WASSERDAMPF

Es steht außer Frage, dass dem Wasserdampf beim natürlichen Treibhauseffekt das mit Abstand größte Gewicht zukommt. Ca. 66 % des natürlichen Treibhauseffektes sind auf den Wasserdampf zurückzuführen (UBA) (Abbildung 1).

Pro Grad Temperaturerhöhung steigt die Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasserdampf um 7% ("relative Humidität"). Parallel steigt bei höheren Temperaturen auch die Verdunstung, so daß sich der Wasserdampfgehalt bei einer Klimaerwärmung erhöht. Dies ist der wirkungsvollste der verschiedenen positiven CO2-Rückkopplungsprozesse, und er wird auch bei den Modellrechnungen berücksichtigt (UBA, Archer & Rahmstorf 2010, S. 9 & 47). Archer & Rahmstorf (2010) nehmen an, daß das Wasserdampf-Feedback die vom CO2 ausgehende Erwärmung ungefähr verdoppelt.

Hinweis 1:
Die Stärke des positiven Wasserdampf-Feedbacks für CO2 ist jedoch nicht genau vorherzusagen, da die relative Humidität (die maximale Wasserdampfsättigung bei einer vorgegebenen Temperatur) nicht immer 100% beträgt. Steigende Luftmassen kühlen ab und verlieren dadurch Wasserdampf durch Regen und Wolkenbildung. Wenn die Luft dann wieder sinkt und sich erwärmt, besitzt sie eine geringere relative Humidität. Die Stärke des Wasserdampf-Feedbacks hängt daher auch von der Luftmassenbewegung ab (Archer & Rahmstorf 2010, S. 9).

Hinweis 2:
Lindzen et al. (2001) beobachteten in einer Studie des westlichen tropischen Pazifik, daß die Wolkenbedeckung der höheren Atmosphäre systematisch abnahm, wenn die Meeresoberflächentemperatur anstieg. Wie bei einem Sicherheitsventil könnte ein Teil der Erwärmung hierdurch ausgeglichen werden.
Es wird angenommen, dass hohe Temperaturen zur verstärkten Abregnung der hochatmosphärischen Wolken führen. Hochatmosphärische Wolken wirken wie ein isolierender Deckel für Wärme, die von der Erde in den Weltraum gestrahlt wird und verhindern eine effektive Abkühlung der Atmosphäre. Andererseits können hochliegende Cirrus-Wolken die Sonnenstrahlung kaum abhalten. Eine verminderte hohe Wolkenbedeckung bei erhöhten Temperaturen würde daher den Wärmedeckeleffekt reduzieren und zu einer effektiveren Wärmeabstrahlung in den Weltraum führen.

Selbstverständlich muß der Wasserdampf-Feedback-Mechanismus auch für Temperaturanstiege gelten, die nicht durch CO2 verursacht worden sind (z.B. durch plattentektonische Mechanismen) (Berner & Streif 2004, S. 85).

Laut Solomon et al. (2010) ist der stabile Plateau-Temperaturverlauf 2000-2009 Folge einer Abnahme des stratosphärischen Wasserdampfgehaltes während dieser Zeit. Der deutliche Temperaturanstieg 1980-2000 hingegen fiel mit einem Anstieg des Wasserdampfgehaltes zusammen, so daß der stratosphärische Wasserdampfgehalt als wichtiger Steuerungsmechanismus im 10er-Jahre-Maßstab angesehen werden muß. Solomon et al. (2010) nehmen an, daß der Wasserdampf nur an einigen Stellen die deckelnde Tropopause überwinden und in die Stratosphäre gelangen kann. Solche "deep convection" Löcher existieren z.B. über Verdunstungszonen tropischer Meere. In den letzten 10 Jahren kam weniger Wasserdampf durch diese Löcher hinauf, möglicherweise haben sich diese Verdunstungszonen verschoben (Solomon et al. 2010).

Hinweis:
Der Wasserdampfgehalt der unteren Atmosphärenschichten (Troposphäre) ist auf globaler Ebene nur schlecht messbar. Die quantitative Entwicklung des globalen troposphärischen Wasserdampfgehaltes für die letzten 30 Jahre ist daher relativ unbekannt, wobei allerdings eine allgemeine Zunahme vermutet wird (Noaa's National Climate Data Center).

