FAQ

Wurde der Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxids und anderer Treibhausgase während des Industriezeitalters durch menschliche Aktivitäten verursacht?

Ja, der Anstieg atmosphärischen Kohlendioxids (CO2) und anderer Treibhausgase während des Industriezeitalters wurde durch menschliche Aktivitäten verursacht. Tatsächlich spiegelt die beobachtete Zunahme der atmosphärischen CO2-Konzentration nicht mal das volle Ausmaß der menschlichen Emissionen wider, sondern nur 55 % des seit 1959 durch menschliche Aktivitäten freigesetzten Kohlendioxids. Der Rest ist von Pflanzen an Land sowie von den Ozeanen aufgenommen worden. Die atmosphärischen Konzentrationen von Treibhausgasen sowie deren Anstieg werden durch die Bilanzierung zwischen Quellen (Emissionen des Gases durch menschliche Aktivitäten und natürliche Quellen) und Senken (Entfernen des Gases aus der Atmosphäre durch chemische Umwandlung) bestimmt. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe (zusammen mit einem kleinen Beitrag aus der Zementherstellung) ist für mehr als 75 % der durch Menschen verursachten CO2-Emissionen verantwortlich. Änderungen in der Landnutzung (v.a. Abholzung) für den Rest.

Für Methan, einem weiteren wichtigen Treibhausgas, übersteigen die durch menschliche Aktivitäten bedingten Emissionen, die natürlichen Emissionen während der letzten 25 Jahre. Die vom Menschen bedingten Lachgasemissionen in die Atmosphäre entsprechen ungefähr den natürlichen Emissionen. Die meisten langlebigen, halogenhaltigen Gase, wie beispielsweise Fluorchlorkohlenwasserstoffe werden von Menschen hergestellt und waren vor dem Industriezeitalter nicht in der Atmosphäre vorhanden. Die heute in der Troposphäre vorhandene Ozonkonzentration hat sich seit der vorindustriellen Zeit um durchschnittlich 38 % erhöht. Dieser Anstieg ergibt sich aus chemischen Reaktionen kurzlebiger Luftschadstoffe in der Atmosphäre, die durch menschliche Aktivitäten freigesetzt werden.

Die mittlere jährliche Konzentration von CO2 in der Atmosphäre betrug 2010 auf Mauna Loa 389,78 ppm (parts per million, d.h. 389 CO2-Moleküle auf eine Million Luftmoleküle). Die Konzentration von Methan ist auf 1774 ppb im Jahr 2005 angestiegen (parts per billion, das heißt 1774 CH4-Moleküle auf eine Milliarde Luftmoleküle). Beide Konzentrationen sind sehr wahrscheinlich viel höher als in den vergangenen 650.000 Jahren (in diesem Zeitraum schwankte die CO2–Konzentration zwischen 180 und 300 ppm und Methan zwischen 320 und 790 ppb). Die derzeitige Änderungsrate ist dramatisch und in dieser Ausprägung so noch nie aufgetreten. Nie überstiegen CO2-Anstiege 30 ppm in 1000 Jahren – nun jedoch hat sich CO2 Konzentration allein in den letzten 17 Jahren um 30 ppm erhöht.

Es ist sehr wahrscheinlich, dass der Anstieg des durch CO2, CH4 und N2O verursachten Strahlungsantriebs zwischen 1960 und 1999 mindestens sechsmal schneller war, als während irgendeines 40-Jahres-Zeitraums in den letzten beiden Jahrtausenden vor dem Jahr 1800.

Abbildung 1: Konzentration der Treibhausgase Kohlendioxid, Methan und Lachgas in der Erdatmosphäre in den letzten 10.000 Jahren bzw. im Detail seit 1750 (grauer Kasten). (Quelle: IPCC 2007, Figure SPM 1., S. 3).

In den folgenden Abbildungen wird die Aufteilung der Beiträge zu den Veränderungen der atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen, basierend auf den in den Kapiteln 4 und 7 des Weltklimaberichtes (IPCC 2007) näher beschriebenen Informationen, dargestellt.

