Anhand der Temperatur-Mittelwerte des 20. Jahrhunderts lässt sich schnell ein Trend erkennen, welcher Hauptbestandteil der klimabezogenen Diskussionen der letzten Jahre ist: die bodennahe Temperatur steigt.
Die Durchschnittstemperatur hat in den letzten 100 Jahren um rund 0,6° C zugenommen und es werden regelmäßig neue Temperaturrekorde aufgestellt. Die Erhöhung der Durchschnittstemperaturen geht einher mit der Schädigung der Ozonschicht im letzten Jahrhundert. [...] Es ist klar erkennbar, dass die Konzentration im Laufe der Jahre abgenommen hat, was zu Konsequenzen für Mensch und Umwelt führt.
Die Gründe und Ursachen davon werden im Folgenden erläutert. Dabei wird zuerst auf die Quellen, Eigenschaften und Senken der langlebigen Treibhausgase eingegangen und anschließend deren genaue Wirkung auf die Biosphäre und die Ozonschicht erläutert. Abschließend werden verschiedene politische, wirtschaftliche und technische Lösungsstrategien präsentiert, die den Klimawandel aufhalten und eventuell sogar stoppen sollen.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung .
2. Treibhausgase
Kohlenstoffdioxid
Methan
Distickstoffoxid (N2O)
Fluorkohlenwasserstoffe
Fluorchlorkohlenwasserstoffe
Schwefelhexafluorid (SF6)
3. Auswirkungen der Treibhausgase
Treibhauseffekt
Schadigung der stratospharischen Ozonschicht
4. Technische und wirtschaftliche Losungsstrategien
Erneuerbare Energien
Speichertechnologie
Emsissionshandel
Geo-Engineering
6. Fazit
Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
1. Einleitung
Anhand der Temperatur-Mittelwerte des 20. Jahrhunderts lasst sich schnell ein Trend erkennen, welcher Hauptbestandteil der klimabezogenen Diskussionen der letzten Jahre ist: die bodennahe Temperatur steigt (vgl. Abbildung 1).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1 Durchschnittliche bodennahe Temperaturen1
Die Durchschnittstemperatur hat in den letzten 100 Jahren um rund 0,6° C zugenommen und es werden regelmaBig neue Temperaturrekorde aufgestellt. Die Erhohung der Durchschnittstemperaturen geht einher mit der Schadigung der Ozonschicht im letzten Jahrhundert. In Abbildung 2 ist die Veranderung der stratospharischen Ozonkonzentration uber Europa von 1960 bis 1995 zu sehen. Es ist klar erkennbar, dass die Konzentration im Laufe der Jahre abgenommen hat, was zu Konsequenzen fur Mensch und Umwelt fuhrt.2
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2 Veranderung der durchschnittlichen Ozonkonzentration uber Europa
Die Grunde und Ursachen davon werden im Folgenden erlautert. Dabei wird zuerst auf die Quellen, Eigenschaften und Senken der langlebigen Treibhausgase eingegangen und anschlieBend deren genaue Wirkung auf die Biosphare und die Ozonschicht erlautert. AbschlieBend werden verschiedene politische, wirtschaftliche und technische Losungsstrategien prasentiert, die den Klimawandel aufhalten und eventuell sogar stoppen sollen.
