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Hochauflösendes Infrarotspektrum des Treibhausgases Methan (CH₄) im Gaszustand

Infrarot-Absorptionsspektrum von Methan (CH₄)

Mittlere Methankonzentration in der Troposphäre 2006–2009

Treibhausgase sein Gase in dem Atmosphäre des Boden oder ein anderer Planet mit der Fähigkeit, Wärmestrahlung zu absorbieren und nach und nach in alle Richtungen abzugeben. Dadurch tragen sie zum Wärmerückhalt in der Atmosphäre und damit zur Anhebung und Aufrechterhaltung der Gleichgewichtstemperatur bei. Das wird es sein Treibhauseffekt erwähnt.

Die wichtigsten Treibhausgase in der Atmosphäre der Erde sein Wasserdampf, Kohlendioxid (CO₂), Methan, Lachgas (Lachgas) und Ozon.^[1] Ohne Treibhausgase wäre die Durchschnittstemperatur auf der Erde rund 33 Grad niedriger: −18 °C statt heute 15 °C.^[2] Das Ausmaß, in dem eine bestimmte Menge an Treibhausgasen zum Treibhauseffekt beitragen kann, wird als bezeichnet Treibhauspotenzial erwähnt.

Der Treibhauseffekt wurde vom englischen Physiker vorgeschlagen John Tyndall 1861 unter61 spektroskopische Messergebnisse und vom schwedischen Physikochemiker Svante Arrhenius 1896 aus theoretischen Gründen vorgeschlagen.

Seit der Industrielle Revolution die Menge an Treibhausgasen in der Erdatmosphäre hat zugenommen. Dies führt zum 'verstärkten' Treibhauseffekt und damit zu Erderwärmung, eine Form von Klimawandel. Dies könnte ein Problem für Mensch und Natur darstellen, weil das Klima dann in einigen Teilen der Erde weniger bewohnbar wäre, während sich die Menschen an anderen Orten an den Klimawandel anpassen müssten.

Absorption von Wärmestrahlung durch Gase

Das Quantenmechanik lehrt, dass einatomige Gase wie Argon (Ar) und zweiatomige Gase wie Stickstoff- (Nein₂) oder Sauerstoff (Ö₂) ohne Dipolmoment Nein Absorptionslinien in ihrer haben Infrarotspektrum, was sie nein macht Wärmestrahlung absorbieren und nicht zum Treibhauseffekt beitragen. Gasmoleküle, die in ihrem Infrarotspektrum einen Dipolübergang aufweisen können, wie z. B. Wasserdampf (H₂O), Kohlendioxid (CO₂), Lachgas (N₂Ö), Stickstoffdioxid (NEIN₂) und Ozon (O₃), tun. Die Absorptionsspektren von Gasen, die aus noch mehr Atomen bestehen, wie Methan (CH₄), freon (CF₂Cl₂ und CFCl₃) und Schwefelhexafluorid (SF₆) haben meist mehr Dipolkontakte, die stärker absorbieren und somit einen stärkeren Treibhauseffekt bewirken.

Die Absorptionslinien in den Infrarotspektren von Gasen werden verursacht durch Schwingungsübergänge und Drehschwingungsübergänge wo ein Molekül von einem Rotations- und Vibrationszustand in einen anderen Rotations- und Vibrationszustand mit einer höheren Energie übergeht. Die Energiedifferenz zwischen diesen Zuständen bestimmt die Wellenlänge der absorbierten Wärmestrahlung. Außerdem müssen die Dipolmomente der Schwingungszustände beim Absorptionsprozess unterschiedlich sein. Die Größe der Dipolmomentdifferenz zwischen diesen Schwingungszuständen bestimmt die Stärke der Absorption. Größere Moleküle absorbieren die Wärmestrahlung besser, weil sie mehr schwingungsfähig sind und weil die Unterschiede im Dipolmoment zwischen den Schwingungszuständen größer sind als bei kleineren Molekülen.

