Atmosphärische Treibhausgas-Konzentrationen

Bedingt durch seine hohe atmosphärische Konzentration ist Kohlendioxid nach Wasserdampf das wichtigste Klimagas. Die globale Konzentration von Kohlendioxid ist seit Beginn der Industrialisierung um 42 % gestiegen. Demgegenüber war die Kohlendioxid-Konzentration in den vorangegangenen 10.000 Jahren annähernd konstant. Konzentrationen weiterer Treibhausgase tragen ebenfalls zum Klimawandel bei.

Inhaltsverzeichnis

 

Kohlendioxid

Durch das Verbrennen fossiler Energieträger (wie zum Beispiel Kohle und Erdöl) und durch großflächige Entwaldung wird Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre angereichert. Diese Anreicherung wurde durch die Wissenschaft unzweifelhaft nachgewiesen.

Die weltweite Kohlendioxid-Konzentration lag im Jahr 2016 knapp über 400 ppm Kohlendioxid (siehe Abb. „Kohlendioxid-Konzentration (Monatsmittel)“). Ein ppm entspricht einem Molekül Kohlendioxid pro einer Million Moleküle trockener Luft. Hinzu kommen Konzentrationen weiterer Treibhausgase, die ebenfalls zum weltweiten Klimawandel beitragen.

Die Auswertung von Messungen der atmosphärischen Kohlendioxid-Konzentration an den Messstationen des Umweltbundesamtes Schauinsland (Südschwarzwald) und auf der Zugspitze für das Jahr 2015 hat gezeigt, dass in diesem Jahr die Konzentration an beiden Stationen im Jahresdurchschnitt erstmals über 400 ppm lag. Zum Vergleich: Die Kohlendioxid-Konzentration aus vorindustrieller Zeit lag bei etwa 280 ppm. Auf dem Schauinsland lag der Jahresmittelwert 2015 bei 402,5 ppm und auf der Zugspitze bei 400,4 ppm. Auf Deutschlands höchstem Gipfel sind die Messwerte besonders repräsentativ, weil er dauerhaft in der freien Troposphäre liegt. Im Jahr 2016 stieg der Jahresmittelwert auf der Zugspitze auf 404,2 ppm, auf dem Schauinsland lag er bei 405,9 ppm.

Lange Messreihen ergeben ein zuverlässiges Maß für den globalen Anstieg der Kohlendioxid-Konzentration. Dank ihrer Genauigkeit ermöglichen sie es, den Effekt der Verbrennung fossiler Brennstoffe von natürlichen Konzentrations-Schwankungen zu unterscheiden. Auf dieser Grundlage kann die langfristige Veränderung des Kohlendioxid-Vorrats in der Atmosphäre mit Klimamodellen analysiert werden. Während in den 1950er-Jahren der jährliche Anstieg im Mittel noch bei 0,55 ppm Kohlendioxid pro Kubikmeter (m³) Luft lag, stieg er in den vergangenen 15 Jahren auf fast 2 ppm pro Jahr. Gegenüber den 1950er-Jahren wurde damit der globale Kohlendioxid-Anstieg mehr als verdreifacht.

Die Abbildung zeigt die steigende Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre. Demnach wird die globale Kohlendioxid-Konzentration von der WMO im Dezember 2015 mit rund 402 Molekülen pro Millionen Moleküle trockener Luft angegeben.
Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre (Monatsmittel)
Quelle: Umweltbundesamt u.a. Diagramm als PDF
 

Methan

Methan trägt 25-mal so stark zum Treibhauseffekt bei wie Kohlendioxid.

Ende 2014 stieg die weltweite Methan-Konzentration bis auf knapp unter 1.850 ppb (parts per billion: ein Molekül Methan pro einer Milliarde Moleküle trockener Luft).

An der Messstation Zugspitze wurde für 2016 ein Jahresmittelwert von 1.919 ppb errechnet (siehe Abb. „Methan-Konzentration in der Atmosphäre (Monats- und Jahresmittelwerte)“).

Die Abbildung zeigt die Lachgas-Konzentration in der Atmosphäre. Weltweit lag sie im Jahr 2014 bei rund 329 Molekülen Lachgas pro einer Milliarde Moleküle trockener Luft.
Methan-Konzentration in der Atmosphäre (Monats- und Jahresmittelwerte)
Quelle: Umweltbundesamt u.a. Diagramm als PDF
 

Lachgas

Lachgas (Distickstoffmonoxid) trägt 298-mal so stark zum Treibhauseffekt bei wie Kohlendioxid.

Weltweit lag die Lachgas-Konzentration im Jahr 2015 knapp über 328 ppb (parts per billion: ein Molekül Lachgas pro einer Milliarde Moleküle trockener Luft) (siehe Abb. „Lachgas-Konzentration in der Atmosphäre (Monatsmittelwerte)“).

