Wenn von der gegenwärtigen außergewöhnlichen Klimaerwärmung die Rede ist, wird oft das Wort „Treibhauseffekt“ genannt. Der „Treibhauseffekt“ sei dafür verantwortlich, dass sich das Klima immer weiter aufheize. Dabei ist zwischen einem natürlichen und einem vom Menschen gemachten, unnatürlichen Treibhauseffekt zu unterscheiden.

Die Atmosphäre der Erde ist im Gegensatz zu einem Gewächshaus (= Treibhaus) kein geschlossenes System. Trotzdem lässt sich zwischen der Atmosphäre der Erde und einem Gewächshaus eine Parallele ziehen: Aufgrund verschiedener Spurengase in der Atmosphäre wird die Wärmestrahlung nicht ungehindert nach außen weitergegeben. Dadurch heizt sich das Gewächshaus wie auch die Troposphäre auf.

Die außergewöhnliche Erwärmung der Troposphäre, wie sie in den letzten Jahrzehnten erfolgt ist, muss nicht unbedingt mit der zunehmenden Konzentration an Spurengasen in der Atmosphäre begründet werden. Auch eine natürlich bedingte Erwärmung kann in Betracht gezogen werden, wobei insbesondere an eine verstärkte Sonnenaktivität und -strahlung zu denken ist. Insofern ist die Erwärmung der Troposphäre an sich noch kein Beleg dafür, dass die Spurengase für die Klimaerwärmung hauptverantwortlich sind und es sich folglich um „Treibhausgase“ handelt. Einen Beleg dafür, dass die Klimaerwärmung tatsächlich in hohem Maße auf die Spurengase zurückzuführen ist, liefert eher die Tatsache, dass sich die Stratosphäre abkühlt und zusammenzieht. Das Abkühlen und Zusammenziehen der Stratosphäre lässt sich nämlich nicht mit natürlichen Ursachen wie verstärkter Sonnenaktivität und -strahlung begründen.

Die Funktionsweise eines Gewächshauses

In Gewächshäusern kann man kälteempfindliche Pflanzen wie Tomaten ziehen, selbst wenn draußen Frost herrscht. Gäbe es keine Gewächshäuser, müssten wir viele Obst- und Gemüsesorten von weither einfliegen. Doch wie funktioniert ein Gewächshaus? Ein Gewächshaus besteht aus einer Grundkonstruktion, die mit stark lichtdurchlässigem Material kombiniert wird, und zwar mit Glas, Plexiglas oder einer speziellen Gewächshausfolie.

Scheint die Sonne, fällt das Licht durch die lichtdurchlässige Konstruktion in das Gewächshaus. Durch die Sonnenstrahlen heizen sich der Boden, die Pflanzen und andere Einrichtungsgegenstände des Gewächshauses auf und sie geben ihre Wärme anschließend an die Umgebungsluft ab. Da kein Luftaustausch stattfindet, entsteht eine Art Wärmestau. Die warme Luft kann nicht entweichen und im Gewächshaus wird es warm. Dieser Treibhauseffekt macht das Gewächshaus (= Treibhaus) aus. Durch den Treibhauseffekt wird also mehr Sonnenenergie gesammelt als wieder verloren geht.i

Wichtig ist, dass es sich bei dem Gewächshaus um ein geschlossenes System handelt. Wäre das Gewächshaus nicht geschlossen, würde die aufsteigende warme Luft nach oben hin entweichen. Wärme geht nur dann verloren, wenn gelüftet wird oder das lichtdurchlässige Material nicht gut isoliert.ii

Der natürliche Treibhauseffekt

Die Sonne gibt eine enorme Menge an Strahlungsenergie ab, die jedoch nicht in Gänze bis zur Erdoberfläche gelangt. Ein Teil der Sonnenstrahlung erreicht die Erde nicht auf direktem Wege, sondern wird an Luftmolekülen, Schwebeteilchen (Aerosolen) und Wolken gestreut. Wie groß die Strahlungsenergie ist, die am Erdboden ankommt, hängt von der Länge des Laufweges durch die Luft – also vom Sonnenstand – und vom Grad der Wolkenbedeckung ab.iii So werden nur etwa 70 % der gesamten Sonnenstrahlung von der Erdatmosphäre aufgenommen, die restlichen 30 % werden von ihr in den Weltraum zurückgestrahlt.iv