Kohlendioxid

CO2-Emissionen (Abb. 1a) aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe sind neben Beiträgen aus der Zementherstellung für mehr als 75 % des Anstiegs der atmosphärischen CO2-Konzentration seit der vorindustriellen Zeit verantwortlich. Der restliche Anstieg kommt von Landnutzungsänderungen, v.a. Abholzung (und der damit verbundene Biomassenverbrennung) und durch Veränderungen der landwirtschaftlichen Bewirtschaftungsverfahren. All diese Anstiege werden durch menschliche Aktivitäten verursacht. Der natürliche Kohlenstoffkreislauf kann den beobachteten atmosphärischen Anstieg von 3.2 bis 4.1 GtC/Jahr in Form von CO2 während der letzten 25 Jahre nicht erklären (GtC = Gigatonne Kohlenstoff = 109 tC = 1015 gC Gramm-Kohlenstoff, d.h., 1 Milliarde Tonnen). Natürliche Prozesse wie Fotosynthese, Atmung, Verwesung und der Gasaustausch an der Meeresoberfläche führen zu gewaltigen Austauschprozessen. Quellen und Senken von CO2 zwischen Land und Atmosphäre werden auf ~120 GtC/Jahr sowie zwischen Ozean und Atmosphäre auf ~90 GtC /Jahr geschätzt. Die natürlichen Kohlenstoffsenken bedingen eine geringe Netto-CO2-Aufnahme von ungefähr 3.3 GtC/Jahr über die letzten 15 Jahre und gleichen damit teilweise menschlich verursachte Emissionen aus. Hätten die natürlichen Senken während der letzten 15 Jahre nicht fast die Hälfte des menschlich verursachten CO2 aufgenommen, wären die atmosphärischen Konzentrationen sogar noch dramatischer angewachsen.

Man weiß, dass der Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentration durch menschliche Aktivitäten verursacht wird, weil sich das Verhältnis schwerer zu leichter Kohlenstoffatome in der Atmosphäre verändert hat. Diese Veränderung kann auf die Zunahme von Kohlenstoff fossilen Ursprungs zurückgeführt werden. Außerdem hat sich das Verhältnis von Sauerstoff zu Stickstoff in der Atmosphäre verringert, während die Konzentration von CO2 angestiegen ist. Dies ist zu erwarten, weil Sauerstoff verbraucht wird, wenn fossile Brennstoffe verbrannt werden. Eine schwere Form des Kohlenstoffs, das C-13-Isotop, kommt in der Pflanzenwelt und in fossilen Brennstoffen, die aus der Biomasse früherer Zeiten gebildet wurden, seltener vor, als im Kohlenstoff der Ozeane oder Kohlenstoffemissionen aus vulkanischen oder anderen geothermischen Quellen. Der relative Anteil des C-13-Isotops in der Atmosphäre hat abgenommen und zeigt damit, dass der zusätzliche Kohlenstoff aus fossilen Brennstoffen und Pflanzen stammt. Kohlenstoff besitzt auch ein seltenes radioaktives Isotop, C-14, das in der Atmosphäre vorkommt, nicht aber in fossilen Brennstoffen. Vor atmosphärischen Atomwaffentests zeigte die Abnahme des relativen Anteils an C-14, dass der CO2-Anstieg in der Atmosphäre aus fossilen Quellen kommt.

Abb. 1a: Quellen und Senken von CO2 (GtC). Jedes Jahr wird durch menschliche Aktivitäten wie der Verbrennung fossiler Energieträger und der veränderten Landnutzung CO2 in die Atmosphäre abgegeben. Nur 57 bis 60 % des durch menschliche Aktivität ausgestoßenen CO2 bleibt in der Atmosphäre. Ein Teil wird in den Ozeanen gelöst; ein weiterer Teil wird von Pflanzen während des Wachstums aufgenommen. Die dargestellten Flüsse aus Landnutzungsänderungen beziehen sich auf die 1990er Jahre, fossile Energieträger und Zementflüsse sowie Netto-Aufnahmen durch den Ozean auf den Zeitraum 2000 bis 2005. Anthropogene Quellen werden in orange und natürliche Quellen und Senken in grün dargestellt. Alle Werte und Unsicherheitsspannen sind aus Tabelle 7.1. des Weltklimaberichts (IPCC 2007, S. 516). (Abbildung geändert nach IPCC 2007, FAQ 7.1, Fig. 1, S. 513).

Halogenhaltige Gase

Menschliche Aktivitäten sind für einen Großteil langlebiger halogenhaltiger Gase in der Atmosphäre verantwortlich. Vor der Industrialisierung gab es nur wenige natürlich vorkommende Gase, die Halogene enthielten, wie z.B. Methylbromid und Methylchlorid. Die Entwicklung neuer Techniken zur chemischen Synthese hatte während der letzten 50 Jahre des 20. Jahrhunderts eine starke Ausbreitung chemisch hergestellter halogenhaltiger Gase zur Folge. Emissionen der wichtigsten vom Menschen produzierten halogenhaltigen Gase werden in Abbildung 1b gezeigt.

