Der Treibhauseffekt hält Glashäuser und die Erde warm. Der Grund: Kurzwelliges Sonnenlicht dringt in ein Treibhaus ein, langwelligere Wärmestrahlung schafft es aber nicht wieder hinaus.

Der natürliche Treibhauseffekt versogt uns das ganze Jahr über mit Tomaten und hält Wintergärten warm. Zudem erwärmt er die Erdoberfläche um rund 30 Grad und schafft so erst die Frostfreiheit, die für das irdische Leben so wichtig ist. Doch durch zusätzliche Treibhausgase angeheizt kann er auch zu einem gefährlichen Klimawandel führen.

Wo Licht ist, da ist eben auch Schatten, und im Falle des Treibhauseffekts zudem Wärme. Denn beim Treibhauseffekt kommt es zu einer Erwärmung, weil kurzwelliges Sonnenlicht eindringt, langwellige Wärmestrahlung aber nicht wieder hinausgelangt.

Wellenlängenabhängige Durchlässigkeit

Ein Grund für die Erwärmung in Treibhäusern ist die Tatsache, dass Glas für elektromagnetische Strahlung wie Licht oder Wärmestrahlung je nach Wellenlänge unterschiedlich gut durchlässig ist. Für sichtbares Licht ist die Durchlässigkeit besonders hoch; daher ist Fensterglas durchsichtig. Für langwellige Infrarotstrahlung aber ist Fensterglas nahezu völlig undurchlässig. Würden unsere Augen nur in diesem Bereich sehen, wäre Fensterglas so undurchsichtig wie eine Mauer aus Stein.

Wenn nun sichtbares Licht von der Sonne auf ein Treibhaus trifft, so lassen die Glasscheiben die Strahlung nahezu ungehindert passieren. Gelangt das Licht dann auf den Boden des Treibhauses, wird es teilweise in Wärme umgewandelt: Das Innere des Treibhauses erwärmt sich und gibt damit selbst wiederum Wärmestrahlung ab. Diese liegt aber größtenteils im langwelligen Infrarotbereich, für das das Glas undurchsichtig ist. Die Wärme kann nicht einfach über Strahlung entweichen – das Treibhaus heizt sich auf. Dies geschieht so lang, bis die Wärmestrahlung im Innern des Treibhauses die Strahlungsleistung der einfallenden Strahlung von aussen erreicht und sich ein Strahlungsgleichgewicht eingestellt hat. Zudem sorgt die unterdrückte Luftumwälzung im Treibhaus für zusätzliche Erwärmung.

Treibhausgase statt Glas

Treibhausgase verhalten sich bei der Durchlässigkeit für elektromagnetische Strahlung ganz ähnlich wie Glas. Auch sie lassen sichtbares Licht viel leichter passieren als langwellige Infrarotstrahlung. So schluckt beispielsweise Kohlendioxid besonders viel Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen zehn und zwanzig millionstel Metern. Die dadurch absorbierte Energie erwärmt die Atmosphäre.

Treibhausgase wie Kohlendixod, Methan und Fluorkohlenwasserstoffe, aber auch Wasserdampf tragen so auf ganz natürliche Weise zu einer Erhöhung der Temperatur in der Nähe der Erdoberfläche um 30 Grad Celsius bei. Der Treibhauseffekt ist also ein ganz natürliches und überlebenswichtiges Phänomen.

Anthropogener Treibhauseffekt

Problematisch ist die menschenverursachte ständige Zunahme der Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre. Der damit verbundene so genannte anthropogene Treibhauseffekt bewirkt nach gängiger Meinung eine Temperaturerwärmung um einige Grad. Dies kann ausreichen, um das Klima ­­­­­unserer Erde drastisch und nachhaltig zu ändern. In der aktuellen Forschung dienen Temperaturmessungen in der Luft und im Meerwasser dazu, die Erwärmung zu belegen. Satellitenbeobachtungen helfen dabei, die komplizierte Rolle der Wolken zu studieren, die sowohl kühlend als auch wärmend wirken können. Mit Klimasimulationen am Computer versuchen Wissenschaftler vorherzusehen, wie sich das Klima in der Zukunft entwickeln wird.