Was stellen Sie sich vor, wenn Sie den Satz „Treibhausgase“ hören? Wenn Sie an eine Fabrik denken, in der Kohle ausstößt, oder an eine mit Leerlaufautos gefüllte Schnellstraße, dann sind Sie auf dem richtigen Weg: Emissionen aus diesen und anderen getriebene Prozesse erbrechen jedes Jahr zig Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Luft. Es stellt sich jedoch heraus, dass CO2 nicht das einzige Spiel in der Stadt ist. Es ist eines von mehreren Treibhausgasen, die Wärme in der Atmosphäre speichern und die globale Erwärmung und den Klimawandel vorantreiben. Hier ist, was Sie über die Cousins von CO2 wissen müssen - Treibhausgase, die weniger Luft haben, aber für die Erdatmosphäre nicht weniger wichtig sind.
Wissenschaftler wissen um Treibhausgase, seit Joseph Fourier, ein französischer Physiker und Mathematiker, die Theorie aufgestellt hat, dass die Temperatur des Planeten durch etwas geregelt werden muss, das sowohl die Sonnenstrahlen absorbiert als auch einen Teil der dabei entstehenden Wärme an die Erde abgibt. Fourier theoretisierte, dass Gase das sein müssen, und seine Arbeit in den 1820er Jahren wurde bald von anderen Wissenschaftlern fortgesetzt, die entschlossen waren, herauszufinden, welche Gase die Wärme der Sonne auf der Erde einfangen. Schließlich begannen die Menschen, die Arbeit dieser Gase mit der eines Glases zu vergleichen, das ein Gewächshaus bedeckt, und seine innere Wärme zurück in Richtung des Gebäudes zu leiten, das sie abgibt, und sich selbst dann zu erwärmen, wenn es draußen kalt ist.
Im Laufe der Zeit entwickelten die Wissenschaftler eine differenziertere Sicht auf die Entstehung und das Verhalten von Gasen. Nicht alle Gase auf der Erde sind Treibhausgase. Die Menge der Treibhausgase in der Atmosphäre hängt von den Quellen (natürlichen und vom Menschen verursachten Prozessen, die sie produzieren) und den Senken (Reaktionen, die die Gase aus der Atmosphäre entfernen) ab. Kohlendioxid ist nur ein Teil dieser Gleichung und das zweithäufigste Treibhausgas der Erde.
Ganz oben auf der Liste steht Wasserdampf, der Urvater aller Treibhausgase. Überall dort, wo messbare Luftfeuchtigkeit herrscht, ist Wasserdampf vorhanden. Wolken sind kein Wasserdampf - Wasserdampf ist unsichtbar. Das heißt aber nicht, dass es nicht in Hülle und Fülle vorhanden ist: Etwa 80 Prozent der gesamten Treibhausgasmasse der Atmosphäre besteht aus Wasserdampf.
Wasserdampf klingt ziemlich ungefährlich, ist aber Teil eines Kreislaufs, der die Erde erwärmt. Hier wird es verwirrend: Wasserdampf verursacht keine globale Erwärmung, verschlechtert sie jedoch. Wenn Kohlendioxid und andere Emissionen zunehmen, nimmt auch der Wasserdampf zu. Mehr konzentrierter Wasserdampf und höhere Verdunstungsraten bedeuten mehr globale Erwärmung.
Das Phänomen wird als stratosphärische Wasserdampfrückkopplung bezeichnet und betrifft Sean Davis, einen CIRES-Wissenschaftler, der bei der National Oceanic and Atmospheric Administration arbeitet und dessen Forschung sich auf das Gas konzentriert. "Es ist wirklich ein kompliziertes Problem", sagt er gegenüber Smithsonian.com. Im Jahr 2013 haben Davis und Kollegen Beweise für diesen Teufelskreis vorgelegt - und vermutet, dass er erheblich zur Empfindlichkeit des Erdklimas beiträgt. Obwohl Satelliten und weltraumgestütztes Radar, das Niederschläge überwacht, jetzt für Forscher verfügbar sind, benötigen sie noch mehr Daten darüber, wie Wasserdampf und Kohlendioxid in der Erdatmosphäre interagieren.
