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Die Treibhausgase bewirken den sogenannten Treibhauseffekt. Die Erde absorbiert auf der Oberfläche Strahlung von der Sonne, die letztendlich als infrarote Strahlung wieder abgegeben wird. Im Mittel gleichen sich die beiden Effekte weitgehend aus. Treibhausgase verhindern die Abstrahlung von der Erde, lassen aber das Licht von der Sonne, das in einer anderen Wellenlänge vorliegt, durch. Diese langwellige Strahlung von der Erde wird von ihnen absorbiert und in alle Richtungen (damit auch wieder zur Erde zurück) abgegeben. Damit erwärmt sich letztendlich die Oberfläche. Jedes Treibhausgas absorbiert die Strahlung in für ihn spezifischen Bereichen (Absorptionsbande), die je nach Gas recht einfach oder - vor allem bei Kohlendioxid und Wasserdampf sehr komplex ausfallen können (siehe Global Change , Kurs der Iowa State University).
Der Treibhauseffekt ist im Prinzip ein vollkommen natürliches Phänomen und für den Erhalt des Lebens auf der Erde notwendig, da ansonsten die Durchschnittstemperatur zu niedrig liegen würde. Die unter natürlichen Umständen vorkommenden Konzentrationen an Treibhausgasen sorgen dafür, dass die Temperatur durchschnittlich bei 15°C liegt. Ohne den natürlichen Treibhauseffekt läge sie 34°C tiefer.
Der Vollständigkeit halber sollte hier erwähnt werden, dass durch menschliche Aktivitäten auch der Gehalt von Aereosolen in der Atmosphäre erhöht wird. Diese in der Luft befindlichen Partikel beeinflussen die Sonneneinstrahlung, da sie sie reflektieren, und haben daher einen eher abkühlenden Effekt. Es gibt allerdings auch Partikel, die die Strahlung adsorbieren und damit zu einer Erwärmung beitragen. Zudem können sie noch die Wolkenbildung verstärken.
Der Hauptanteil liegt im Fall des CO2 auf der Energieerzeugung und der Industrieproduktion, aber auch die Landwirtschaft spielt eine Rolle. 75% der menschlichen Emissionen entstammen der Verbrennung fossiler Brennstoffe und nur rund 50% werden vom Land und dem Ozean wieder aufgenommen. Seit 1750 hat die Konzentration an CO2 um 31% zugenommen. Mit Hilfe der Eiskernbohrungen ließ sich feststellen, dass dieser Wert der höchste seit 420 000 Jahren ist und dass eine derartige Steigerungsrate (durchschnittlich 0,4% pro Jahr in den letzten beiden Jahrzehnten) seit 20 000 Jahren nicht festzustellen ist. Derzeit liegt die Konzentration in der Luft bei 367 ppm.
Die Emissionen von Methan entstammen größtenteils ebenfalls der Verbrennung fossiler Brennstoffe und der Landwirtschaft. Die heutigen Konzentrationen liegen um 151% höher als 1750. Allerdings sind hier nur insgesamt 50% der Emissionen menschlichen Ursprunges.
Distickstoffoxid stammt ebenfalls nur zu 30% aus anthropogenen Quellen. Seit 1750 ist der Anteil in der Atmosphäre um 17% gewachsen. Die Konzentrationen einiger Fluorkohlenwasserstoffe gehen hingegen zurück. Das betrifft allerdings nur diejenigen, die gleichzeitig auch die Ozonschicht schädigen. Das liegt an den zum Schutz der Ozonschicht getroffenen Vorkehrungen, die darauf drängten, diese Stoffe zu ersetzen. Die Ersatzstoffe sind zwar nicht in der Lage, die Ozonschicht zu schädigen, aber sie sind nachwievor klimawirksam und ihre Konzentrationen sind ansteigend. Gleiches gilt für Schwefelhexafluorid und die perfluorierten Kohlenwasserstoffe.
| Treibhausgas | CO2_Äquivalenzwert |
| Methan | 21 |
| Fluorkohlenwasser | 140 - 11 700 |
| Perfluorierte Kohlenwasserstoffe | 6 500 - 11 700 |
| Distickstoffoxid | 310 |
| Schwefelhexafluorid | 23 900 |
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