Das Treibhauseffekt Es ist ein natürlicher Prozess, bei dem die Atmosphäre einen Teil der von der Erde emittierten Infrarotstrahlung zurückhält und somit erwärmt. Diese Infrarotstrahlung stammt aus der durch Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche erzeugten Erwärmung.
Dieser Prozess findet statt, weil die Erde als undurchsichtiger Körper Sonnenstrahlung absorbiert und Wärme abgibt. Gleichzeitig entweicht die Wärme aufgrund der Atmosphäre nicht vollständig in den Weltraum..
Ein Teil der Wärme wird von den Gasen, aus denen die Atmosphäre besteht, in alle Richtungen absorbiert und wieder abgegeben. Somit hält die Erde ein bestimmtes thermisches Gleichgewicht aufrecht, das eine Durchschnittstemperatur von 15 ºC festlegt und einen variablen Bereich garantiert, in dem sich Leben entwickeln kann..
Der Begriff "Treibhauseffekt" ist ein Vergleich mit Gewächshäusern für den Anbau von Pflanzen in Klimazonen, in denen die Umgebungstemperatur niedriger als erforderlich ist. In diesen Anbauhäusern ermöglicht das Kunststoff- oder Glasdach den Durchgang von Sonnenlicht, verhindert jedoch den Austritt von Wärme.
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Der Treibhauseffekt ist für das Leben auf der Erde von grundlegender Bedeutung, da er den geeigneten Temperaturbereich für seine Existenz garantiert. Die meisten lebensnotwendigen biochemischen Prozesse erfordern Temperaturen zwischen -18 ° C und 50 ° C..
In der geologischen Vergangenheit sind Schwankungen der Durchschnittstemperatur der Erde aufgetreten, die entweder zunehmen oder abnehmen. In den letzten zwei Jahrhunderten gab es einen Prozess des anhaltenden Anstiegs der globalen Temperatur.
Der Unterschied besteht darin, dass die Steigerungsrate derzeit besonders hoch ist und mit menschlicher Aktivität verbunden zu sein scheint. Diese Aktivitäten erzeugen Treibhausgase, die das Phänomen verstärken.
Der Prozess, durch den der Treibhauseffekt erzeugt wird, hat als Hauptelemente die Sonne, die Erde und atmosphärische Gase. Die Sonne ist die Energiequelle, die Erde der Empfänger dieser Energie und der Emitter von Wärme und Gasen..
Die Sonne emittiert grundsätzlich energiereiche Strahlung, dh entsprechend den sichtbaren und ultravioletten Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums. Die Emissionstemperatur dieser Energie erreicht 6.000 ºC, aber das meiste davon löst sich auf dem Weg zur Erde auf.
Von den 100% der Sonnenenergie, die in die Atmosphäre gelangt, werden etwa 30% in den Weltraum reflektiert (Albedoeffekt). 20% werden von der Atmosphäre absorbiert, hauptsächlich von Schwebeteilchen und der Ozonschicht, und die restlichen 50% erwärmen die Erdoberfläche.
Die Erde reflektiert aufgrund ihrer Albedo (heller Ton oder Weißgrad) einen wichtigen Teil der Sonnenstrahlung. Diese Albedo ist hauptsächlich auf Wolken, Gewässer und Eis zurückzuführen..
Unter Berücksichtigung der Albedo und der Entfernung vom Planeten zur Sonne sollte die Temperatur der Erde -18 ºC (effektive Temperatur) betragen. Die effektive Temperatur bezieht sich auf das, was ein Körper nur unter Berücksichtigung von Albedo und Entfernung haben sollte.
Die reale Durchschnittstemperatur der Erde liegt jedoch bei etwa 15 ° C mit einer Differenz von 33 ° C zur effektiven Temperatur. Bei diesem deutlichen Unterschied zwischen tatsächlicher und effektiver Temperatur spielt die Atmosphäre eine grundlegende Rolle.
Der Schlüssel zur Temperatur der Erde ist ihre Atmosphäre. Wenn sie nicht existieren würde, wäre der Planet dauerhaft gefroren. Die Atmosphäre ist für einen Großteil der kurzwelligen Strahlung transparent, jedoch nicht für einen großen Teil der langwelligen (Infrarot-) Strahlung..
Durch das Durchlassen der Sonnenstrahlung erwärmt sich die Erde und gibt Infrarotstrahlung (Wärme) ab, aber die Atmosphäre absorbiert einen Teil dieser Wärme. Auf diese Weise werden die Schichten der Atmosphäre und der Wolken erwärmt und geben Wärme in alle Richtungen ab..
Der Prozess der globalen Erwärmung aufgrund der atmosphärischen Rückhaltung von Infrarotstrahlung wird als Treibhauseffekt bezeichnet.