2. Treibhausgase
Die erste volkerrechtliche verbindliche Ubereinkunft der Staatengemeinschaft zur Senkung der Treibhausgasemissionen ist das Kyoto-Protokoll von 1997. In diesem ist festgeschrieben um wie viel Prozent jeder Staat seine Emissionen senken muss. Festgeschrieben ist die Senkung der Emissionen von Kohlenstoffdioxid, Methan, Distickstoffoxid, verschiedenen Arten von Fluorkohlenwasserstoffe, Fluorchlor- kohlenwasserstoffe und Schwefelhexafluorid. Der Einfluss von Treibhausgasen auf das Klima wird uber das Treibhauspotential, den Strahlungsantrieb und das Ozonabbaupotential beschrieben.3
Das Treibhauspotential, auch „Global Warming Potential“ genannt, gibt an, wie schadlich das Gas in einem vorgegebenen Zeithorizont verglichen zu derselben Menge an Kohlenstoffdioxid ist. Als Zeithorizont wird meistens 100 Jahre gewahlt.4
Der Strahlungsantrieb beschreibt die Veranderung der Energiebilanz der Erde durch die verschiedenen Klimafaktoren, damit ist er ein guter Index, um die Bedeutung der verschiedenen Klimafaktoren untereinander zu gewichten. Ist der Strahlungsantrieb positiv, fuhrt dies zu einer Erwarmung, ein negativer Strahlungsantrieb resultiert in einer Abkuhlung. Der Strahlungsantrieb wird in Watt pro Kubikmeter angegeben. Er wird auf den Unterschied zwischen dem vorindustriellem und dem gegenwartigen Zustand bestimmt und ist auf die Strahlung an der Obergrenze der Atmosphare bezogen. In Abbildung 3 sind die Strahlungsantriebe verschiedener Klimafaktoren gegenuber gestellt. Der Nettoeffekt seit 1750 liegt bei +1,6 W/m3.5 6
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3 Strahlungsantriebe der verschiedenen Klimafaktoren
Das Ozonabbaupotential beschreibt wie ozonschadigend eine Substanz ist. Dabei wird der ozonabbauende Effekt in Verhaltnis zu Trichlorfluormethan gesetzt und berechnet sich mit folgender Formel:7
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Dabei steht A[Os] ^ fur den Einfluss der Substanz x auf die Ozonschicht und A[O3]r 11 fur den Einfluss derselben Menge von Trichlorfluormethan. Die Ozonabbaupotentiale von Halogen-Verbindungen werden durch ihre Radikale beschrieben, welche durch Photolyse entstehen. Die groBten Ozonabbaupotentiale haben bromhaltige Halone und Halogen-Verbindungen mit Chlor.8
Im Folgenden werden die wichtigsten Treibhausgase kurz vorgestellt.
Kohlenstoffdioxid
Kohlenstoffdioxid ist ein farbloses, geruchsloses Gas, das aus einer Verbindung von zwei Kohlenstoffatomen und einem Sauerstoffatom, besteht. Es gehort zur Gruppe der Kohlenstoffoxide und ist das wichtigste Treibhausgas fur den anthropogenen Klimawandel und verfugt uber einen Strahlungsantrieb von 1,66 W/m2.9
Die Konzentration von CO2 in der Atmosphare war in der Erdgeschichte erheblichen Schwankungen unterworfen, blieb allerdings in den letzten 10.000 Jahren relativ konstant bei 280 ppm (parts per million). Seit der Industrialisierung steigt die Konzentration pro Jahr um durchschnittlich 1,5 bis 2 ppm an und liegt derzeit bei etwa 381 ppm.10 Man unterscheidet zwischen anthropogener und naturlicher Kohlenstoffdioxidfreisetzung. Die wichtigsten anthropogenen Quellen sind vor allem die Verbrennung von fossilen Energietragern wie Erdol, Erdgas oder Kohle fur die Energieerzeugung und Mobilitat. Aber auch die Abholzung von Waldern generiert einen Anstieg der Kohlenstoffkonzentration, da Pflanzen in der Lage sind durch die Photosynthese anorganisches Kohlenstoffdioxid in organische Glucose umzuwandeln und der Atmosphare so Kohlenstoffdioxid entziehen konnen. Die wichtigste naturliche Quelle ist die Zellatmung, bei der jedes Lebewesen zur Energiegewinnung Glucose in Kohlenstoffdioxid umwandelt.11 Die groBten Senken fur Kohlenstoffdioxid sind neben den Waldern die Ozeane. Diese konnen enorme Mengen an Kohlenstoffdioxid losen. Die Losungsgeschwindigkeit wird hauptsachlich uber die Druckdifferenz der Partialdrucke von Atmosphare und Ozean bestimmt. Im Wasser wird das Kohlenstoffdioxid in Hydrogenkarbonat umgewandelt.12
