FAQ

Wie tragen menschliche Aktivitäten zum Klimawandel bei und inwiefern sind sie mit natürlichen Einflüssen vergleichbar?

Menschliche Aktivitäten tragen zum Klimawandel bei, indem sie die Menge an Treibhausgasen und Aerosolen sowie die Bewölkung in der Erdatmosphäre verändern. Der größte Beitrag kommt dabei von der Verbrennung fossiler Brennstoffe, bei der Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt wird. Treibhausgase und Aerosole beeinflussen das Klima, indem sie die einfallende Sonneneinstrahlung und die infrarote bzw. thermische Ausstrahlung verändern, die Teil der Strahlungsbilanz der Erde sind. Eine Veränderung der in der Atmosphäre vorhandenen Menge an diesen Gasen und Partikeln oder ihrer Eigenschaften kann zu einer Erwärmung oder Abkühlung des Klimasystems führen. Seit dem Beginn des Industriezeitalters (ungefähr 1750) haben menschliche Aktivitäten eine insgesamt wärmende Wirkung auf das Klima unserer Erde. Der menschliche Einfluss auf das Klima in diesem Zeitraum übersteigt bei Weitem den durch bekannte natürliche Prozesse (wie veränderte Sonneneinstrahlung und Vulkanausbrüche) hervorgerufenen Einfluss.

Treibhausgase

Menschliche Aktivitäten führen zu Emissionen der vier wichtigsten Treibhausgase: Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffmonoxid (N2O) und Halogenkohlenwasserstoffen (einer Gruppe von Gasen, die Fluor, Chlor und Brom enthält). Diese Gase reichern sich in der Atmosphäre an, wodurch sich ihre Konzentration in der Atmosphäre mit der Zeit erhöht. All diese Gase zeigen seit Beginn des industriellen Zeitalters eine deutliche Konzentrationserhöhung (siehe Abbildung 1), die auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen ist.

Abbildung 1: Atmosphärische Konzentrationen wichtiger langlebiger Treibhausgase während der letzten 2.000 Jahre. Anstiege seit etwa 1750 werden menschlichen Aktivitäten im Industriezeitalter zugeschrieben. Konzentrationseinheiten sind ppm (= parts per million) oder ppb (= parts per billion) und geben jeweils die Anzahl der Moleküle des Treibhausgases pro Million oder Milliarde Luftmoleküle in einer atmosphärischen Probe an. (Daten wurden in zusammengefasster und vereinfachter Form aus den Kapiteln 2 und 6 aus IPCC, 2007: Climate Change 2007- The Physical Science Basis übernommen.) (Quelle: IPCC 2007, FAQ 2.1, Fig. 1, S. 135).