Die Atmosphäre der Erde ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen, wobei die wichtigsten Stickstoff (78 %) und Sauerstoff (21 %) sind. Beide Gase sind aber nicht klimawirksam. Die Gase Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Lachgas, Ozon und verschiedene Chlorkohlenwasserstoffe sind nur in sehr geringer Konzentration, also in Spuren, enthalten und machen weniger als 1 % der Atmosphäre aus. Im Gegensatz zu Stickstoff und Sauerstoff sind sie jedoch klimawirksam. Sie lassen die kurzwellige Strahlung ungehindert durch, die dann auf die Erde trifft und in langwellige Wärmestrahlung umgewandelt und wieder abgestrahlt wird. Langwellige Wärmestrahlung lassen die genannten Spurengase aber nicht ungehindert durch. Vielmehr nehmen sie die einfallende Strahlungsenergie auf und setzen sie in die Bewegungsenergie ihrer Moleküle um. Sie erwärmen sich also und geben dadurch – ihrer Temperatur und Konzentration entsprechend – wieder Strahlung in die Umgebung ab. Etwa die Hälfte davon ist nach unten gerichtet und erwärmt somit tiefere Luftschichten. Der Rest wird in andere Richtungen abgestrahlt, erwärmt andere Luftschichten oder wird in den Weltraum abgegeben.

Die Spurengase in der Erdatmosphäre wirken ähnlich wie das (Plexi-)Glas eines Gewächshauses, das ebenfalls einen Wärmestau bewirkt. Daher spricht man bei dem Wärmestau in der Erdatmosphäre von einem „Treibhauseffekt“. Weil dieser Treibhauseffekt natürlich ist, spricht man von einem „natürlichen Treibhauseffekt“, wobei die genannten Spurengase als „Treibhausgase“ bezeichnet werden.

Gäbe es die Treibhausgase nicht und könnte die langwellige Wärmestrahlung völlig ungehindert die Atmosphäre durchdringen, wäre es auf der Erde -18 °C kalt. Die Erde wäre damit – aufgrund der Erwärmung der Gesteinsoberfläche durch die Sonnenstrahlen – gegenüber dem -270 °C kalten Weltraum zwar immer noch ein warmer Planet, jedoch wäre auf ihr kein Leben möglich. Aufgrund des natürlichen Treibhauseffektes liegt die globale Temperatur bei durchschnittlich etwa +15 °C, was für das Leben eine günstige Temperatur ist.v

Der vom Menschen verursachte Treibhauseffekt

Zusätzlich zu dem natürlichen Treibhauseffekt gibt es einen, der vom Menschen verursacht ist. Durch die Aktivitäten der – immer zahlreicheren – Menschen werden Gase freigesetzt, die sich bereits in der Atmosphäre befinden und den natürlichen Treibhauseffekt verursachen. Die Konzentration dieser Gase wird folglich in der Atmosphäre immer größer und damit verstärkt sich auch der Treibhauseffekt. Aufgrund ihrer Wirkung haben die Gase eine klimaschädliche Wirkung und werden als „Treibhausgase“ bezeichnet. Zusätzlich zu den bereits natürlich in der Atmosphäre vorhandenen Treibhausgase werden durch menschliche Aktivitäten auch neue freigesetzt, z. B. die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW).