Der Name stammt von den landwirtschaftlichen Gewächshäusern, in denen Arten angebaut werden, die eine höhere Temperatur erfordern als die im Produktionsgebiet vorhandenen. Zu diesem Zweck haben diese Anbauhäuser ein Dach, das den Durchgang von Sonnenlicht ermöglicht, aber die abgegebene Wärme beibehält..
Auf diese Weise ist es möglich, ein warmes Mikroklima für diejenigen Arten zu schaffen, die es für ihr Wachstum benötigen..
Obwohl der Treibhauseffekt ein natürlicher Prozess ist, wird er durch menschliches Handeln (anthropisches Handeln) verändert. Daher ist es notwendig, die natürlichen Ursachen des Phänomens und die anthropischen Veränderungen zu unterscheiden.
Kurzwellige (energiereiche) elektromagnetische Strahlung der Sonne erwärmt die Erdoberfläche. Diese Erwärmung bewirkt die Emission langwelliger Strahlung (Infrarot), dh Wärme, in die Atmosphäre.
Das Zentrum des Planeten ist weißglühend und erzeugt zusätzliche Wärme als die durch Sonnenenergie verursachte. Diese Wärme wird durch die Erdkruste hauptsächlich durch Vulkane, Fumarolen, Geysire und andere heiße Quellen übertragen..
Die Eigenschaften der Gase, aus denen die Atmosphäre besteht, bestimmen, dass die Sonnenstrahlung die Erde erreicht und dass die Infrarotstrahlung teilweise erhalten bleibt. Einige Gase wie Wasserdampf, CO2 und Methan sind besonders wirksam bei der Speicherung von Luftwärme.
Diejenigen Gase, die Infrarotstrahlung von der Erwärmung der Erdoberfläche zurückhalten, werden Treibhausgase genannt. Diese Gase werden auf natürliche Weise erzeugt, beispielsweise CO2, das durch die Atmung von Lebewesen entsteht.
Ebenso tauschen die Ozeane große Mengen CO2 mit der Atmosphäre aus und natürliche Brände tragen ebenfalls zu CO2 bei. Die Ozeane sind eine natürliche Quelle für andere Treibhausgase wie Stickoxid (NOx)..
Andererseits ist die mikrobielle Aktivität in Böden auch eine Quelle von CO2 und NOx. Darüber hinaus tragen die Verdauungsprozesse von Tieren große Mengen Methan zur Atmosphäre bei.
Die Industrie gibt im Allgemeinen zusätzliche Wärme an die Atmosphäre ab sowie verschiedene Gase, die den Treibhauseffekt beeinflussen. Diese Gase können Wärme absorbieren und abgeben (z. B. CO2) oder die Ozonschicht zerstören (z. B. NOx, FCKW und andere)..
Große Konzentrationen von Fahrzeugen in Städten sind für den größten Teil des der Atmosphäre zugesetzten CO2 verantwortlich. Der Autoverkehr trägt rund 20% zum gesamten CO2 bei, das durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht.
Die Verbrennung von Kohle-, Gas- und Ölderivaten zur Erzeugung von Strom und Wärme trägt fast 50% zum CO2 bei.
Zusammen tragen diese industriellen Aktivitäten fast 20% zum CO2 bei, das durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht..
Waldbrände werden auch durch menschliche Aktivitäten verursacht und setzen jährlich Millionen Tonnen Treibhausgase in die Atmosphäre frei..
Die Ansammlung von Abfällen und die auftretenden Fermentationsprozesse sowie die Verbrennung dieser Abfälle sind eine Quelle von Treibhausgasen..
Die landwirtschaftliche Tätigkeit trägt jährlich mehr als 3 Millionen Tonnen Methangas zur Atmosphäre bei. Zu den Kulturen, die in dieser Hinsicht am meisten beitragen, gehört Reis.
Eine andere Kultur, deren Management Treibhausgase erzeugt, ist Zuckerrohr, da es vor der Ernte verbrannt wird und eine große Menge CO2 produziert..
Wiederkäuer wie Kühe verbrauchen faseriges Gras durch Fermentationsprozesse, die von Bakterien in ihrem Verdauungssystem durchgeführt werden. Diese Fermentation setzt für jedes Tier täglich 3 bis 4 Liter Methangas in die Atmosphäre frei..
Nur unter Berücksichtigung von Rindern wird ein Beitrag geschätzt, der 5% der Treibhausgase entspricht.
Der Anstieg der globalen Temperatur, der den Anstieg der Treibhausgase verursacht, induziert eine Kettenreaktion. Durch die Erhöhung der Temperatur der Ozeane steigt die Freisetzung von CO2 in die Atmosphäre.
