Elemente und Moleküle, Schulbuch

110 6 LUft, WASSeR, BoDeN – UNSeRe UMWeLt Kohlenstoffdioxid – treibhauseffekt Würde, was bei weiterer Verbrauchssteigerung in einigen Jahrzehnten zu erwarten ist, ein Großteil der gewinnbaren fossilen Energieträger verbrannt, so wäre zwar nicht mit einer Sauerstoffverknappung zu rechnen, aber das entstehende CO 2 könn- te durch den Treibhauseffekt zu einer ernsthaften Bedrohung werden. Die Erde erhält auf der Tagseite von der Sonne Energie als Licht und Wärmestrah- lung. Ein Teil dieser Strahlung wird ins Weltall zurückreflektiert, zB durch die hellen, vereisten Polkappen. Auf der Nachtseite gibt die Erde Wärmestrahlung ins Weltall ab. Für diese Wärmestrahlung ist die Atmosphäre durchlässig. Dadurch stellt sich ein Temperaturgleichgewicht ein. Ein erhöhter Kohlenstoffdioxidgehalt der Luft kann dieses Gleichgewicht stören. CO 2 absorbiert Wärmestrahlung und schwächt daher die Abstrahlung von Energie in der Nacht. Dies führt zu globaler Erwärmung . Die dadurch zurückgehende polare Vereisung könnte diesen Effekt verstärken, da das dunkle Wasser nicht so viel Strahlung direkt ins All zurückreflektiert wie das helle Eis. Über die Größe des Effekts gehen die wissenschaftlichen Meinungen al- lerdings stark auseinander. Ein großer Teil des zusätzlichen Kohlenstoffdioxids könn- te im Meer gelöst werden (hier befindet sich etwa 50-mal so viel CO 2 – teils gelöst, teils als Hydrogencarbonat – wie in der Atmosphäre) und den Effekt damit verrin- gern. Andererseits würde eine Erhöhung der Meerestemperatur die Löslichkeit ver- schlechtern, was den Effekt vergrößern würde. Messungen in den letzten Jahrzehn- ten ergaben eine geringe Erwärmung. Ob diese auf den vom Menschen verursachten Treibhauseffekt zurückzuführen ist oder auf einer natürlichen lang- samen Klimaänderung beruht, lässt sich nicht schlüssig beweisen. Als negative Aus- wirkung einer globalen Erwärmung wird ein Ansteigen des Meeresspiegels um bis zu einige Meter befürchtet. Dieser beruht auf der Wärmeausdehnung des Wassers und auf dem Abschmelzen von Gletschern und Teilen der Vereisung Grönlands und der Westantarktis. (Ein Abschmelzen der antarktischen und grönländischen In- landseismassen, das allerdings auch von pessimistischen Hochrechnungen nicht an- genommen wird, hätte ein Ansteigen des Meeresspiegels um mehr als 60 m zur Folge.) Kohlenstoffdioxid ist nicht das einzige Treibhausgas, wohl aber auf Grund seiner hohen Konzentration das bedeutendste. Sein Anteil am anthropogenen (dh. durch den Menschen verursachten) Treibhauseffekt wird heute auf 61 % geschätzt. Dies ist der zusätzliche Effekt, der über den vom natürlichen CO 2 verursachten hinaus- geht. Das zweitwichtigste Treibhausgas ist das Methan . Seine Konzentration ist zwar weitaus geringer, die Treibhauswirksamkeit aber bei gleicher Masse ca. 20-mal stär- ker als die von CO 2 . Methan kommt einerseits bei der Gewinnung fossiler Brennstoffe in die Atmosphä- re, andererseits entsteht es auch beim anaeroben Celluloseabbau. Diese „Methan- gärung“ ist ein natürlicher Vorgang in Sümpfen (Sumpfgas), bei der Verarbeitung von Klärschlamm in den Faultürmen der Kläranlage, in Mülldeponien und in Mist- und Jauchebehältern (Biogas). Auch Wiederkäuer und Termiten produzieren große Men- gen Methan. Der Reisanbau mit den überfluteten Feldern ist eine weitere bedeu- tende Methanquelle. Das atmosphärische Methan nimmt insgesamt rascher zu als das Kohlenstoffdioxid. Seinen Anteil am anthropogenen Treibhauseffekt schätzt man auf ca. 17 %. Einen weiteren Anteil am Treibhauseffekt trägt das Lachgas N 2 O . Es entsteht im Boden bei der Zersetzung des Stickstoffdüngers Ammoniumnitrat. NH 4 NO 3 → N 2 O + 2 H 2 O Dies findet als natürlicher Vorgang in jedem Boden statt, der nicht durch Wald be- deckt ist, ist aber bei intensiver Stickstoffdüngung besonders stark. Durch die Bran- drodung in den tropischen Regenwäldern entstehen zwei Treibhausgase (bei der Verbrennung CO 2 , durch den offen liegenden Boden N 2 O). N 2 O ist etwa 200-mal treibhauswirksamer als CO 2 ; durch seine geringe Konzentration trägt es aber nur zu 4 % zum anthropogenen Treibhauseffekt bei. Die wirksamsten Treibhausgase sind die Chlorfluorkohlenwasserstoffe (relative Wirkung zu CO 2 ca. 12 000- bis 15 000-mal so hoch). Ihre Konzentration ist glückli- Einstrahlung durch Sonne Abstrahlung Rückstrahlung in Weltraum CO 2 CH 4 N 2 O CFK ERDOBERFLÄCHE Abb. 110.1: Wärmehaushalt der Erde CO 2 CH 4 N 2 O Verbrennung fossiler Rohstoffe Sumpfgas Kläranlagen Deponien Mist/Jauche Reisfelder Wiederkäuer Erdgasgewinnung Termiten Düngemittel " Treibhausgase" Abb. 110.2: Emittenten der Treibhausgase c 0 c ∆ c/c CO 2 280 353 0,5 CH 4 0,8 1,7 0,9 N 2 O 0,28 0,31 0,25 CCl 3 F 0 0,00028 4 CCl 2 F 2 0 0,00048 4 τ TP A CO 2 50–200 1 61 CH 4 10 21 17 N 2 O 150 206 4 CCl 3 F 65 12 400 3 CCl 2 F 2 130 15 800 6 Abb. 110.4: Eigenschaften klimarelevanter Spurengase 2 τ … mittlere Verweildauer in Jahren TP … relative Wirksamkeit gegenüber CO 2 A … Anteil in % am anthropogenen Treibhauseffekt Abb. 110.3: Eigenschaften klimarelevanter Spurengase 1 c 0 … Konzentration in vorindustrieller Zeit in ppm c … gegenwärtige Konzentration in ppm ∆ c / c 0 … derzeitige Zunahmerate in %/a Nur zu Prüfzw cken – Eigentum des Verlags öbv