Kritik an der Theorie vom natürlichen und vom Menschen gemachten Treibhauseffekt

Die obige Darstellung des natürlichen und vom Menschen gemachten Treibhauseffektes entspricht derjenigen, die gängig ist. Kritiker halten sie aber für eine Theorie, deren Richtigkeit nicht nachgewiesen sei. Sie bringen folgende Kritikpunkte vor:

Die Atmosphäre sei – anders als das Treibhaus – kein geschlossenes, sondern ein offenes System, denn die Gase bildeten in der Atmosphäre keine geschlossene Abdachung. Die Wärme werde an den Molekülen nicht einfach zurückgestrahlt, sondern teilweise aufgenommen und in alle Richtungen gestreut. Für die Luft-Erwärmung an der Erdoberfläche bliebe nur noch extrem wenig Wärmeenergie übrig. Diese, die aus der Infrarot-Absorption stamme, würde sich praktisch in der ganzen Atmosphäre gleichmäßig verteilen. Erwärmte Luft steige aber immer nach oben. Der größte Teil würde in die obere Atmosphäre gelangen, in den Weltraum abgegeben werden und sich mit kälterer Luft kompensieren.

Kohlendioxid komme in der Atmosphäre derzeit nur in extrem geringer Konzentration vor und mache nur 0,041 % aus. Die extrem gering verteilten Kohlendioxid-Moleküle nähmen nur in sehr geringem Maße Wärme auf und strahlten sie in alle Richtungen weiter. Kohlendioxid sei folglich ein irrelevanter Klimaantrieb.

Dass die Durchschnittstemperatur auf der Erde bei +15 °C liege und ohne den angeblichen natürlichen Treibhauseffekt -18 °C betrüge, sei eine falsche und unbewiesene Behauptung. Sie gehe davon aus, dass die meteorologischen Messstationen weltweit über alle Klimazonen hinweg gleichmäßig verteilt sind. Das sei aber nicht der Fall und es gebe viele weiße Flecken (z. B. Wüsten, Regenwälder, Ozeane). Insofern könne nur bei einem relativ kleinen Teil der Erdoberfläche eine Lufttemperatur gemessen und gemittelt werden. Daraus eine globale Mitteltemperatur herzuleiten, müsse daher fehlerhaft sein und könne allenfalls nur grob abschätzbar sein. Das Errechnen einer globalen Durchschnittstemperatur setze auch eine einheitliche Erdoberfläche voraus, die nicht existiere. Aufgrund der uneinheitlichen Erdoberfläche sei auch die Rückstrahlvermögen – der Fachbegriff ist „Albedo“ – der Erde uneinheitlich und lasse nur eine uneinheitliche Berechnung zu.vi Auch beziehe der herkömmliche Ansatz für die Berechnung der theoretischen Durchschnittstemperatur unserer Erde deren unbeleuchtete Nachtseite mit ein und verletze damit den streng geforderten thermischen Gleichgewichtszustand im zugrunde liegenden Stefan-Boltzmann-Gesetz.vii

Die globale Durchschnittstemperatur steige ohne jegliche Beteiligung von Kohlendioxid oder anderen Spurengasen. Das aktuelle, natürlich verursachte Schwinden von Gletschern und Eisfeldern führe zu einer verringerten Rückstrahlung und damit zu einer verstärkten Wirkung der Sonneneinstrahlung. Die Veränderung der Rückstrahlung der Erde sei ein wesentlicher Klimaantrieb.viii

Die Klimatheorien fußten auf keiner realen Grundlage, sondern lägen in Computersimulationen und hypothetischen Modellen begründet. Es handele sich nicht um Wissen, sondern um Glauben.ix

Belege für einen vom Menschen verursachten Treibhauseffekt

Angesichts der vorgebrachten Kritikpunkte stellt sich die Frage, ob und wie eine vom Menschen verursachte Klimaerwärmung durch Treibhausgase bewiesen werden kann. Wenn ein solcher Beweis (im Sinne einer großen Wahrscheinlichkeit der Annahme) möglich ist, dann ist in den Blick zu nehmen, welchem Treibhausgas bzw. welchen Treibhausgasen hinsichtlich der Klimaerwärmung die größte Bedeutung zukommt. Wenn ein solcher Beweis nicht möglich ist, dann ist durchaus möglich, dass die Klimaerwärmung ein erster Linie natürlich verursacht ist.