Methan
Neben Kohlenstoffdioxid ist Methan mit einem Strahlungsantrieb von 0,48 W/m2 das zweitwichtigste Treibhausgas.13 Es besteht aus vier Wasserstoffatomen und einem Kohlenstoffatom und ist damit das kleinste Alkan. Das relative Treibhauspotential von Methan betragt 25.14
Wahrend der letzten 650.000 Jahre schwankte die Konzentration von Methan in der Atmosphare zwischen 400 ppb (parts per billion) in den Kaltzeiten und 700 ppb in den Warmzeiten. Seit Beginn der industriellen Revolution hat sich die Konzentration auf 1803 ppb im Jahre 2011 mehr als verdoppelt. Methan entsteht sowohl auf naturlichen Wege, zum Beispiel durch Sumpfe, Termiten oder Walder, als auch durch anthropogene Quellen, wie beispielsweise Mulldeponien, Reisfelder oder Erdgasgewinnung- und Transport. Die Methanemissionen aus den Feuchtgebieten unterliegen klimatischen Schwankungen. Eine hohere Temperatur begunstigt alle Arten von Zersetzungsprozessen und macht sie in Permafrostgebieten gegebenenfalls uberhaupt erst moglich. Da Methan nur unter anaeroben Bedingungen entstehen kann, wird die Emission durch hohe Niederschlage und die damit verbundenen hohen Wasserstande begunstigt.15 Eine weitere Quelle der Methanemissionen sind Methanhydrate in Ozeansedimenten. Dabei handelt es sich um unter sehr hohen Druck und niedrigen Temperaturen entstandene Verbindungen aus Wasser und Methan, die langfristig das Klimasystem aus der Balance bringen konnen. Die Menge an Methan, welches dort gebunden ist, wird auf 700 bis 10.000 Gt geschatzt. Momentan befinden sich etwa 4 Gt Methan in der Atmosphare. So konnte bereits eine minimale Freisetzung die Methankonzentration in der Atmosphare stark erhohen. Durch eine Erwarmung des Meerwassers konnen die eisartigen Methanhydrate zerfallen und an die Oberflache aufsteigen. Dies ist aber ein sehr langsamer Prozess, da die Erwarmung der Atmosphare nur einen sehr zeitversetzten Einfluss auf die unteren Meeresschichten hat.16
Die durchschnittliche Verweildauer von Methan in der Atmosphare betragt vergleichsweise geringe 9 bis 15 Jahre. Der GroBteil des Methans wird uber eine chemische Reaktion mit dem Hydroxyl-Radikal OH abgebaut:17
OH + CH4 -> CH3 + H2O
Modellsimulationen ergaben fur zukunftige Entwicklungen bei einer Temperaturerhohung von 2% und um 10% erhohten Niederschlagen eine Erhohung der Methanemissionen um 21%. Steigen die durchschnittlichen Temperaturen um 3,4 Grad an, wurde die Emissionen von Methan aus Feuchtgebieten sogar um 78% zunehmen.18
Distickstoffoxid (N2O)
Distickstoffoxid ist bekannter unter dem Namen Lachgas und besteht aus zwei Stickstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Die durchschnittliche Verweildauer von Distickstoffoxid in der Atmosphare betragt 114 Jahre. Eiskernbohrdaten haben ergeben, dass die Konzentration von Lachgas vor der industriellen Revolution weitestgehend konstant bei 270 ppb lag. Seitdem ist die Konzentration allerdings beinahe linear auf 323 ppb gestiegen.19