  • Die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre ist aufgrund des Verbrauchs fossiler Brennstoffe für Transport, Gebäudeheizung und –kühlung, der Herstellung von Zement und anderen Gütern gestiegen. Weiterhin setzt die Zerstörung von Wäldern CO2 frei und reduziert gleichzeitig dessen Aufnahme durch Pflanzen. Kohlendioxid wird jedoch auch bei natürlichen Prozessen freigesetzt, z. B. bei der Zersetzung von Pflanzenmaterial.
  • Die Methankonzentration ist als Folge menschlicher Aktivitäten in Verbindung mit Landwirtschaft, der Verteilung von Erdgas und durch Deponien gestiegen. Bei natürlichen Prozessen wird Methan z.B. in Feuchtgebieten freigesetzt. In den letzten beiden Jahrzehnten nahmen die Methanwachstumsraten in der Atmosphäre ab, wodurch die Methankonzentrationen gegenwärtig nicht ansteigen. Die Ursache hierfür ist noch unklar.
  • Die Distickstoffmonoxidkonzentration wird ebenfalls durch menschliche Aktivitäten verändert, z. B. durch den Einsatz von Düngemitteln und die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Natürliche Prozesse in Böden und Ozeanen setzen ebenfalls N2O frei.
  • Die Konzentrationen von Halogenkohlenwasserstoffen haben sich vorwiegend aufgrund menschlicher Aktivitäten erhöht. Natürliche Prozesse stellen eine unbedeutende Quelle dar. Die wichtigsten Halogenkohlenwasserstoffe schließen die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) ein, die in großem Umfang als Kältemittel und in anderen industriellen Prozessen genutzt wurden, bevor man herausfand, dass ihr Vorhandensein in der Atmosphäre den Abbau von stratosphärischem Ozon verursacht. Als Ergebnis internationaler Abkommen zum Schutz der Ozonschicht nimmt die Konzentration an FCKWs ab.
  • Ozon ist ein Treibhausgas, das durch chemische Reaktionen in der Atmosphäre ständig produziert und zerstört wird. In der Troposphäre haben menschliche Aktivitäten die Ozonmenge durch das Freisetzen von Gasen wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickstoffoxid erhöht, bei deren chemischen Reaktionen Ozon produziert wird. Wie oben erwähnt, zerstören durch menschliche Aktivitäten freigesetzte Halogenkohlenwasserstoffe in der Stratosphäre Ozon und haben das Ozonloch über der Antarktis verursacht.
  • Wasserdampf ist das häufigste und wichtigste Treibhausgas in der Atmosphäre. Menschliche Aktivitäten haben jedoch nur einen geringen direkten Einfluss auf die Menge an atmosphärischem Wasserdampf. Indirekt aber haben Menschen ein beachtliches Potential, den Wasserdampfgehalt zu beeinflussen, indem sie das Klima verändern. Eine wärmere Atmosphäre enthält z. B. mehr Wasserdampf. Menschliche Aktivitäten beeinflussen auch durch Methanemissionen den Wasserdampf, weil CH4 in der Stratosphäre chemisch abgebaut wird und dabei eine geringe Menge an Wasserdampf entsteht.
  • Aerosole sind kleine in der Atmosphäre vorhandene Partikel, die in Größe, Konzentration und chemischer Zusammensetzung stark variieren. Einige Aerosole werden direkt in die Atmosphäre eingebracht, während andere sich von eingebrachten Komponenten dort erst bilden. Aerosole entstehen sowohl aus natürlichen Vorgängen als auch durch menschliche Aktivitäten. Aerosole enthalten sowohl in der Natur vorkommende Verbindungen als auch solche, die als Ergebnis menschlicher Aktivitäten emittiert werden. Die Verbrennung fossiler Brennstoffe und Biomasse durch den Menschen haben die Menge an Aerosolen erhöht, die Schwefelverbindungen, organische Verbindungen und Ruß enthalten. Andere menschliche Aktivitäten wie Tagebau und industrielle Prozesse haben die Staubmenge der größeren Partikel in der Atmosphäre erhöht. Natürliche Aerosolquellen dagegen sind z.B. Mineralstaub, Meersalzaerosole, biogene Emissionen vom Land und den Ozeanen sowie Schwefel- und Staubaerosole, die durch Vulkanausbrüche freigesetzt wurden.

Strahlungsantrieb durch menschliche Aktivitäten

Abbildung 2 zeigt die Beiträge einiger durch menschliche Aktivitäten beeinflusster Faktoren zum Strahlungsantrieb. Die Werte spiegeln den Gesamtstrahlungsantrieb im Verhältnis zum Beginn des Industriezeitalters (etwa 1750) wider. Der Strahlungsantrieb der Treibhausgasemissionen ist am besten verstanden. Er ist positiv, weil die Treibhausgase die von der Erde ausgestrahlte Infrarotstrahlung absorbieren. Unter den Treibhausgasen hat innerhalb des betrachteten Zeitraums der CO2-Anstieg den größten Strahlungsantrieb verursacht. Mehrere weitere Quellen liefern ebenfalls Beiträge zum Strahlungsantrieb. Der Anstieg der troposphärischen Ozonkonzentration wirkt ebenfalls erwärmend, der stratosphärische Ozonabbau dagegen abkühlend.

Abildung 2: Zusammenfassung der Hauptkomponenten des Strahlungsantriebs für den Klimawandel. All diese Strahlungsantriebe sind das Ergebnis von einem oder mehreren das Klima beeinflussenden Faktoren und werden, wie im Text besprochen, mit menschlichen Aktivitäten oder natürlichen Prozessen in Verbindung gebracht. Die Werte repräsentieren die Antriebe von 2005 im Verhältnis zum Beginn des Industriezeitalters (etwa 1750). Menschliche Aktivitäten verursachen bedeutende Veränderungen bei langlebigen Treibhausgasen, Sauerstoff, Wasserdampf, Oberflächenalbedo (Albedo= von der Erde reflektierte Sonneneinstrahlung), Aerosolen und Kondensstreifen. Die einzige wesentliche Steigerung eines natürlichen Antriebs zwischen 1750 und 2005 zeigt die Sonneneinstrahlung. Positive Antriebe führen zu Klimaerwärmung, und negative Antriebe führen zu einer Abkühlung. Die dünne schwarze Linie bei jedem farbigen Balken zeigt den Unsicherheitsbereich.(Quelle: IPCC 2007, FAQ 2.1, Fig. 2, S. 136).

