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Ist CO2 nicht total harmlos?

Kohlendioxid ist einer der wichtigsten Bausteine des Lebens auf der Erde. Gleichzeitig wird es für den Klimawandel verantwortlich gemacht, obwohl sein Anteil an der Atmosphäre verschwindend gering ist. Wie passt das zusammen?

04.11.2019
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Ohne Kohlendioxid (CO2) könnten Pflanzen und damit auch Tiere und Menschen nicht überleben. CO2ist grundsätzlich ein gesundheitlich unbedenkliches Gas und spielt eine zentrale Rolle beim Wachstum von Pflanzen, Algen und Bakterien. Ohne Kohlendioxid in der Atmosphäre käme nicht nur die Photosynthese – Pflanzen nehmen Kohlendioxid auf, während zeitgleich Sauerstoff in die Umwelt abgegeben wird – zum Erliegen, auch große Teile unseres Planeten würden sich innerhalb kurzer Zeit in eine Eiswüste verwandeln. Grund dafür ist der Treibhauseffekt: Sobald Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche treffen, wird deren Energie absorbiert und ein Großteil in Form von Wärmestrahlung wieder in Richtung Weltall geschickt. Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan reflektieren Teile der Wärmestrahlung zurück zur Erdoberfläche und erwärmen dadurch unser Klima.

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Ohne Treibhausgase und speziell Kohlendioxid in der Atmosphäre wäre das Leben, wie wir es kennen, nicht vorstellbar. Und das, obwohl der Anteil des Gases in der Atmosphäre äußerst gering ist. Dieser Umstand wird von Klimawandelskeptikern oft als Grundlage für ihren Zweifel herangezogen: CO2 mache nur 0,04 Prozent der Erdatmosphäre aus und könne deshalb keinen bedeutenden Einfluss auf das Klima haben. Ohnehin sei der Einfluss des Menschen auf den Kohlenstoffkreislauf zu vernachlässigen. Und überhaupt sei CO2 als pflanzliche Nahrung Grundlage so gut wie allen Lebens auf der Erde – eine Anreicherung in der Atmosphäre wäre sogar von Vorteil.

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Können 0,04 Prozent eine Rolle spielen?

Es ist wahr, dass Kohlendioxid lediglich 0,04 Prozent am Gasgemisch der Atmosphäre ausmacht. Sauerstoff und Stickstoff machen mit insgesamt 99 Prozent dagegen den Großteil unserer Luft aus.

Von Klimawandelskeptikern wird oft verschwiegen, dass Gase wie Sauerstoff, Stickstoff und Argon, also über 99 Prozent der atmosphärischen Gasbestandteile, überhaupt keinen Beitrag zum Treibhauseffekt leisten. Dabei ist genau das der Schlüssel zum Verständnis der Bedeutung von CO2. Aufgrund des inneren Aufbaus und der daraus folgenden physikalischen Eigenschaften sind ausschließlich bestimmte Moleküle in der Lage, Wärmestrahlung zu absorbieren und die Atmosphäre aufzuheizen. Darunter etwa Wasser, Kohlendioxid und Methan. Ausschließlich diese als Treibhausgase bezeichneten Gase sind für den Klimawandel relevant – trotz ihres kleinen Anteils an allen Gasen.

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Das restliche Prozent verteilt sich auf Edel- und Spurengase wie Argon, Wasser, Stickoxide, Methan und eben Kohlendioxid.

Wann ist ein Gas ein Treibhausgas?

Trifft Wärmestrahlung auf ein CO2-Molekül, treten bestimmte Arten von Schwingungen auf. Dabei ändert sich die Ladungsverteilung des Moleküls, was dazu führt, dass es Wärmestrahlung aufnehmen kann. Größere Moleküle, wie Methan und FCKWs, schwingen in weitaus mehr Varianten. Sie können noch mehr Wärmestrahlung aufnehmen und haben damit ein Vielfaches des Treibhauspotenzials von CO2. Sauerstoff und Stickstoff sind aus zwei Atomen aufgebaut und können nicht in der gleichen Art schwingen. Deshalb können sie keine Wärmestrahlung aufnehmen.

Die Gesamtmenge an CO2 zählt

Viel wichtiger als der relative Anteil ist deshalb die Gesamtmenge an CO2 in der Atmosphäre. Das Hinzufügen einer großen Anzahl von energieabsorbierenden CO2-Molekülen ändert zwar nur sehr wenig an ihrem prozentualen Anteil am Gesamtgemisch. Eine große Wirkung entfalten sie aber trotzdem. Deutlich wird das beim Vergleich mit dem Konsum von Alkohol: Eine Erhöhung des Blutalkoholspiegels von 0,1 auf 0,3 Prozent mag klein erscheinen, kann aber den Unterschied zwischen einem geselligen Abend und einem Aufenthalt in der Notaufnahme bedeuten.