Treibhauspotenzial

Es wird oft Treibhauspotenzial (Englisch: Treibhauspotenzial) von Gasen ausgedrückt in CO₂-Äquivalente.^[3] Dabei spielt auch die Absorptionsbande eine Rolle, in der das jeweilige Molekül Wärmestrahlung absorbiert. Einen größeren Beitrag leisten Gasmoleküle, die Wärmestrahlung bei Wellenlängen absorbieren, bei denen die Erdoberfläche viel Wärme abstrahlt. Das Spektrum der von der Erdoberfläche abgestrahlten Wärmestrahlung hängt von der Temperatur der Erdoberfläche ab und wird näherungsweise durch die Schwarzkörperstrahlungskurve des Plancksches Gesetz. Da nicht alle Moleküle gleich lange in der Atmosphäre verbleiben, wird das Treibhauspotenzial in der Regel über einen Zeitraum von 100 Jahren definiert. Methan zum Beispiel hat eine Lebensdauer von etwa 10 Jahren in der Atmosphäre und ist in dieser Zeit als Treibhausgas etwa 300-mal so stark wie CO2.₂. Im Durchschnitt über 100 Jahre ist Methan nur 28-mal so stark. Die wichtigsten Treibhausgase und ihr relatives Treibhauspotenzial sind:

Wasserdampf

Das wichtigste Treibhausgas in der Erdatmosphäre ist Wasserdampf.^[4][5] Durch den Temperaturanstieg der letzten hundert Jahre nimmt die Wasserdampfmenge in der Atmosphäre zu und der Treibhauseffekt wird weiter verstärkt. Wasserdampf wird daher unter den derzeitigen Bedingungen als Komplex behandelt Feedback-Mechanismus im Klimasystem berücksichtigt.

Steigt an einer bestimmten Stelle die Wasserdampfmenge in der Atmosphäre, wird die Luft dort durch die Verstärkung des Treibhauseffekts wärmer. Dies kann dazu führen, dass mehr Wasser verdunstet, was die Luftfeuchtigkeit weiter erhöht und den Treibhauseffekt weiter verstärkt. Das ist positiv Feedback. Aufgrund einer höheren atmosphärischen Temperatur hat die Atmosphäre einen höheren Taupunkt wo der Wasserdampf kondensiert, entsprechend der Clausius-Clapeyron-Gesetz. Je nach Umständen unterschiedliche Typen Wolken oder Nebel entstehen oder verschwinden. Mit zunehmender Bewölkung nimmt die auf die Erdoberfläche gelangende Sonneneinstrahlung ab, was die weitere Verdunstung und den Temperaturanstieg verlangsamt. Weil Wolken es machen Sonnenlicht reflektieren Außerdem wird weniger Wärme von der Atmosphäre aufgenommen. Dies ist ein negatives Feedback. Die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre hängt stark vom Standort und den Bedingungen ab. Außerdem sind Wasserdampf und Wolken Wind und der atmosphärische Zirkulation über kürzere und längere Strecken bewegt.

Wasserdampf spielt eine zentrale Rolle bei der Wasserkreislauf. Dieser Wasserkreislauf ist ein wesentlicher Bestandteil des Wärmemanagements der Atmosphäre und bildet ein sehr komplexes nichtlineardynamisches System die mit anderen Systemen verbunden und verflochten ist. Wegen der Komplexität dieser Systeme ist es schwierig, Modellrechnung oder eine durchschnittliche Wasserdampfkonzentration der Atmosphäre mittels Messgeräten zu berechnen oder zu messen, die erst seit der Zeit der Satelliten (ab ca. 1980) mit hinreichender Zuverlässigkeit gemessen wird. Da die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre die Wolkenbildung und die Größe der polaren Eiskappen beeinflusst, die die Temperaturen senken, während es als Treibhausgas die Temperatur erhöht, ist es schwierig, den Einfluss von Wasserdampf auf das Klima unter allen Bedingungen zu bestimmen.^[6]

Darüber hinaus beeinflusst auch die Konzentration von Rußpartikeln und anderen Schadstoffen in Rauchgasen die Wolkenbildung. Am stärksten sind diese Effekte in Industriegebieten, in denen viele Treibhausgase produziert werden. In der geologischen Vergangenheit vulkanische Aktivität und groß Naturkatastrophen bestimmte Wolkenbildung und Temperatur auf der Erde. In solchen Fällen reichen die Daten zu Temperatur und Luftfeuchtigkeit nicht aus, um den Einfluss von Wasserdampf auf Wetter und Klima zu bestimmen.

