Absorption thermischer Strahlung durch atmosphärische Gase

2 Physikalische Grundlagen
ab, welche von der Atmosphäre teilweise absorbiert wird. Genauer absorbiert nur der
kleine Teil der Treibhausgase in bestimmten Wellenlängenbereichen, wie in vorigem
Kapitel ausführlich beschrieben. Durch die Erwärmung der Atmosphäre strahlt diese
nun ihrerseits wieder Wärmestrahlung ab, welche zum Teil in den Weltraum entweicht,
zum anderen als atmosphärische Gegenstrahlung auf die Erdoberfläche trifft und diese
zusätzlich zur Solarstrahlung erwärmt.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Wärme stauende Effekt im Treibhaus natürlich
überwiegend auf der Unterbindung der Konvektion durch die Glaswände beruht. Die
Analogie zwischen Treibhaus und Erdatmosphäre besteht aber nur in den beschriebenen
Strahlungsvorgängen.
Zur Zeit Fouriers waren die physikalischen Hintergründe des Treibhauseffekts jedoch
noch lange nicht bestätigt und seine Ausführungen über einen wärmenden atmosphärischen
Effekt somit reine Spekulation. Nachdem Gustav Kirchhoff im Jahr 1859 die
Spektralanalyse zur Begründung seiner Strahlungsgesetze entwickelte, beschäftigte
sich als erster der Ire John Tyndall 14 mit dem Absorptionsverhalten verschiedener
atmosphärischer Gase und bestätigte mit seinem Differenzspektrometer Fouriers Behauptung,
dass Gase in der Atmosphäre die Wärme absorbieren können. Erst 1890
begann der schwedische Physiker Svante Arrhenius 15 zu untersuchen, wie die mittlere
Erdtemperatur von wärmeabsorbierenden Gasen abhängt [11]. Damit war er der
erste Wissenschaftler, der sich mit der Frage beschäftigte, wie sich eine Erhöhung
der CO2-Konzentration auf das Erdklima auswirkt. Die systematische Erforschung
des atmosphärischen Treibhauseffekts begann schließlich 1958 durch Charles D. Keeling
16 , welcher eine Vielzahl von Messstationen für Kohlendioxid errichten ließ. Die
bekannteste befindet sich auf dem Mauna Loa auf Hawaii. Die durch den Menschen
verursachte Zunahme der Treibhausgaskonzentrationen in der Erdatmosphäre durch
die Industrialisierung und die einhergehende zusätzliche Erwärmung der Erdatmosphäre,
als anthropogener Treibhauseffekt bezeichnet, beschäftigt die Menschheit
seitdem in zunehmenden Maße. Mit dem Kyoto-Protokoll aus dem Jahr 1997 verpflichteten
sich schließlich 128 Industrieländer der Einhaltung festgelegter Zielgrößen
der Emission von Treibhausgasen ab 2005 bis 2012. Auf der UN-Klimakonferenz im
Jahr 2009 konnten sich die beteiligten Industrienationen jedoch auf keine fortführende
verbindliche Richtlinie zur Treibhausgasemission einigen. Ob sich auf der im November
2010 stattfindenden nächsten Klimakonferenz in Cancun geeinigt werden kann bleibt
fraglich.
Im Folgenden sollen die Auswirkungen des Absorptionsverhaltens der Atmosphäre auf
den Strahlungshaushalt der Erde anhand einer mathematischen Modellierung quantitativ
untersucht und erläutert werden. Ergänzend ist die Problematik des anthropogenen
Treibhauseffektes näher ausgeführt.
14John Tyndall: 1820-1893, irischer Physiker.
15Svante August Arrhenius: 1859-1927, schwedischer Physiker und Chemiker, Nobelpreisträger für
Chemie.
16Charles David Keeling: 1928-2005, US-amerikanischer Chemiker und Klimaforscher.
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