Distickstoffdioxid verfugt uber ein relatives Treibhauspotential von 298. Dies liegt zum einen an der hohen atmospharischen Verweilzeit und zum anderen an der, verglichen zu Kohlenstoffdioxid, etwa 200-mal groBeren Strahlungseffizienz.20 Der Strahlungsantrieb von Distickstoffoxid betragt +0.17 W/m2, womit Lachgas momentan das viertwichtigste langlebige Treibhausgas ist. Problematisch an einer zu hohen Konzentration von Distickstoffoxid ist ebenfalls die ozonzerstorende Wirkung von Stickstoffmonooxid und Stickstoffdioxid, in die sich Distickstoffoxid umwandelt.21
Die groBte naturliche Quelle von Distickstoffoxid ist die mikrobiologische Denitrifikation und Nitrifikation im Boden, bei der Bakterien Nitrat zu Stickstoff bzw. Distickstoffoxid umwandeln. Eine weitere naturliche Quelle sind die kustennahen Bereiche der Ozeane, an denen aufsteigende Stromungen Nahrstoffe an die Oberflache transportieren. Die groBte anthropologische Quelle fur Distickstoffoxidemissionen ist die Landwirtschaft. Der hier verwendete Dunger enthalt als Hauptkomponenten Stickstoff. Sobald die Pflanzen von Kleinstlebewesen zersetzt werden, wird Distickstoffoxid freigesetzt und gelangt in die Atmosphare. Abgebaut wird Distickstoffoxid hauptsachlich durch Photolyse beziehungsweise durch die Reaktion mit atomaren Sauerstoff in der Stratosphare. Dies erklart auch die lange Verweildauer in der Atmosphare.22
Fluorkohlenwasserstoffe
Bei den Fluorkohlenwasserstoffen handelt es sich um fluoierte Derivate der Alkane. Es wird zwischen zwei verschiedenen Gruppen unterschieden, den teilhalogenierten Fluorkohlenwasserstoffen (H-FKW) und den vollstandig halogenierten (perfluorierten) Fluorkohlenwasserstoffen (FKW). Die H-FKW bestehen aus den Elementen Fluor, Kohlenstoff und Wasserstoff. Bei den FKW ist der Wasserstoff vollstandig durch Fluoratome substituiert. In Tabelle 1 sind die gebrauchlichsten Fluorkohlenwasserstoffe, deren Summenformel und das Treibhauspotential aufgefuhrt.23
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Tabelle 1 Die wichtigsten Fluorkohlenwasserstoffe im Uberblick
Die meisten dieser Stoffe werden als Kuhl-und Kaltemittel verwendet und substituieren die FCKW, da sie nicht ozonschadigend sind. Das Treibhauspotential der Fluorkohlenwasserstoffe ist aber um vielfaches groBer als von Kohlenstoffdioxid, wie in Tabelle 1 zu sehen ist.24
[...]
1 (Vgl.) (Meteo.plus, 2017)
2 (Vgl.) (Worm, 1996)
3 (Vgl.) (Umweltbundesamt, 2016)
4 (Vgl.) (Paschotta, 2015)
5 (Vgl.) (Craig, 2014)
6 (Vgl.) (Hites & Raff, 2017, S. 87ff)
7 (Vgl.) (Sandermann, 2001, S. 59ff)
8 (Vgl.) (Bundesministerium fur Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit, kein Datum)
9 (Vgl.) (Chemie.de, 2008)
10 (Vgl.) (Canadella, Quere, & Raupacha, 2007)
11 (Vgl.) (Kaltschmitt, Hartmann, & Hofbauer, 2016, S. 99ff)
12 (Vgl.) (Kasang (1), kein Datum)
13 (Vgl.) (Kasang (2), 2017)
14 (Vgl.) (Kasang (3), 2017)
15 (Vgl.) (Ottow, 2011, S. 403)
16 (Vgl.) (Fabian, 2013, S. 97f)
17 (Vgl.) (Mengel & Zickermann, 2007, S. 199ff)
18 (Vgl.) (Kasang (2), 2017)
19 (Vgl.) (Bundesministerium fur Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit, kein Datum)
20 (Vgl.) (Kasang (3), 2017)
21 (Vgl.) (Ekardt, Hennig, & Hyla, 2010, S. 20ff)
22 (Vgl.) (Warnecke, Huch, & Germann, 2013, S. 159ff)
23 (Vgl.) (PreuB, kein Datum)
24 (Vgl.) (PreuB, kein Datum)
- Quote paper
- Nils Steinbrecher (Author), 2017, Klimawandel. Atmosphärische Veränderungen und deren Folgen, Munich, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/535750