Die atmosphärischen Lebenszeiten der aufgeführten Gase erstrecken sich von 45 bis 100 Jahren für Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) zwischen 1 und 18 Jahre für die teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (H-FCKW) und zwischen 1 bis 270 Jahre für die teilfluorierten Kohlenwasserstoffe (H?FKW). Die perfluorierten Kohlenwasserstoffe (FKW, nicht dargestellt) bleiben für Tausende von Jahren in der Atmosphäre. Durch das Montrealer Protokoll (internationale Vereinbarung zur Regelung von Produktion und Verbrauch der Substanzen, die zum Abbau der Ozonschicht führen können) stabilisiert oder verringert sich die Konzentration vieler halogenhaltiger Gase an der Erdoberfläche. Konzentrationen von teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffen (H-FCKW), deren Produktion bis 2030 eingestellt werden soll, sowie Konzentrationen der im Kyoto Protokoll reglementierten teilfluorierten Kohlenwasserstoffe (H?FKW) und perfluorierten Kohlenwasserstoffe (FKW) steigen gegenwärtig an.

Abb. 1b: Globale Emissionen von FCKWs und anderen halogenhaltigen Verbindungen für 1990 (hellorange) und 2002 (dunkelorange). Diese Chemikalien werden ausschließlich vom Menschen produziert. Die teilhalogenierten Fluorchlorkohlenwasserstoffe (H-FCKW) umfassen hier R-22, R-141b und R-142b, während die ‘H-FKW-Vertreter’ R-23, R-125, R-134a und R-152a umfassen. 1 Gg = 109 g (1000 Tonnen). Die meisten Daten stammen aus Kapitel 2 des Weltklimaberichts (IPCC 2007, S. 129 - 234). (Abbildung geändert nach IPCC 2007, FAQ 7.1, Fig. 1, S. 513).

Methan

Methan (CH4) verursacht durch menschliche Aktivitäten übersteigt die natürlichen CH4-Quellen (Abb. 1c). Zwischen 1960 und 1999 steigen die Methankonzentrationen durchschnittlich mindestens sechsmal schneller an als im Laufe jeder 40-Jahres-Periode in den letzten beiden Jahrtausenden vor dem Jahr 1800. Das, obwohl seit 1980 beinahe Nullwachstum herrscht. Die wichtigste natürliche CH4-Quelle der Atmosphäre sind Feuchtgebiete. Weitere Quellen sind Termitenhügel, Ausgasungen aus dem Ozean und aus der Erdkruste, natürliche Waldbrände und Methanhydrate an den Kontinentalrändern der Ozeane. Die menschlichen Aktivitäten, die CH4 produzieren, umfassen die Energieproduktion aus Kohle und Erdgas, Mülldeponien, die Zucht von Wiederkäuern (z.B. Rinder und Schafe), Reisanbau und Biomasseverbrennung. Einmal in der Atmosphäre hat CH4 dort ungefähr eine Lebensdauer von 8,4 Jahren, ehe es v.a. durch chemische Oxidation aus der Troposphäre entfernt wird. Senken mit geringerer Bedeutung sind z.B. die Aufnahme durch Böden und mögliche Abbauprozesse in der Stratosphäre.

Abb. 1c: Quellen und Senken von Methan für den Zeitraum von 1983 bis 2004. Menschlich verursachte Quellen von Methan beinhalten Energieproduktion, Deponien, wiederkäuende Tiere (z.B. Rinder und Schafe), Reisanbau und Biomassenverbrennung. 1 Tg = 1012 g (1 Million Tonnen). Anthropogene Quellen werden in orange und natürliche Quellen und Senken in grün dargestellt. Alle Werte und Unsicherheitsspannen sind die Mittel und Standardabweichungen für Methan der zusammengefassten Werte aus Tabelle 7.6. des Weltklimaberichts (IPCC 2007, S. 542). (Abbildung geändert nach IPCC 2007, FAQ 7.1, Fig. 1, S. 513).

