the last 420 million years |Sammelwerk=Nature Communications |Band=8 |Nummer=1 |Datum=2017-04-04 |ISSN=2041-1723 |DOI=10.1038/ncomms14845 |Seiten=14845 |Online=https://www.nature.com/articles/ncomms14845}} Siehe [https://www.nature.com/articles/ncomms14845/figures/4 Abbildung 4].</ref> basierend auf verschiedenen Szenarien des menschlichen Einflusses bis hin zu einem theoretisch denkbaren oberen Maximum.<ref>{{Literatur |Autor=Ricarda Winkelmann, Anders Levermann, Andy Ridgwell, Ken Caldeira |Titel=Combustion of available fossil fuel resources sufficient to eliminate the Antarctic Ice Sheet |Sammelwerk=Science Advances |Band=1 |Nummer=8 |Datum=2015-09-18 |ISSN=2375-2548 |DOI=10.1126/sciadv.1500589 |Seiten=e1500589 |Online=https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.1500589 |Abruf=2021-10-21}}</ref>]]
 [[Datei:Temperature Reconstructions 0-2006 AD.png|mini|hochkant=1.5|Temperaturrekonstruktionen sowie instrumentell gemessene Temperaturen für die letzten 2000 Jahre.]]
 === Geschwindigkeit ===
 Im Gegensatz zu den auf geologischen Zeitskalen stattfindenden natürlichen [[Klimaveränderung]]en läuft der anthropogene Klimawandel in extrem kurzer Zeit ab. Neueren Studien zufolge vollzieht sich die gegenwärtig zu beobachtende Freisetzung von Kohlendioxid rascher als in allen bekannten Erwärmungsphasen der letzten 66 Millionen Jahre.<ref name="10.1038/ngeo2681">{{Literatur |Autor=Richard E. Zeebe, Andy Ridgwell, [[James Zachos|James C. Zachos]] |Titel=Anthropogenic carbon release rate unprecedented during the past 66 million years |Sammelwerk=Nature Geoscience |Band=9 |Nummer=4 |Datum=2016-04 |Seiten=325–329 |Sprache=en |Online=http://www.nature.com/ngeo/journal/v9/n4/full/ngeo2681.html |DOI=10.1038/ngeo2681}}</ref> Das gleiche gilt für die gegenwärtig beobachtete Rate der Temperaturveränderung.<ref name="diffenbaugh_science_2013" /> Die globale Erwärmung von der letzten Eiszeit zur heutigen Warmzeit war eine Erwärmung um etwa ein Grad pro 1000 Jahre.<ref>J. Legett: ''Dangerous Fiction, Review of [[Michael Crichton]]'s State of Fear.'' In: ''New Scientist.'' 2489, 5. März 2005, S. 50.</ref> Die Erhöhung der Treibhausgaskonzentration seit der Industrialisierung führte zu einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um ca. 1,1&nbsp;Grad (Referenzzeitraum 1850–1900).<ref name="IPCC AR6 WGI SPM">{{Literatur |Autor=IPCC |Hrsg=V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, B. Zhou |Titel=Summary for Policymakers |Sammelwerk=Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change |Auflage=6 |Verlag=Cambridge University Press |Ort=Cambridge (UK) |Datum=2021 |ISBN= |Online=https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_SPM.pdf |KBytes=5860 |Abruf=2021-09-26 |Seiten=SPM-5 |Zitat=Global surface temperature was 1.09 [0.95 to 1.20] °C higher in 2011–
-than 1850–1900, with larger increases over land (1.59 [1.34 to 1.83] °C) than over the ocean (0.88 [0.68 to 1.01] °C).}}</ref>{{rp|A.1.2}} Die bei einem „business as usual“-Szenario ([[repräsentativer Konzentrationspfad]] RCP 8.5) wahrscheinlichste zukünftige Temperaturerhöhung von ca. 5&nbsp;°C bis 2100 würde sogar mit einer Geschwindigkeit von 5&nbsp;°C/100 Jahre ablaufen.<ref name="diffenbaugh_science_2013">{{Literatur |Autor=Noah S. Diffenbaugh, Christopher B. Field |Titel=Changes in Ecologically Critical Terrestrial Climate Conditions |Sammelwerk=[[Science]] |Band=341 |Nummer=6145 |Datum=2013-08 |Seiten=486-492 |Sprache=en |Online=https://science.sciencemag.org/content/341/6145/486 |DOI=10.1126/science.1237123}}</ref>
+than 1850–1900, with larger increases over land (1.59 [1.34 to 1.83] °C) than over the ocean (0.88 [0.68 to 1.01] °C).}}</ref>{{rp|A.1.2}} Die bei einem „business as usual“-Szenario ([[repräsentativer Konzentrationspfad]] RCP 8.5) wahrscheinlichste zukünftige Temperaturerhöhung von ca. 5&nbsp;°C bis 2100 würde sogar mit einer Geschwindigkeit von 5&nbsp;°C/100 Jahre ablaufen.<ref name="diffenbaugh_science_2013">{{Literatur |Autor=Noah S. Diffenbaugh, Christopher B. Field |Titel=Changes in Ecologically Critical Terrestrial Climate Conditions |Sammelwerk=[[Science]] |Band=341 |Nummer=6145 |Datum=2013-08 |Seiten=486-492 |Sprache=en |Online=https://science.sciencemag.org/content/341/6145/486 |DOI=10.1126/science.1237123}}</ref> Das RCP 8.5-Szenarium<ref>{{Literatur |Autor=Keywan Riahi, Shilpa Rao, Volker Krey, Cheolhung Cho, Vadim Chirkov |Titel=RCP 8.5—A scenario of comparatively high greenhouse gas emissions |Sammelwerk=Climatic Change |Band=109 |Nummer=1-2 |Datum=2011-11 |ISSN=0165-0009 |DOI=10.1007/s10584-011-0149-y |Seiten=33–57 |Online=http://link.springer.com/10.1007/s10584-011-0149-y |Abruf=2021-10-21}}</ref> rechnet dabei mit einer unveränderten Klimapolitik und einer konstant bleibenden wirtschaftlichen Attraktivität für die Förderung der immer knapper werdenden fossilen Energieträger.
 === Mechanismus ===