Die Abbildung zeigt den Beitrag der Treibhausgase zum Treibhauseffekt. Kohlendioxid trägt mit 66 Prozent dazu bei, Methan mit 17 Prozent, Lachgas mit 6 Prozent, die F-Gase teilen sich den Rest.
Lachgas-Konzentration in der Atmosphäre (Monats- und Jahresmittelwerte)
Quelle: Umweltbundesamt u.a. Diagramm als PDF
 

Beitrag langlebiger Treibhausgase zum Treibhauseffekt

Die langlebigen Treibhausgase tragen insgesamt mit 3,027 W/m² zur globalen Erwärmung bei (Stand Ende 2016, Quelle: NOAA, USA, Spring 2017). Verglichen mit dem Stand von 1990 ergibt dies eine Zunahme von fast 40 Prozent (%). Kohlendioxid (CO2) und atmosphärischer Wasserdampf sind hier die beiden Treibhausgase mit dem stärksten Beitrag, wobei der sehr mobile und wechselnd wirkende Wasserdampf noch einen deutlich stärkeren Effekt zeigt. Atmosphärisches CO2 aber bleibt der vom Menschen verursachte Hauptantrieb, denn steigender Wasserdampf in der Atmosphäre ist größtenteils eine Reaktion auf die von CO2 und den anderen Klimagasen verursachte Erwärmung.

Wie stark die verschiedenen langlebigen Klimagase im Einzelnen zur Erwärmung beitragen, ist in der Abbildung „Beitrag zum Treibhauseffekt durch Kohlendioxid und langlebige Treibhausgase“ zu sehen. Der größte Anteil dabei entfällt auf Kohlendioxid mit etwa 66 %, gefolgt von Methan mit 17 %.

Die Abbildung zeigt den Beitrag der Treibhausgase zum Treibhauseffekt. Kohlendioxid trägt mit 65 Prozent dazu bei, Methan mit 17 Prozent, Lachgas mit 6 Prozent, die F-Gase teilen sich den Rest.
Beitrag zum Treibhauseffekt durch Kohlendioxid und langlebige Treibhausgase
Quelle: National Centers for Environmental Information (NOAA) 5_abb_beitrag-treibhauseffekt-co2-thg_2017-08-07.pdf
 

Obergrenze für die Treibhausgas-Konzentration

Um die angestrebte Zwei-Grad-Obergrenze der atmosphärischen Temperaturerhöhung mit einer Wahrscheinlichkeit von mindestens 66 % zu unterschreiten, müsste die gesamte Treibhausgas-Konzentration (Kohlendioxid, Methan, Lachgas und F-Gase) in der Atmosphäre bis zum Jahrhundertende bei rund 450 ppm Kohlendioxid-Äquivalenten stabilisiert werden. Dabei ist eine kurzfristige Überschreitung dieses Konzentrationsniveaus möglich. Um die angestrebte Stabilisierung zu erreichen, müssen die globalen Treibhausgas-Emissionen gesenkt werden. In den meisten Szenarien des Welt-Klimarates (IPCC) entspricht dies einer Menge von weltweiten Treibhausgas-Emissionen zwischen 30 und 50 Milliarden Tonnen (Mrd. t) Kohlendioxid-Äquivalenten im Jahr 2030. Im weiteren Verlauf bis 2050 müssten die Emissionen weltweit zwischen 40 % und 70 % unter das Niveau von 2010 gesenkt werden und bis Ende des Jahrhunderts auf nahezu null sinken. Dazu sind verbindliche Zielsetzungen im Rahmen einer globalen Klimaschutzvereinbarung erforderlich.

Im Dezember 2015 vereinbarte die Staatengemeinschaft auf der 21. Vertragsstaatenkonferenz unter der Klimarahmenkonvention (COP21) das Klimaschutz-Übereinkommen von Paris. Darin ist zum ersten Mal in einem völkerrechtlichen Abkommen verankert, dass die durchschnittliche globale Erwärmung auf deutlich unter zwei Grad begrenzt werden soll. Darüber hinaus sollen sich die Vertragsstaaten bemühen, den globalen Temperaturanstieg möglichst unter 1,5 Grad zu halten. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Treibhausgas-Emissionen sobald wie möglich abgesenkt werden. In der zweiten Hälfte des Jahrhunderts soll eine globale Balance der Quellen und Senken von Treibhausgasemissionen (Netto-Null-Emissionen) erreicht werden. Das bedeutet de facto die Dekarbonisierung der Weltwirtschaft und damit einen Ausstieg aus der Nutzung fossiler Energieträger. Enorme Anstrengungen sind notwendig, um dieses Ziel zu erreichen, und zwar nicht nur in Deutschland, sondern in allen Staaten, insbesondere den Industrienationen.

Wir danken der Nationalen Administration für die Ozeane und die Atmosphäre (NOAA Global Monitoring Division) in Boulder, USA und dem Scripps Institut für Ozeanographe, La Jolla, USA für die CO2-Daten des GAW Globalobservatoriums von Mauna Loa, Hawaii und dem Mace Head GAW Globalobservatorium, Irland und dem AGAGE Projekt für die Lachgasdaten.