Taschenlehrbuch Biologie - Evolution - Oekologie

sich in der Erdatmosphäre Sauerstoff an und allmählich bildete sich die Ozonschicht aus. Die heutige Erdatmosphäre setzt sich hauptsächlich zusammen aus 78 Vol% Stickstoff, 21 Vol% Sauerstoff, ca. 0,03 Vol% Kohlendioxid und verschiedenen Spurengasen wie Stickoxide, Edelgase und diversen flüchtigen organischen Verbindungen. Die Atmosphäre ist aus mehreren Schichten aufgebaut, die durch Temperaturunterschiede abgegrenzt sind (Abb. 6. 3 ). Die unterste, bodennahe Schicht wird als Troposphäre bezeichnet. Sie reicht in eine Höhe von 10–15 km und bestimmt das Klima der Erde. Daran schließt sich die bis in 50 km Höhe reichende Stratosphäre an. Sie enthält den größten Teil des stratosphärischen Ozons. Die Mesosphäre (50–80 km) und die Thermosphäre (80–400 km) bilden die äußeren Schichten. Darüber beginnt das Weltall.

    Abb. 6. 3 Durch unterschiedliche Temperaturen ergibt sich die typische Schichtung der Erdatmosphäre.
    Entscheidend für das Klima auf der Erde ist der natürliche Treibhauseffekt . Hierunter wird das Verhalten der Atmosphäre verstanden, kurzwellige Sonnenstrahlung fast ungehindert zur Erde hindurchzulassen und die von der Erdoberfläche emittierte langwellige Wärmestrahlung zu absorbieren. Die wesentlichen klimarelevanten Gase sind Wasserdampf (H 2 O), Kohlendioxid (CO 2 ), Ozon (O 3 ), Distickstoffoxid (N 2 O) und Methan (CH 4 ) sowie weitere Spurengase. 60 % des natürlichen Treibhauseffekts sind auf Wasserdampf zurückzuführen. Durch die wärmeisolierende Wirkung dieser Gase liegt die mittlere Temperatur auf der Erde bei etwa 15 °C.
    Tab. 6. 1 Natürliche klimarelevante Gase und ihr Beitrag zum natürlichen Treibhauseffekt (nach Kondratyev und Moskalenko, 1984).
Treibhausgas
Beitrag zum natürlichen Treibhauseffekt (%)
H 2 O (Wasserdampf)
62
CO 2 (Kohlendioxid)
22
O 3 (bodennahes Ozon)
7
N 2 O (Distickstoffoxid)
4
CH 4 (Methan)
2,5
sonstige Gase
2,5
6.3.1 Der anthropogene Treibhauseffekt
    Durch anthropogene Aktivitäten wie das Verbrennen fossiler Brennstoffe (Kohle, Öl und Gas), die Rodung der Wälder für eine landwirtschaftliche Nutzung mit anschließender Verbrennung der nicht genutzten Biomasse und eine intensive Landwirtschaft wird die Zusammensetzung der atmosphärischen Gase zunehmend verändert. Man spricht von einem anthropogenen Treibhauseffekt . Das wichtigste hierzu beitragende Treibhausgas ist Kohlendioxid . Bis zum Beginn der Industrialisierung blieb der Gehalt von CO 2 mit etwa 0,028 Vol% relativ konstant. Seitdem hat die Konzentration auf 0,035 Vol% zugenommen, was einer Steigerung von etwa 27 % entspricht (Abb. 6. 4 ). Die Hauptquelle mit 80 % ist die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Brandrodungen insbesondere in den tropischen Regionen machen etwa 20 % aus. Die Zunahme in den Jahren 1995 bis 2005 war die größte seit der kontinuierlichen Messung im Jahre 1960 (Zunahme von 1,9 ppm). Steigende CO 2 -Konzentrationen führen zu einer Übersäuerung der Ozeane. Der pH-Wert des Oberflächenwassers ist seit Beginn der Industrialisierung um etwa 0,11 pH-Einheiten gesunken. Der erniedrigte pH-Wert ändert die Karbonat-Konzentration im Meerwasser ( Siehe hier ). Das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung Hydrogenkarbonate. Dies wird ökologische Auswirkungen haben. Korallenriffe werden langsamer wachsen, ebenso Muscheln und andere Organismen, die Kalk zum Aufbau von Kalkschalen benötigen.

    Abb. 6. 4 Entwicklung der Konzentration wichtiger Treibhausgase in der Atmosphäre während der letzten 2000 Jahre (nach IPCC, 2007).
    Tab. 6. 2 Anthropogene Treibhausgase (nach Houghton, 2001).

    Neben Kohlendioxid ist auch Methan in erheblichem Maße an der Erwärmung beteiligt. CH 4 ist natürlicher Bestandteil von Erdgas und entsteht beim mikrobiellen Abbau organischen Materials unter anaeroben Bedingungen ( Mikrobiologie ). Zu den wichtigsten Methanquellen gehören natürliche Feuchtgebiete, Nassreisanbau, Mülldeponien und der Verdauungstrakt von Wiederkäuern. Der Gehalt an CH 4 wächst jährlich um 0,015 Vol% und hat sich seit 200 Jahren mehr als verdoppelt.
    Distickstoffmonoxid (N 2 O) stammt vor allem aus Düngemitteln. Es entsteht bei der Reduktion von Nitraten durch nitrifizierende Bakterien ( Mikrobiologie ). Seit Beginn der Industrialisierung hat sich der Gehalt um 13 % erhöht. N 2 O ist ein inertes Gas und entweicht auch in höhere Schichten, wo es zum Ozonabbau beiträgt (s. u.).
    Wasserdampf ist das wichtigste natürliche Treibhausgas. Seine Konzentration