„Treibhauseffekt“ – Versionsunterschied

Version vom 21. Oktober 2021, 22:20 Uhr

Inhaltsverzeichnis

Geschichtliches

Entdeckung

Historischer Verlauf

Mögliche Entwicklungen

Physikalische Wirkungsweise

Strahlungsbilanz

Mittlere Gleichgewichtstemperatur

Vergleich mit anderen Planeten

Spektren emittierter Strahlung

Mechanismus des Treibhauseffekts

Treibhausgase

Energiebilanz

Anthropogener Treibhauseffekt

Geschwindigkeit

Mechanismus

Kritik und Missverständnisse

Ursache

Verdünnung der Treibhausgase

Zweiter Hauptsatz

Geringe globale Erwärmung

Treibhauseffekt im Glashaus

Prinzip der Erwärmung

Wärmeverlust und Regulierung

Anwendungen

Umgekehrter Treibhauseffekt

Literatur

Weblinks

Einzelnachweise

Navigationsmenü

„Treibhauseffekt“ – Versionsunterschied

Version vom 21. Oktober 2021, 22:20 Uhr

Geschichtliches

Entdeckung

Historischer Verlauf

Mögliche Entwicklungen

Physikalische Wirkungsweise

Strahlungsbilanz

Mittlere Gleichgewichtstemperatur

Vergleich mit anderen Planeten

Spektren emittierter Strahlung

Mechanismus des Treibhauseffekts

Treibhausgase

Energiebilanz

Anthropogener Treibhauseffekt

Geschwindigkeit

Mechanismus

Kritik und Missverständnisse

Ursache

Verdünnung der Treibhausgase

Zweiter Hauptsatz

Geringe globale Erwärmung

Treibhauseffekt im Glashaus

Prinzip der Erwärmung

Wärmeverlust und Regulierung

Anwendungen

Umgekehrter Treibhauseffekt

Literatur

Weblinks

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