Ebenso setzt das Schmelzen der Pole und des Permafrosts das dort zurückgehaltene CO2 frei. Auch bei höheren Umgebungstemperaturen treten Waldbrände häufiger auf und es wird mehr CO2 freigesetzt..
Einige Gase wie Wasserdampf und CO2 wirken im natürlichen Prozess des Treibhauseffekts. Neben CO2 sind neben CO2 auch andere Gase am anthropischen Prozess beteiligt..
Das Kyoto-Protokoll sieht die Emission von sechs Treibhausgasen vor, darunter Kohlendioxid (CO2) und Methan (CH4). Ebenso Lachgas (N2O), Fluorkohlenwasserstoff (HFC), perfluorierter Kohlenwasserstoff (PFC) und Schwefelhexafluorid (SF6).
Wasserdampf ist eines der wichtigsten Treibhausgase für seine Fähigkeit, Wärme zu absorbieren. Ein Gleichgewicht entsteht jedoch, weil Wasser in flüssigem und festem Zustand Sonnenenergie reflektiert und die Erde abkühlt..
Kohlendioxid ist das wichtigste langlebige Treibhausgas in der Atmosphäre. Dieses Gas ist für 82% des Anstiegs des Treibhauseffekts verantwortlich, der in den letzten Jahrzehnten aufgetreten ist.
2017 meldete die Weltorganisation für Meteorologie eine globale CO2-Konzentration von 405,5 ppm. Dies entspricht einer Steigerung von 146% gegenüber den vor 1750 (vorindustrielles Zeitalter) geschätzten Werten..
Methan ist das zweitwichtigste Treibhausgas und trägt etwa 17% zur Erwärmung bei. 40% des Methans werden aus natürlichen Quellen, hauptsächlich Feuchtgebieten, produziert, während die restlichen 60% durch menschliche Aktivitäten erzeugt werden.
Diese Aktivitäten umfassen Wiederkäueranbau, Reisanbau, Ausbeutung fossiler Brennstoffe und Verbrennung von Biomasse. Im Jahr 2017 erreichte atmosphärisches CH4 eine Konzentration von 1.859 ppm, was 257% über dem vorindustriellen Niveau liegt..
NOx trägt zur Zerstörung des stratosphärischen Ozons bei und erhöht die Menge der ultravioletten Strahlung, die die Erde durchdringt. Diese Gase stammen aus der industriellen Herstellung von Salpetersäure und Adipinsäure sowie aus der Verwendung von Düngemitteln..
Bis 2017 erreichten diese Gase eine atmosphärische Konzentration von 329,9 ppm, was 122% des für das vorindustrielle Zeitalter geschätzten Niveaus entspricht..
FCKW ist ein starkes Treibhausgas, das das stratosphärische Ozon schädigt und im Montrealer Protokoll geregelt ist. In einigen Ländern wie China wird es jedoch immer noch in verschiedenen industriellen Prozessen verwendet.
Diese Gase werden in verschiedenen industriellen Anwendungen verwendet, um FCKW zu ersetzen. HFKW beeinflussen jedoch auch die Ozonschicht und weisen eine sehr hohe aktive Beständigkeit in der Atmosphäre auf.
PFCs werden in Verbrennungsanlagen für den Aluminiumschmelzprozess hergestellt. Wie HFKW haben sie eine hohe Beständigkeit in der Atmosphäre und beeinträchtigen die Integrität der Ozonschicht in der Stratosphäre..
Dieses Gas wirkt sich auch negativ auf die Ozonschicht sowie auf eine hohe Persistenz in der Atmosphäre aus. Es wird in Hochspannungsgeräten und bei der Herstellung von Magnesium verwendet.
Vom Menschen verursachte Verschmutzung trägt zu zusätzlichen Mengen an Treibhausgasen bei und bricht das natürliche dynamische Gleichgewicht. Obwohl diese Mengen viel niedriger sind als die von der Natur erzeugten, reichen sie aus, um dieses Gleichgewicht zu brechen..
Dies hat schwerwiegende Folgen für den planetaren Wärmehaushalt und damit für das Leben auf der Erde..
Die Zunahme der Konzentration von Treibhausgasen führt zu einer Zunahme der globalen Durchschnittstemperatur. Tatsächlich wird geschätzt, dass die durchschnittliche globale Temperatur seit dem vorindustriellen Zeitalter um 1,1 ° C gestiegen ist..
Andererseits wurde angegeben, dass der Zeitraum von 2015 bis 2019 der bisher heißeste war.
Der Temperaturanstieg führt in der Folge zum weltweiten Schmelzen von Polareis und Gletschern. Dies impliziert einen Anstieg des Meeresspiegels und die Veränderung der Meeresströmungen..