 

Aerosolpartikel beeinflussen den Strahlungsantrieb direkt durch Reflexion und Absorption von solarer und infraroter Strahlung in der Atmosphäre. Einige Aerosole verursachen einen positiven Strahlungsantrieb, andere einen negativen- über alle Aerosoltypen summiert, ist der direkte Strahlungsantrieb jedoch negativ. Indirekt verursachen Aerosole zusätzlich einen negativen Strahlungsantrieb durch die Veränderungen von Wolkeneigenschaften.

Menschliche Aktivitäten seit dem Industriezeitalter haben vor allem durch Veränderungen von Anbauflächen, Weiden und Wäldern die Beschaffenheit der Landoberflächen verändert. Auch die Reflexionseigenschaften von Eis und Schnee haben sich durch anthropogene Aktivitäten gewandelt. Es ist wahrscheinlich, dass aufgrund menschlicher Aktivitäten jetzt mehr Sonneneinstrahlung von der Erdoberfläche reflektiert wird. Diese Veränderungen resultieren in einem negativen Strahlungsantrieb.

Flugzeuge verursachen künstliche Eiswolken sog. „Kondensstreifen“ in Regionen, welche die dafür notwendigen niedrigen Temperaturen und hohe Umgebungsfeuchtigkeit aufweisen. Kondensstreifen sind eine Form von Zirruswolken, die die Sonnenstrahlung reflektieren und Infrarotstrahlung absorbieren. Kondensstreifen haben aufgrund des weltweiten Flugzeugverkehrs die Bewölkung auf der Erde verstärkt. Des Weiteren nimmt man an, dass sie einen geringen positiven Strahlungsantrieb bewirken.

Strahlungsantrieb durch natürliche Veränderungen

Natürliche Strahlungsantriebe entstehen durch veränderte Sonneneinstrahlung und explosive Vulkanausbrüche. Seit Beginn der Industrialisierung stieg die Sonnenaktivität zwar geringfügig an, und bewirkte somit einen geringen positiven Strahlungsantrieb (siehe Abbildung 2), der aber viel zu schwach ist, um den beobachteten Klimawandel der letzten 100 Jahre zu erklären. Das Verhalten der Sonne unterliegt darüber hinaus wiederkehrenden zyklischen Schwankungen. Ein besonders prägnanter Sonnenzyklus, also der Zeitraum zwischen zwei Maxima der Strahlungsleistung, dauert etwa 11 Jahre. Die Sonneneinstrahlung beeinflusst auch das Auftreten einiger Treibhausgase in der Atmosphäre, wie z. B. stratosphärisches Ozon. Explosive Vulkanausbrüche können durch den zeitweiligen Anstieg von Schwefelaerosolen in der Stratosphäre einen kurzfristigen, 2 bis 3 Jahre andauernden, negativen Strahlungsantrieb hervorrufen. Die Stratosphäre ist z. Z. frei von vulkanischen Aerosolen, da die letzte große Eruption 1991 war (Mt. Pinatubo).

Die geschätzten Unterschiede des Strahlungsantriebs zwischen den heutigen Verhältnissen und dem Beginn des Industriezeitalters basierend auf den Veränderungen der Sonneneinstrahlung und vulkanischen Aktivitäten sind jeweils sehr gering, verglichen mit den geschätzten Unterschieden, von denen man annimmt, dass sie von menschlichen Aktivitäten herrühren. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der durch den Menschen verursachte Strahlungsantrieb für das aktuelle und zukünftige Klima von viel größerer Bedeutung ist, als der geschätzte Strahlungsantrieb aufgrund von Veränderungen der natürlichen Prozesse.

 

Quelle (falls 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. 135-137, FAQ 2.1.

 

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