Das heißt: Für die Erderwärmung ist nicht der relative CO2-Anteil von 0,04 Prozent aussagekräftig. Wichtig ist ausschließlich die gesamte Menge an Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen, die sich in der Atmosphäre befinden.

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Wasserdampf beschleunigt Erderwärmung

Interessanterweise leistet Wasser unter allen Treibhausgasen den größten Beitrag zum globalen Treibhauseffekt. Das im Zentrum stehende Kohlendioxid steht mit gut 26 Prozent erst an zweiter Stelle.

Doch trotz des größten Anteils, ist Wasserdampf nicht die Ursache für die jüngste Erwärmung unseres Klimas. Das liegt daran, dass die Atmosphäre nur eine begrenzte Menge Wasserdampf aufnehmen kann, bevor dieser kondensiert und als Regen wieder zurück auf die Erde fällt. Zahlreiche Untersuchungen der letzten Jahrzehnte aus dem Weltall und an der Erdoberfläche haben Kohlendioxid als Hauptverursacher der globalen Erderwärmung bestätigt. Nichtsdestotrotz kann Wasserdampf die Klimaerwärmung indirekt beschleunigen. Je höher die Temperatur, desto mehr Wasser wird in der Luft gespeichert. Dadurch wird eine durch CO2 verursachte Erderwärmung nochmals verstärkt.

Oft werden natürliche Ursachen wie die Sonnenaktivität02 oder der Vulkanismus für die jüngste Erderwärmung verantwortlich gemacht. Die nachfolgende interaktive Grafik zeigt die Beiträge verschiedener Faktoren zum globalen Temperaturanstieg seit 1850.

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Menschengemachte und natürliche Faktoren der Erderwärmung zwischen 1850 und 2017

Einzelwerte erscheinen beim Darüberfahren.  | Quelle: Carbon Brief 2017

Unbestreitbar ist, dass Treibhausgase wie Kohlendioxid die Triebkräfte der jetzigen Erderwärmung darstellen. Natürliche Ursachen können so gut wie ausgeschlossen werden. In der Vergangenheit kam es vor, dass zuerst die globale Temperatur anstieg und erst danach eine Zunahme an COin der Atmosphäre mittels Eisbohrkernanalysen festgestellt werden konnte. Auch wenn ursprüngliche Temperaturerhöhungen in der Geschichte auf andere Faktoren wie die Sonne oder Vulkanismus zurückzuführen waren, so verstärkte der zusätzliche CO2-Ausstoß die Erwärmung erheblich.

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Mensch ist für 4 Prozent des Kohlenstoffumsatzes verantwortlich

Ein Zusammenhang zwischen COund dem globalen Temperaturanstieg wird von kaum jemanden noch bestritten. Skepsis besteht jedoch beim Einfluss des Menschen auf den Kohlenstoffkreislauf. So heißt es, der Mensch sei sowieso nur für einen Bruchteil der gesamten CO2-Emissionen verantwortlich. Es sei daher nicht notwendig oder ineffektiv, Klimaschutzmaßnahmen zu ergreifen. Wahr ist, dass der Mensch tatsächlich „nur“ vier Prozent zum globalen Kohlenstoffkreislauf beiträgt, wohingegen 96 Prozent auf Land- und Meeresökosysteme entfallen.

Allerdings stehen den natürlichen Kohlenstoffquellen im gleichen Ausmaß sogenannte Kohlenstoffsenken gegenüber. Das System ist also im Gleichgewicht. Erst die Verbrennung von fossilen Energieträgern hat einen Kohlenstoff-Überschuss zur Folge und erhöht die Konzentration von COin der Luft. Erstaunlicherweise kompensiert die Natur mehr als die Hälfte dieser menschengemachten Kohlenstoffemissionen durch eine vermehrte Aufnahme von COaus der Atmosphäre. Ohne diesen Mechanismus wäre der bisherige globale Temperaturanstieg weitaus dramatischer ausgefallen.

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Oft wird auch behauptet, die jüngste Zunahme der CO2-Emissionen sei auf Vulkanismus zurückzuführen, und selbst die Atmung des Menschen stoße mehr Kohlenstoff in die Atmosphäre aus, als die Verbrennung fossiler Energieträger.