Methan, das am dritthäufigsten vorkommende Treibhausgas, ist für Forscher ein ähnliches Problem. In den letzten Jahren haben sie viel mehr darüber gelernt, wie das in den USA am zweithäufigsten ausgestoßene Gas zur globalen Erwärmung beiträgt. Methan wird von Furzkühen bis zu Feuchtgebieten und Erdgassystemen ausgestoßen, und Industrie, Landwirtschaft und verrottender Müll sorgen dafür, dass viel in die Atmosphäre gelangt. Doch obwohl das Gas die Erde um eine Größenordnung über CO2 erwärmt (bis zu 86-mal so viel), unterschätzen sowohl Sensoren als auch Umweltbeobachter häufig.
Andere Gase tragen zum Klimawandel und zur globalen Erwärmung bei - es gibt Lachgas, das durch Düngemittel freigesetzt wird und zu einem der größten Ozonabbauprodukte in der Atmosphäre geworden ist. Sie kennen das Gas vielleicht besser in seiner Inkarnation in Zahnarztpraxen und Schlagsahnespendern, aber auch in der Atmosphäre gibt es reichlich Lachgas. Seit Beginn des Industriezeitalters im 18. Jahrhundert sind die Lachgasgehalte gestiegen, und die atmosphärischen Werte des Gases könnten sich bis 2050 nahezu verdoppeln.
Lachgas ist nicht nur wegen seiner Wärmekraft alarmierend (ein Molekül speichert so viel Wärme wie 300 CO2-Moleküle). Es kann über ein Jahrhundert dauern, bis ein N2O-Molekül abgebaut ist. In der Zwischenzeit trägt es zum Ozonverlust in der Atmosphäre bei, was wiederum zu einer Erwärmung der Erde führt. Es gibt immer noch viele Wissenschaftler, die nichts über N2O wissen: Zum Beispiel scheint das Ozonabbaupotential des N2O empfindlich auf verschiedene Umweltbedingungen zu reagieren. Es kann Jahrzehnte dauern, bis klar ist, wie das Gas mit anderen Treibhausgasen und dem sich ändernden Klima reagiert.
Obwohl Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) für den Menschen nicht toxisch sind und in der unteren Atmosphäre inert sind, sind die Dinge anders, sobald sie die Stratosphäre erreichen. Dort fressen die vom Menschen hergestellten Chemikalien Ozon auf und sind in der heutigen Atmosphäre trotz umfassender Vorschriften zum Schließen des Ozonlochs immer noch vorhanden.
Wie N2O halten sich FCKW lange in der oberen Atmosphäre auf. Sie werden aus gutem Grund aus dem Verkehr gezogen: FCKW haben Molekül für Molekül ein viel höheres globales Erwärmungspotential als Kohlendioxid. Beispielsweise erwärmt sich CFC-13 (auch als Freon 13 bekannt), mit dem einige industrielle Gefriergeräte gekühlt werden, über einen Zeitraum von 500 Jahren 16.400 Mal so stark wie Kohlendioxid. FCKW sind in den Vereinigten Staaten verboten, aber vor dem Protokoll von Montreal, dem 1987 zugestimmt wurde, gelangten viele in die Atmosphäre. Obwohl sie nicht mehr in Deodorant-Dosen und Sprühflaschen vorhanden sind, sind sie immer noch oben und brechen zusammen Ozon. (Es wäre hypothetisch vorteilhaft, wenn N2O und FCKW Ozon in der Troposphäre "fressen" würden, wo es technisch als "schlechtes" Treibhausgas angesehen wird. Wenn Ozon jedoch in die Stratosphäre gelangt, schützt es die Erde tatsächlich vor der Brutalität der Sonne Strahlen.)
Es ist verlockend zu glauben, dass CO2 so viele Entsprechungen hat, dass es sich nicht lohnt, sich Sorgen zu machen. Nur weil CO2 nicht das einzige Treibhausgas ist, ist dies kein Grund zur Sorge. „Viele Menschen verwenden [Treibhausgase], um die Bedeutung von Kohlendioxid herunterzuspielen“, sagt Davis. „Das ist das größte Problem, mit dem wir konfrontiert sind.“ Einige Gase sind möglicherweise häufiger vorhanden, aber keines ist für sich allein. Angesichts der beispiellos steigenden CO2-Raten ist es schwierig einzuschätzen, wie schlimm die Folgen von ungeprüften Emissionen jeglicher Art sein könnten.