Grundsätzlich ist festzuhalten, dass sich auch auf den anderen Planeten das Klima ändert. Daraus ist zu schließen, dass die Klimaveränderung auf der Erde durchaus natürlich bedingt sein kann, denn auf den anderen Planeten, wo keine Menschen leben, ist sie es auf jeden Fall. Die Oberflächentemperatur eines Planeten hängt von zahlreichen unterschiedlichen Faktoren ab. Eine große Rolle spielt die auf den Planeten eingestrahlte Energie (in Abhängigkeit von seinem Abstand von der Sonne) eine besondere Rolle. Ein anderer Faktor ist das planetare Rückstrahlvermögen (= Albedo). Diese kann z. B. durch Wolken, aber auch durch die Verteilung von dunklen Meeresoberflächen, hellen Kontinenten und das Sonnenlicht reflektierenden Eisflächen, für die verschiedenen Planeten und Monde stark variieren. Auch wird ein natürlicher Treibhauseffekt angenommen, wobei auf den Planeten Venus und Mars Kohlendioxid und auf dem Saturnmond Titan Methan als wichtigste Treibhausgase gelten.x

Also, was weist darauf hin, dass Treibhausgase, die durch menschliche Aktivitäten freigesetzt werden, die Klimaerwärmung in einem erheblichen Maße antreiben? Ein wichtiger Hinweis darauf ist, dass sich die Troposphäre der Erde erwärmt und die (obere) Stratosphäre abkühlt. Die Stratosphäre ist der Teil der Atmosphäre, der über der Troposphäre und der Tropopause, einer Zwischenschicht, liegt. Die Stratosphäre ist ruhiger als die Troposphäre, in der sich das Wetter abspielt. Laut dem Deutschen Wetterdienst lasse sich die Abkühlung mit der Zunahme der Treibhausgases Kohlendioxid erklären. Kohlendioxid halte Wärmestrahlung in der Troposphäre zurück, womit weniger langwellige Strahlungsenergie in der Stratosphäre ankomme. Zusätzlich strahle Kohlendioxid in der Stratosphäre Energie ins Weltall ab. Insgesamt kühle das zunehmende Kohlendioxid damit die Stratosphäre ab. Neben der Kohlendioxid-Zunahme spielten auch Vulkanausbrüche, der elfjährige Sonnenzyklus, sowie der Gehalt an strahlungsaktiven Spurengasen (Ozon und Wasserdampf) eine wesentliche Rolle.xi

Die Stratosphäre kühlt sich nicht nur ab, sondern sie schrumpft auch. Gase verhalten sich wie fast alle Materialien: Wenn sie sich erwärmen, dehnen sie sich aus, und wenn sie sich abkühlen, ziehen sie sich zusammen. So kommt es auch, dass sich die Troposphäre ausdehnt. Damit verlagert sich die Tropopause, die Grenzschicht zwischen Troposphäre und Stratosphäre, in eine größere Höhe.

Das Abkühlen und Schrumpfen der Stratosphäre lässt sich nicht mit verstärkter Sonnenaktivität erklären. Wer betont, dass die Atmosphäre – anders als ein Treibhaus – kein geschlossenes System ist, muss davon ausgehen, dass die verstärkte, von der Erde reflektierte Wärmestrahlung auch die Stratosphäre zunehmend erwärmt. Troposphäre und Stratosphäre müssten sich gleichermaßen erwärmen. Dass dies nicht der Fall ist, kann nicht auf die Zerstörung der Ozonschicht, die sich in der unteren Stratosphäre befindet, zurückgeführt werden. Der Abbau der Ozonschicht führte in der Vergangenheit dazu, dass dort weniger Sonnenstrahlung aufgenommen wurde und die Stratosphäre sich abkühlte. Dies trug dazu bei, dass sich die darunterliegende Tropopause weiter ausdehnen konnte. Da jedoch der Ausstoß von Chemikalien, die die Ozonschicht zerstören, zurückgegangen ist, hat sich auch die Abkühlung der Stratosphäre seit dem Jahr 2000 verringert.xii