 

Distickstoffoxid (Lachgas)

Das durch menschliche Aktivitäten an die Atmosphäre abgegebene Distickstoffoxid (N2O) entspricht ungefähr den N2O-Quellen aus natürlichen Quellen (Abb. 1d). Zwischen 1960 und 1999 stiegen die N2O-Konzentrationen durchschnittlich mindestens doppelt so schnell an wie im Laufe jeder 40-Jahres-Periode in den letzten beiden Jahrtausenden vor dem Jahr 1800. Natürliche N2O-Quellen sind: Meere, die chemische Oxidation von Ammoniak in der Atmosphäre sowie Böden. Besonders tropische Böden stellen eine wichtige N2O Quelle für die Atmosphäre dar. Menschliche Aktivitäten, die zu N2O-Emissionen führen, beinhalten die Umwandlung von Stickstoffdünger in N2O und die daraus folgenden Emissionen von landwirtschaftlichen Flächen, die Biomassenverbrennung, die Viehzucht und einige industrielle Tätigkeiten einschließlich der Nylonherstellung. Einmal in der Atmosphäre, hat N2O dort ungefähr eine Lebensdauer von 114 Jahren. Der Abbau von N2O erfolgt in der Stratosphäre auf photochemischen Weg.

Abb. 1d: Quellen und Senken von N2O. Menschlich verursachte N2O-Quellen beinhalten die Umwandlung von Stickstoffdünger in N2O und die daraus folgende Emission aus landwirtschaftlichen Flächen, die Biomassenverbrennung, die Viehzucht und einige industriellen Tätigkeiten einschließlich der Nylonherstellung. Anthropogene Quellen werden in orange und natürliche Quellen und Senken in grün dargestellt. Alle Werte stammen aus Tabelle 7.7. des Weltklimaberichts. N2O-Verluste sind aus Kapitel 7.4. entnommen (IPCC 2007, S. 546). (Abbildung geändert nach IPCC 2007, FAQ 7.1, Fig. 1, S. 513).

Troposphärisches Ozon

Troposphärisches Ozon wird durch photochemische Reaktionen in der Atmosphäre mit Hilfe von Vorläufersubstanzen (z.B. Kohlenmonoxid, CH4, flüchtige organische Verbindungen und Stickoxiden) gebildet. Diese Substanzen werden sowohl bei natürlichen, biologischen Prozessen, als auch durch menschliche Aktivitäten einschließlich Landnutzungsänderungen und Kraftstoffverbrennung emittiert. Da troposphärisches Ozon relativ kurzlebig ist und daher nur einige Tage oder Wochen in der Atmosphäre bleibt, ist die Verteilung von Ozon in der Atmosphäre sehr variabel und an das Vorhandensein seiner Vorläufersubstanzen, Wasserdampf und Sonnenlicht gebunden. Troposphärische Ozonkonzentrationen sind bedeutend höher in städtischer Luft, in der Abluftfahne von Ballungsräumen und in Regionen mit Biomasseverbrennung. Der troposphärische Ozonanstieg von 38 % (20–50 %) seit der vorindustriellen Zeit (Abb. 1e) wurde durch Menschen verursacht.

Abb. 1e: Troposphärisches Ozon im 19. und frühen 20. Jahrhundert und im Zeitraum 1990 bis 2000. Der Anstieg der troposphärischen Ozonbildung ist vom Menschen verursacht und ist das Ergebnis chemischer Reaktionen von Luftverunreinigungen in der Atmosphäre, die bei der Verbrennung von fossilen Energieträgern oder Biokraftstoffen emittiert werden. Anthropogene Quellen werden in orange und natürliche Quellen und Senken in grün dargestellt. Der vorindustrielle Wert und die Unsicherheitsspanne sind aus Tabelle 4.9 des 3. Feststellungsberichts des IPCC (IPCC Third Assessment Report/TAR), geschätzt auf Basis rekonstruierter Beobachtungen. Die heutige Gesamtmenge und deren Unsicherheitsspanne repräsentieren den Mittelwert und die Standardabweichung von Modellergebnissen, die in Tabelle 7.9 des Weltklimaberichts (IPCC 2007, S. 549) dargestellt werden, mit Ausnahme der oben genannten aus dem TAR. (Abbildung geändert nach IPCC 2007, FAQ 7.1, Fig. 1, S. 513).

Es ist sehr wahrscheinlich, dass der Anstieg des durch CO2, CH4 und N2O verursachten Strahlungsantriebs zwischen 1960 und 1999 mindestens sechsmal schneller war als während irgendeines 40-Jahres-Zeitraums in den letzten beiden Jahrtausenden vor dem Jahr 1800.

Quelle (sofern nicht anders gekennzeichnet):
IPCC, 2007: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, S. 512-513, FAQ 7.1.

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