Wahr ist: In der Realität schwankt der Kohlenstoffausstoß durch Vulkane zwischen 0,04 und 0,07 Gigatonnen pro Jahr. Das ist nicht einmal ein Hundertstel der Menge, die aus menschengemachten Quellen stammen.

Sogar die Atmung der Menschheit trägt mit 0,7 Gigatonnen Kohlenstoff einen zehnfach höheren Anteil als Vulkane bei. Unsere Körper verwandeln Kohlenhydrate, Fette und Proteine in Energie, Wasser und CO2. Als atmender Organismus bildet auch der Mensch einen Teil des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs. Unsere Nahrung stammt anders als fossile Energieträger aus nachwachsender Biomasse, womit in Summe in etwa gleich viel Kohlenstoff in die Atmosphäre abgegeben wird, wie ihr zuvor entzogen wurde.

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COals Pflanzennahrung

In der Debatte über Ursachen und Folgen des Klimawandels wird die erhöhte Menge an Kohlendioxid oft verharmlost oder sogar als vorteilhaft gesehen. In einem offenen Brief von Klimawandelskeptikern an die Vereinten Nationen von Ende September 2019 hieß es:

„Zusätzliches COin der Luft hat das Wachstum der globalen Pflanzenbiomasse gefördert. Es ist auch gut für die Landwirtschaft und erhöht die Ernteerträge weltweit.“

Wahr ist, dass das in Glashäusern unter optimierten Bedingungen tatsächlich der Fall ist. Viele Gärtner machen sich diesen Umstand zunutze. Schwieriger ist die Situation in natürlicher Umgebung unter freiem Himmel. Dort zeigte sich, dass ansteigende CO2-Konzentrationen zu erhöhtem Wasser- und Düngermittelbedarf, niedrigerer Nährstoffdichte von Nahrungsmitteln und einer höheren Krankheitsanfälligkeit führten. Ganz zu schweigen von dem Hitze- und Dürrestress, dem viele Pflanzen aufgrund des globalen Temperaturanstiegs ausgesetzt sind.

Viele Argumente der Klimawandelskeptiker klingen auf den ersten Blick schlüssig und logisch, bei näherer Betrachtung der gesicherten Fakten wird aber klar: Der durch Menschen verursachte Ausstoß von Treibhausgasen ist die Ursache der Erderwärmung. 

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Quellen

  • Earth Fact Sheet – Atmospheric composition, National Aeronautics and Space Administration (NASA 2019).
  • Skeptical Science: COlags temperature (2015), How do we know more CO2 is causing warming (2015), How do human CO2 emissions compare to natural CO2 emissions (2015), Plants cannot live on CO2 alone (2015).
  • Kiehl, Jeffrey T., and Kevin E. Trenberth. “Earth’s annual global mean energy budget.” Bulletin of the American Meteorological Society 78.2 (1997): 197-208
  • Zeke Hausfather, “Analysis: Why scientists think 100% of global warming is due to humans”, Carbon Brief 2017.
  • Earth Observatory – Carbon Cycle, National Aeronautics and Space Administration (NASA 2019).
  • Nikki Withers, “How much does human breathing contribute to climate change?”, Science Focus – British Broadcasting Corporation (BBC).
04.11.2019

Das Rechercheteam

Timo Küntzle

Timo Küntzle, geboren 1974 in Karlsruhe, ist Journalist und hat ein Diplom in Agrarwissenschaften. Nach seinem Studium (Fachrichtung Pflanzenbau) und einem Redaktions-Volontariat, arbeitete er als Redakteur und Reporter für die Nachrichtenredaktionen von Puls 4 und Servus TV, später als Moderator und Gestalter für das Wissensformat „Na Servus – das Wetter auf Servus TV“ sowie für „Servus am Morgen“. Zuletzt schrieb er regelmäßig Beiträge für das Ressort „Wissen und Innovation“ der Tageszeitung „Die Presse“.

Carla Marquez
Dennis Meyer

Dennis Meyer glaubt an die Macht der Bilder und des Wortes. Der Kulturwissenschaftler wurde also Fernsehjournalist. Nach Stationen beim ZDF und bei Spiegel TV zog der Hamburger nach Salzburg. Zunächst arbeitete er als freier Autor und Gestalter, dann in der Redaktion von „Talk im Hangar-7“. Jetzt widmet er sich Reportagen und Dokumentationen über Themen, die bewegen.

Johannes Strobl
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