Mit zunehmender Konzentration der Treibhausgase, speziell Kohlendioxid, in der Atmosphäre kommt es nicht zu einer Sättigung hinsichtlich der Fähigkeit der Moleküle (oder Molekülgruppen), Wärme aufzunehmen. Die Wellenlängen der Infrarot-Strahlung, also der Wärmestrahlung, sind nämlich verschieden. Ebenso nehmen die Kohlendioxid-Moleküle Infrarot-Strahlung in verschiedenem Maße auf. Wellenlängen, die von den einen Molekülen durchgelassen werden, können von anderen aufgenommen werden. Darüber hinaus ist zu beachten, dass sich die Moleküle nicht über alle Luftschichten gleichmäßig verteilen. Und schließlich: Moleküle, die ihre Strahlung abgegeben haben, stehen erneut für die Aufnahme neuer Wärme zur Verfügung.xiii

i Vgl. https://www.gartenzeile.de/wie-funktioniert-ein-gewaechshaus/; https://www.hausjournal.net/wie-funktioniert-ein-gewaechshaus (jeweils aufgerufen am 09.05.2023).

ii Vgl. https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/treibhaus/ (aufgerufen am 09.05.2023).

iii Vgl. https://www.weltderphysik.de/gebiet/technik/energie/solarenergie/sonnenenergie/ (aufgerufen am 09.05.2023).

iv Vgl. https://www.earthobservatory.nasa.gov/features/SORCE (aufgerufen am 09.05.2023).

v Diese gängige Darstellung ist https://www.klimanavigator.eu/dossier/artikel/011967/index.php, https://www.weltderphysik.de/gebiet/erde/atmosphaere/klimaforschung/treibhauseffekt (jeweils aufgerufen am 09.05.2023) und Mojib Latif, Globale Erwärmung, Stuttgart (Hohenheim) 2012, 29-31 entnommen.

vi Vgl. Werner Kirstein, Klimawandel – Realität, Irrtum oder Lüge? Menschen zwischen Wissen und Glauben, Schönberg 2020, 41-53. W. Kirstein spricht bei seiner Wiedergabe von Aussagen des Physikers Hans-Jürgen Haase von -33 °C (statt -18 °C), wobei hier wohl eine Verwechslung von Temperatur und Temperaturunterschied vorliegt.

vii Vgl. Uli Weber, Klima-Mord: Der atmosphärische Treibhauseffekt hat ein Alibi, Norderstedt 2017, 32-74.

viii Vgl. Uli Weber, Klima-Mord: Der atmosphärische Treibhauseffekt hat ein Alibi, Norderstedt 2017, 88-98.

ix Vgl. Werner Kirstein, Klimawandel – Realität, Irrtum oder Lüge? Menschen zwischen Wissen und Glauben, Schönberg 2020, 47.

x Vgl. Deutscher Bundestag, Wissenschaftliche Dienste, Zur Erwärmung von Planeten unseres Sonnensystems, Dokumentation, WD 8 – 3000 – 147/19.

xi Vgl. https://www.dwd.de/DE/forschung/atmosphaerenbeob/zusammensetzung_atmosphaere/ozon/inh_nav/o3_trends_node.html (aufgerufen am 09.05.2023).

xii Vgl. L. Meng, Continuous rise of the tropopause in the Northern Hemisphere over 1980–2020, Science Advances 7/45 (2021), DOI: 10.1126/sciadv.abi8065; eine knappe Zusammenfassung der Ergebnisse in deutscher Sprache findet sich unter https://www.weltderphysik.de/gebiet/erde/nachrichten/2021/die-troposphaere-wird-waermer-und-groesser/ und https://science.orf.at/stories/3209653/ ( jeweils aufgerufen am 09.05.2023). Ausführlich zur Stratosphäre M. P. Baldwin et al., 100 Years of Progress in Understanding the Stratosphere and Mesosphere, in: G. M. McFarquhar [ed.], A Century of Progress in Atmospheric and Related Sciences: Celebrating the American Meteorological Society Centennial (Meteorological Monographs 59/1), Boston, Massachusetts 2018, 27.1-27.62, DOI: https://doi.org/10.1175/AMSMONOGRAPHS-D-19-0003.1 .

xiii Vgl. Deutscher Bundestag, Wissenschaftliche Dienste, Kohlendioxid: Sättigung des Absorptionsbands, Sachstand, WD 8 – 3000 – 014/20 .