Obwohl es keine vollständige Einigung über den Prozess des Klimawandels infolge der globalen Erwärmung gibt, ist die Realität, dass sich das Klima des Planeten ändert. Dies zeigt sich unter anderem in der Veränderung der Meeresströmungen, Windmuster und Niederschläge..
Die Veränderung der Lebensräume aufgrund des Temperaturanstiegs beeinflusst die Population und das biologische Verhalten der Arten. In einigen Fällen gibt es Arten, die ihre Populationen erhöhen und ihr Verbreitungsgebiet erweitern..
Arten, die für ihr Wachstum und ihre Fortpflanzung sehr enge Temperaturbereiche aufweisen, können jedoch ihre Populationen stark reduzieren..
In vielen landwirtschaftlichen und tierischen Gebieten ist die Produktion zurückgegangen, da die Arten vom Temperaturanstieg betroffen sind. Andererseits führen ökologische Veränderungen zur Verbreitung landwirtschaftlicher Schädlinge.
Mit steigender planetarischer Durchschnittstemperatur erweitern einige Krankheitsvektortiere ihre geografische Reichweite. So treten Fälle von Tropenkrankheiten außerhalb ihres natürlichen Bereichs auf..
Andererseits kann der Temperaturanstieg das sogenannte erzeugen Schock Wärme- oder Hitzschlag, der eine extreme Dehydration impliziert. Diese Situation kann zu schwerem Organversagen führen, insbesondere bei Kindern und älteren Menschen..
Um die Zunahme des Treibhauseffekts zu verhindern, muss die Produktion von Treibhausgasen reduziert werden. Dies impliziert eine Reihe von Maßnahmen, die die Entwicklung des Bürgerbewusstseins, gesetzgeberische Maßnahmen und technologische Veränderungen umfassen..
Eine Bürgerschaft, die sich des Problems der globalen Erwärmung bewusst ist, das durch die Zunahme des Treibhauseffekts entsteht, ist von wesentlicher Bedeutung. Auf diese Weise wird der notwendige soziale Druck bereitgestellt, damit Regierungen und Wirtschaftsmächte die erforderlichen Maßnahmen ergreifen..
Das wichtigste internationale Abkommen zur Bewältigung des Problems der Treibhausgaserzeugung ist das Kyoto-Protokoll. Bisher war dieses Rechtsinstrument jedoch nicht wirksam bei der Reduzierung der Treibhausgasemissionen..
Einige der wichtigsten Industrieländer mit den höchsten Emissionsraten haben die Verlängerung des Protokolls für die zweite Amtszeit nicht unterzeichnet. Daher ist ein strengerer nationaler und internationaler Rechtsrahmen erforderlich, um eine echte Wirkung zu erzielen..
Um die Treibhausgasemissionen zu reduzieren, ist ein Reengineering industrieller Prozesse erforderlich. Ebenso ist es notwendig, den Einsatz erneuerbarer Energien zu fördern und den Einsatz fossiler Brennstoffe zu reduzieren..
Andererseits ist es wichtig, die Produktion umweltschädlicher Abfälle im Allgemeinen zu reduzieren..
Nach Ansicht der Experten reicht es nicht aus, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren, sondern auch die aktuellen Konzentrationen in der Atmosphäre zu reduzieren. Hierzu wurden verschiedene Alternativen vorgeschlagen, die sehr einfache oder hoch entwickelte Technologien verwenden können..
Zu diesem Zweck wird empfohlen, die Abdeckung von Wäldern und Dschungeln zu erhöhen und Strategien wie Gründächer umzusetzen. Pflanzen binden atmosphärisches CO2 in ihren Pflanzenstrukturen und extrahieren es aus der Atmosphäre.
Bisher ist die Gewinnung von CO2 aus der Atmosphäre aus energetischer Sicht kostspielig und mit hohen wirtschaftlichen Kosten verbunden. Es wird jedoch weiter nach effizienten Möglichkeiten gesucht, die Luft zu filtern und CO2 zu entfernen..
Einer dieser Vorschläge befindet sich bereits in der Pilotanlagenphase und wird von den Universitäten Calgary und Carnegie Mellon entwickelt. Diese Anlage verwendet eine Lösung aus Kaliumhydroxid als wässrige Falle und ätzendem Kalzium, durch die die Luft gefiltert wird.
Dabei bleibt das in der Luft enthaltene CO2 erhalten und bildet Calciumcarbonat (CaCO3). Anschließend wird das Calciumcarbonat erhitzt und das CO2 freigesetzt, wobei das resultierende gereinigte CO2 für industrielle Zwecke verwendet wird..
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