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Letzte Änderung: 17.09.2009
Klima wird beschrieben durch den mittleren Zustand, charakteristische Extremwerte und Häufigkeitsverteilungen meteorologischer Größen wie zum Beispiel Luftdruck, Wind, Temperatur, Bewölkung und Niederschlag , bezogen auf einen längeren Zeitraum und ein größeres Gebiet.
Aus eigenem Erleben, z.B. von Urlaubsfahrten wissen wir, dass das Klima räumlich variiert. Dass sich das Klima auch im Laufe der Zeit ändert, wissen wir mindestens aus der Kenntnis über die letzte Eiszeit, die große Teile des heutigen Deutschlands unter einen Eispanzer setzte und bekannte katastrophale Folgen für das bis dahin hier vorhandene Leben hatte.
Aus der paläoklimatologischen Forschung (Untersuchung vergangener Klimaentwicklungen) sind Schwankungen der globalen Mitteltemperatur in den letzten Millionen Jahren zwischen 9°C und 16°C bekannt. Deshalb bewegte die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schon lange die Frage nach dem "Warum" der beobachteten Klimaänderungen. Vereinfacht lassen sich folgende Ursachen dafür anführen:
Mit Ausnahme der Variation geoastrophysikalischer Parameter können die Veränderungen sowohl natürliche (z. B. Vulkanismus) als auch anthropogene (= durch den Menschen erzeugte) Ursachen haben.
Bis zum Beginn der Industrialisierung waren die Auswirkungen menschlicher Eingriffe lokal oder regional begrenzt. Seit der Industrialisierung werden jedoch deutliche überregionale und globale Änderungen im Stoffhaushalt der Atmosphäre als Folge menschlichen Wirkens beobachtet.
Ausdruck dafür ist der Anstieg der Treibhausgase. Die Konzentrationen der Treibhausgase nehmen seit 1750 in der gesamten Atmosphäre zu. So stiegen die Konzentrationen von Kohlendioxid (CO2) bis zum Jahr 2005 um über 35 %, die des Methans (CH4) um 148% und die des Distickstoffmonoxids (N2O) um 18% weltweit gegenüber den Werten vorindustrieller Zeiten.
Abbildung: Monatsmittel der atmosphärischen CO2-Konzentrationen aus Messungen des Observatoriums auf dem Mauna Loa (Hawaii)
Quelle: Dr. Pieter Tans, NOAA/ESRL
Die Gründe hierfür sind vielfältig. Sie liegen im starken Anstieg der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl oder Erdgas ebenso wie in der Ausweitung der industriellen Produktion, in Änderungen bei der Landnutzung oder in der Ausweitung der Viehwirtschaft. Auch völlig neue Stoffe wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Halone (enthalten Bromatome im Molekül) vollfluorierte Kohlenwasserstoffe (FKW), teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (H-FKW), und Schwefelhexafluorid (SF6), die fast ausschließlich durch den Menschen erzeugt werden, gelangen in die Atmosphäre.
Alle diese Stoffe und Gase, zu denen auch Wasserdampf und Ozon gehören, haben eine besondere Eigenschaft. Sie lassen die von der Sonne (vor allem im sichtbaren, kurzwelligen Bereich) auf die Erde gelangende, energiereiche Strahlung relativ ungehindert passieren, absorbieren teilweise aber die im Gegenzug von der erwärmten Erdoberfläche abgegebene langwellige Strahlung.
Hierdurch werden die Moleküle dieser Gase in einen so genannten energetisch angeregten Zustand versetzt, um nach kurzer Zeit unter Emission (Aussendung) infraroter Strahlung wieder in den ursprünglichen Grundzustand zurückzukehren. Die Emission von Wärmestrahlung erfolgt in alle Raumrichtungen, d.h. zu einem erheblichen Anteil auch zurück zur Erdoberfläche ("thermische Gegenstrahlung"). Damit diese zusätzlich zugeführte Energiemenge dennoch abgestrahlt werden kann (dies muss aus Gründen der Energieerhaltung bzw . des dynamischen, energetischen Gleichgewichts erfolgen, in dem sich Erde und Atmosphäre im Mittel befinden), muss die Erde eine entsprechend höhere Temperatur aufweisen. Dies ist, kurz und vereinfacht gesagt, die Natur desTreibhauseffektes. Die dabei beteiligten Gase werden allgemein als "Treibhausgase" bezeichnet.
Die Wirkung des Treibhauseffektes ist erheblich. Ohne die natürlicherweise vorkommenden Treibhausgase wäre ein Leben auf unserem Planeten gar nicht möglich. Statt der vorherrschenden globalen, bodennahen Mitteltemperatur von ca. 15Grad Celsius, hätten wir ohne natürlichen Treibhauseffekt eine mittlere Temperatur von etwa - 18Grad Celsius und die Erde wäre vereist. Der natürliche Treibhauseffekt sichert also unser irdisches Leben.
Durch die Zunahme der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre kommt es zu einem zusätzlichen Treibhauseffekt und zu einem Anstieg der bodennahen Lufttemperatur. Der natürliche Treibhauseffekt ist also lebensnotwendig - seine Verstärkung durch menschlichen Eingriff aber gibt Anlass zur Sorge. Jede Veränderung eines Klimafaktors (hier der Zusammensetzung der Atmosphäre) kann über vielseitige Wechselwirkungen zu weit reichenden und raschen Änderungen im gesamten Klimasystem führen. Da die Ökosysteme und auch unsere Zivilisation an die derzeitigen Klimabedingungen angepasst sind, können solche Änderungen bedrohliche Folgen haben.
Welche Auswirkung die Zunahme der atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen auf das Klima hat, ist nicht so einfach zu beantworten. Da es keine einfachen Ursache-Wirkungsketten im Klimasystem gibt, hat die Änderung eines Parameters (z.B. der Strahlung) die Änderung vieler Parameter (z.B. Temperatur, Luftdruck, Verdunstung, Bewölkung usw.) zur Folge. Darüber hinaus kommt es auch noch zu positiven und negativen Rückkopplungen (Verstärkungen und Abschwächungen der Wirkungen von Prozessen). Deshalb ist es nötig, Klimamodelle einzusetzen und mit Hilfe hochleistungsfähiger Computer mögliche künftige Klimaänderungen zu simulieren.