METHAN

Die Konzentrationen von Methan (CH4) und Lachgas (N2O) stiegen parallel zum CO2 in den vergangenen 150 Jahren an (Abbildung 2). Seit 1999 steigt die Methan-Konzentration nicht mehr an und hat einen Plateauwert erreicht (Abbildung 3).

Die Klimawirkung eines Methan-Moleküls ist etwa 30 mal stärker als die von einem CO2-Molekül, weil die Konzentration von Methan in der Atmosphäre geringer ist und die Methan-spezifischen Absorptionsbanden weniger stark als die vom CO2 gesättigt sind (Archer & Rahmstorf 2010, S. 26)

Methan überdauert viel kürzer als CO2 in der Atmosphäre. Nach durchschnittlich 8 Jahren reagiert Methan mit Sauerstoff und geht in CO2 über (Archer & Rahmstorf 2010, S. 26).

Methan-Quellen sind Sümpfe, Ölbohrungen, Reisanbau, Müllhalden, tauender Permafrostboden und Verbrennung von Biomasse (Archer & Rahmstorf 2010, S. 26).

Schlammvulkane stoßen jährlich Millionen Megatonnen an Methan aus und nehmen dadurch Einfluss auf das Weltklima (Prof. Dr. Achim J. Kopf, Marine Geotechnik am DFG Forschungszentrum der Universität Bremen).

Die schnellste Klimaänderung des Känozoikums (letzte 65 Millionen Jahre) geschah an der Paleozän-Eozän-Grenze vor 56 Millionen Jahren. Die globale Durchschnittstemperatur stieg innerhalb von nur ein paar tausend Jahren um 5-8°C (Jenkyns 2003). Es wird angenommen, daß eine langsame Erwärmung schließlich einen Schwellenwert erreichte und einen schlagartigen Kollaps von Gashydraten an den Kontinentalrändern herbeiführte. Dabei wurden große Mengen an Methan freigesetzt, die über den Methan-Treibhauseffekt eine starke klimatische Erwärmung verursachten.

STICKSTOFFDIOXID / LACHGAS (N2O)

Dies ist ein relativ langlebiges Treibhausgas mit 150 Jahren Verweildauer in der Atmosphäre. Die N2O-Konzentration stieg in den vergangenen 150 Jahren stetig an. Die Hauptquelle für N2O ist die Landwirtschaft (Archer & Rahmstorf 2010, S. 31).

FCKW's

Der Ausstoß von FCKW's wurde 1987 im Montreal Protokoll begrenzt. Seit Anfang der 1990er Jahre ist eine deutliche Verringerung der Zuwachsrate bzw. ein Abfallen der atmosphärischen FCKW-Konzentration zu verzeichnen (Abbildung 4).

OZON

Ozon besitzt die höchsten Konzentrationen in der Stratosphäre. Die stratosphärische Ozon-Konzentration liegt heute um 4% unter dem vorindustriellen, natürlichen Wert. Dies bewirkt einen leichten Abkühlungseffekt, der jedoch durch die parallele FCKW-Zunahme mehr als ausgeglichen wird (Graßl 2007, S. 40).

Je nach Höhenlage und Sonneneinstrahlung überlebt Ozon nur Tage bis Wochen, selten wenige Monate. Es wird tagsüber ständig in der höheren Atmosphäre durch Reaktionen zwischen atomarem und molekularem Sauerstoff nachgebildet, angeregt von ultravioletter Sonnenstrahlung (Graßl 2007, S. 37).

Troposphärisches Ozon spielt keine große klimatische Rolle (Archer & Rahmstorf 2010, S. 32).

CO2-SENKEN

Teilweise wird das emittierte CO2 über längere Zeit in Ozeanen gespeichert und in der Biosphäre gebunden (UBA).

ALLGEMEIN

Zwischen 7 und 13 Mikrometern Wellenlänge besteht ein offenes atmosphärisches Strahlungsfenster, das weder vom Wasserdampf noch von irgendeinem anderen Treibhausgas geschlossen werden kann (Abbildung 1). Hier entweichen 70-90% der Wärmestrahlung der Erdoberfläche ungehindert ins Weltall (Blüchel 2007, S. 89).