Die Verteilung und Form von Landmassen und ihre Anwesenheit Ökosysteme beeinflussen auch die Wasserdampfkonzentration in der Atmosphäre. Bergketten, Wüsten und Savannen haben in der Regel den Effekt, dass die darüber strömende Luft ausgetrocknet wird, sodass die dahinter liegenden Bereiche trockener sind. Bewaldete Flächen nehmen Wasser in der Regel gut auf und geben leicht Wasserdampf ab. Tropischer Regenwald als Puffer für Wasser wirken. Die Verteilung der Landmasse und des Niederschlagsmusters in der Nähe von Polargebieten bestimmt zum Teil die Größe der Eisschilde.

Emissionen und Konzentrationen

Siehe für CO Zie₂-Messungen des Artikels Kohlendioxid.

Die Quellen von Treibhausgasen sind natürliche und vom Menschen verursachte Emissionen. Vom Menschen verursachte Emissionen stammen hauptsächlich aus Energie (25%), Landwirtschaft und Viehzucht (20,4%), Industrie (18%) und Verkehr (14%),^[7] Aber auch im Gesundheitswesen eingesetzte Gase leisten einen wesentlichen Beitrag. Zum Beispiel die Wirkung des Anästhetikums Desfluran nicht weniger als 3714 mal so stark wie die von Kohlendioxid. Alle Narkosegase zusammen tragen etwa so viel zur globalen Erwärmung bei wie etwa 1 Million Autos.^[8]

Eine natürliche CO .-Quelle₂ sind Vulkane. Eine biologische Methanquelle sind anaerobe Bakterien in Sümpfen. Konzentrationen und Emissionen von Treibhausgasen werden weltweit von Messstationen gemessen und verfolgt.^[9] 2014 hat die Arbeitsgruppe reaktiver Stickstoff der nitrogen Europäische Wirtschaftskommission der Vereinten Nationen den ENA-Bericht. Darin kam sie zu dem Schluss, dass die europäischen Stickstoffemissionen um 40 % und die Treibhausgasemissionen um 25 bis 40 % reduziert werden, wenn alle Europäer den Anteil tierischer Produkte in ihrer Ernährung halbieren (die demitär Lösung).^[10]

Trotz abgeschlossener Klimaabkommen und ergriffener politischer Maßnahmen steigen die Treibhausgasemissionen weiter an und die Konzentrationen von Treibhausgasen in der Atmosphäre nehmen zu. Jedes Jahr veröffentlicht die Umweltorganisation der Vereinten Nationen eine Bericht zur Emissionslücke von. Der Bericht von 2019 stellt fest, dass die Treibhausgasemissionen immer noch steigen und Bemühungen zur Reduzierung der Emissionen bisher gescheitert sind. Darüber hinaus erwartet der Bericht nicht, dass die Emissionen in den kommenden Jahren sinken werden.^[11]

Globale Trends

Die folgenden Tabellen sind mit den englischen Namen und Abkürzungen der Stoffe versehen. Die Abkürzung FCKW (Chlor-Fluor-Kohlenstoff) übersetzt ins Niederländische als Fluorchlorkohlenwasserstoffe, also: FCKW. Es geht um FCKW-12, FCKW-11, HFCKW-22 und HFKW-134a.

Vergleich des CO₂-Emissionen

Vergleich des CO₂-Emissionen pro MWh, bei 100 % Verbrennungswirkungsgrad:

• Kohle: 709 Pfund oder 322,27 Kilogramm
• Öl: 559 Pfund oder 254,09 Kilogramm
• Erdgas: 399 Pfund^[12][13] oder 181,36 Kilogramm

Siehe auch

• Luftverschmutzung
• Kohlenstoffzyklus

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