Was ist Treibhauseffekt?
Könnten sie das bitte verständlich und leicht erklären. Danke
3 Antworten
Die Erdatmosphäre enthält Gase, die kurzwellige Sonnenstrahlung zum großen Teil passieren lassen, (langwellige) Wärmestrahlung jedoch absorbieren und damit das System erwärmen. In Analogie zu einem Treibhaus – das Sonnenstrahlung durchlässt und Wärmestrahlung „festhält” – werden diese Gase auch als Treibhausgase bezeichnet. Vor allem Wasserdampf und Kohlendioxid absorbieren einen Teil der von der Erdoberfläche abgegebenen Wärmestrahlung und verringern deshalb den Anteil der in den Weltraum abgegebenen Wärmestrahlung. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt wäre die Erde vereist.
Als "anthropogenen Treibhauseffekt" wird nun der Anteil der Erwärmung der Atmosphäre bezeichnet, der dadurch zustande kommt, dass wir Menschen zusätzlich zu den natürlich in der Atmosphäre vorkommenden Treibhausgasen (die entstehen natürlich durch Zersetzung von organischem Material, Verdauungsvorgänge, Vulkanismus, …) zusätzliche Mengen dieser Treibhausgase freisetzt. Dadurch, dass wir CO₂, Methan, Lachgas, etc. in großen Mengen in die Luft pusten, werden die natürlichen Prozesse verstärkt. CO₂ spielt dabei die wichtigste Rolle, weil es den größten Anteil am menschengemachten Treibhauseffekt hat. Methan, Lachgas und andere Gase werden von uns ebenfalls emittiert und haben sogar einen stärkeren Effekt bei gleichen Mengen an Gas in der Atmosphäre, haben aber nicht so einen großen relativen Anteil am Gesamteffekt. Dadurch dass durch die menschlichen Emissionen die Konzentration dieser Gase in der Atmosphäre steigt, wird mehr Wärmestrahlung/-energie in der Atmosphäre "gefangen", es wird wärmer, die Atmosphäre nimmt mehr Wasserdampf auf, etc.
Auf atomarer Ebene funktioniert der Treibhauseffekt folgendermaßen:
Zweiatomige Molekül (O₂, N₂) können durch Energiezufuhr nur entlang der Bindungsachse zu Schwingungen angeregt werden (Streckschwingung oder Valenzschwingung). Bei mehratomigen Molekülen mit bewegten elektrischen Ladungen dagegen ergibt sich durch weitere, voneinander unabhängige Schwingungsarten ein komplizierteres Schwingungsverhalten (Normalschwingungen), hierzu gehört das CO₂. Andere mehratomige Moleküle - in der Atmosphäre z.B. Wasserdampf und Methan - ändern nach einer Anregung durch Wärmestrahlung ihr Dipolmoment, es kommt also durch weitere voneinander unabhängige Schwingungsarten zu einem unsymmetrischen Schwingungsverhalten. Dieses Verhalten ist frequenzabhängig, es werden also nur bestimmte Frequenzbereiche absorbiert, was daran liegt, dass die anregende Strahlung im Bereich der Rotationsniveaus von kleinen Molekülen bzw. des Schwingungsniveaus der Molekülbindungen liegen muss, damit es zu einer Schwingungsanregung der Bindungen kommt. Wichtig für den Treibhauseffekt ist nun, dass die Strahlung, wenn das Molekül wieder in seinen Grundschwingungszustand zurückkehrt, in verschiedene Richtungen, also teilweise auch wieder in Richtung Erdoberfläche abgegeben wird. Ein Teil der Energie, die das Treibhausgas-Molekül aufgenommen hat, gibt es auch durch Konduktion direkt an benachbare Luftmoleküle ab.
Einfache, aber sehr simplifizierte Erklärung:
Die von der Erde abgestrahle langwellige Strahlung ist proportional zur vierten Potenz der Temperatur.
Nun absorbieren bestimmte Gase genau einen wesentlichen Teil dieser Infrarotstrahlung - siehe z.B. bei 15μm:
Nach dem Kirchhoffschen Strahlungsgesetz wird der absorbierte Teil jedoch auch wieder emittiert. Da diese Emission aber zu 50% auch wieder zur Erde gerichtet ist, geht nur die Hälfte dieser Strahlung in den Weltraum, der andere Teil geht wieder auf die Erde zurück. Diese muss sich daher erwärmen, um letztendlich genauso viel abstrahlen zu können, wie es ohne absorbierende Treibhausgase der Fall wäre.
Hier ein stark vereinfachtes Modell, wo die absorbierende Atmospähre als einzige Schicht modelliert wird. In Wirklichkeit sind die Tatsachen viel komplizierter, aber im Grunde sieht man hier gut das Prinzip: es ist eine im Großen und Ganzen eine energetische Bilanzrechnung.
Der Treibhauseffekt ist ein Prozess, bei dem die Strahlung der Erdatmosphäre die Oberfläche des Planeten erwärmt. Dieser Prozess ist wichtig für die Aufrechterhaltung der Temperatur auf der Erde und für das Leben. Wenn das Sonnenlicht die Erdoberfläche erreicht, wird ein Teil davon absorbiert und erwärmt den Boden. Der warme Boden sendet dann Wärmestrahlung aus, die hauptsächlich in Form von Infrarotstrahlung auftritt. Diese Strahlung wird von Treibhausgasen in der Erdatmosphäre, wie Kohlendioxid und Methan, absorbiert, die die Wärme einfangen und verhindern, dass sie in den Weltraum entweicht. Dieser Prozess wird als Treibhauseffekt bezeichnet, da er wie ein Treibhaus wirkt und die Wärme in der Erdatmosphäre einschließt.