Obwohl sie für die Erde und ihre Bewohner von größter Bedeutung sind, haben Treibhausgase der Menschheit immer größeren Schaden zugefügt.
Die Auswirkungen von Treibhausgasen auf die Umwelt wurden durch anthropogene Aktivitäten verstärkt , die die Konzentration dieser Gase in der Atmosphäre erhöht haben.
Was sind Treibhausgase?
Gase in der Atmosphäre, sogenannte Treibhausgase, beeinflussen die Energiebilanz des Planeten. Eine Folge davon ist der sogenannte Treibhauseffekt.
Geringe Konzentrationen der drei bekanntesten Treibhausgase – Kohlendioxid (CO2), Methan und Distickstoffmonoxid – sind natürlicherweise in der Atmosphäre zu finden.
Bestimmte Treibhausgase werden nur durch menschliche Aktivitäten freigesetzt (z. B. synthetische Halogenkohlenwasserstoffe). Andere kommen natürlich vor, sind aber aufgrund menschlicher Eingaben (z. B. Kohlendioxid) (z. B. Kohlendioxid) in erhöhten Mengen vorhanden.
Energiebezogene Aktivitäten (wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe in der Elektrizitätswirtschaft und im Transportsektor), Landwirtschaft, veränderte Landnutzung, Abfallwirtschaft und -behandlung sowie andere industrielle Tätigkeiten sind allesamt Beispiele für anthropogene Ursachen.
Was verursacht den Treibhauseffekt?
Das sind die Hauptgründe für den Treibhauseffekt.
1. Verbrennung fossiler Brennstoffe
Unser Leben hängt stark von fossilen Brennstoffen ab. Sie werden häufig zur Stromerzeugung und für den Transport verwendet. Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wird Kohlendioxid freigesetzt.
Mit dem Bevölkerungswachstum hat auch der Verbrauch fossiler Brennstoffe zugenommen . Infolgedessen hat sich der Ausstoß von Treibhausgasen in die Atmosphäre erhöht.
2. Abholzung
Kohlendioxid wird von Pflanzen und Bäumen aufgenommen, die daraufhin Sauerstoff freisetzen. Das Abholzen von Bäumen führt zu einem deutlichen Anstieg der Treibhausgase, was die Temperatur der Erde erhöht.
3. Landwirtschaft
Einer der Faktoren für den Treibhauseffekt der Atmosphäre ist das in Düngemitteln verwendete Lachgas.
4. Industrieabfälle und Deponien
Gefährliche Gase werden von Unternehmen und Herstellern erzeugt und in die Atmosphäre freigesetzt.
Darüber hinaus setzen Deponien Methan und Kohlendioxid frei, die zu Treibhausgasen beitragen.
7 Auswirkungen von Treibhausgasen auf die Umwelt
Im Folgenden sind die Auswirkungen von Treibhausgasen auf die Umwelt aufgeführt
1. Wasserdampf
Die Troposphäre enthält Wasser in Form von Dampf und Wolken. Tyndal stellte 1861 fest, dass der bedeutendste gasförmige Absorber von Änderungen im Infrarotlicht Wasserdampf war.
Genaueren Berechnungen zufolge machen Wolken und Wasserdampf 49 bzw. 25 % der langwelligen (thermischen) Absorption aus.
Im Vergleich zu anderen Treibhausgasen wie CO2 ist die atmosphärische Lebensdauer von Wasserdampf jedoch kurz (Tage) (Jahre). Die regionalen Schwankungen der Wasserdampfkonzentrationen werden nicht direkt durch menschliche Aktivitäten beeinflusst.
Aufgrund der indirekten Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf die globalen Temperaturen und die Produktion von Wasserdampf, auch als Wasserdampfrückkopplung bezeichnet, wird die Erwärmung jedoch verstärkt.
2. Kohlendioxid (CO2)
20 % der Wärmeabsorption werden durch Kohlendioxid verursacht.
Organische Zersetzung, ozeanische Freisetzung und Atmung sind alles Beispiele für natürliche CO2-Quellen.
Zu den Quellen des anthropogenen CO2 gehören unter anderem die Zementherstellung, die Rodung von Wäldern und die Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas.
Überraschenderweise sind 21 % der direkten CO2-Emissionen auf die Industrie zurückzuführen, während 24 % aus der Land- und Forstwirtschaft und anderen Landnutzungen stammen.
Von etwa 270 mol.mol-1 im Jahr 1750 bis zu aktuellen Werten von mehr als 385 mol.mol-1 hat der atmosphärische CO2-Gehalt in den letzten zwei Jahrhunderten erheblich zugenommen.
Seit den 1970er Jahren ist etwa die Hälfte aller anthropogenen CO2-Emissionen zwischen 1750 und 2010 entstanden.
Aufgrund der hohen CO3-Konzentration und der positiven Rückkopplung des Wassers wird die globale mittlere Oberflächentemperatur im Jahr 5 voraussichtlich um 2100-2°C ansteigen.
3. Methan (CH4)
Das wichtigste organische Spurengas in der Atmosphäre ist Methan (CH4). Das Hauptelement von Erdgas, einer globalen Brennstoffquelle, ist CH4.
Landwirtschaft und Viehzucht tragen beide erheblich zu den CH4-Emissionen bei, obwohl hauptsächlich die Nutzung fossiler Brennstoffe dafür verantwortlich ist.
Seit der vorindustriellen Ära sind die CH4-Konzentrationen um den Faktor zwei gestiegen. Die aktuelle durchschnittliche Konzentration auf der ganzen Welt beträgt 1.8 mol.mol-1.
Obwohl seine Konzentration nur 0.5 % der CO2-Konzentration beträgt, gibt es Bedenken hinsichtlich einer Zunahme der atmosphärischen Emission von CH4. Tatsächlich ist es als Treibhausgas 30-mal stärker als CO2.
Zusammen mit Kohlenmonoxid (CO) produziert CH4 O3 (siehe unten), welches dazu beiträgt, die Menge an OH in der Troposphäre zu regulieren.
4. Stickoxide (NxO)
Stickstoffmonoxid (NO) und Lachgas (N2O) gelten beide als Treibhausgase (GHG). Ihre globalen Emissionen haben im vergangenen Jahrhundert zugenommen, hauptsächlich aufgrund menschlicher Aktivitäten. Der Boden setzt NO und N2O frei.
N2O ist ein starkes Treibhausgas, aber NO hilft indirekt bei der Bildung von O3. N2O hat das Potenzial, als Treibhausgas 300-mal wirksamer zu sein als CO2. Ersteres initiiert die Entfernung von O3, sobald es in der Stratosphäre ist.
Die N2O-Konzentrationen in der Atmosphäre steigen hauptsächlich aufgrund mikrobieller Aktivitäten in stickstoffreichen (N) Böden im Zusammenhang mit Landwirtschaft und Düngeaktivitäten.
Die beiden Hauptquellen von NO in der Atmosphäre sind anthropogene Emissionen (aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe) und biogene Emissionen aus Böden. Stickoxid entsteht schnell aus NO in der Troposphäre (NO2).
Flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und Hydroxyl können mit NO und NO2 (bezeichnet als NOx) reagieren, wobei organische Nitrate bzw. Salpetersäure entstehen.
Zugang zu Ökosystemen erhalten sie durch atmosphärische Deposition, die durch Versauerung oder N-Anreicherung beeinflusst wird und sich auf den Stickstoffkreislauf auswirkt.
5. NO-Quellen und chemische Reaktionen in Pflanzen
Der reduktive und der oxidative Weg wurden als die beiden Hauptprozesse für die NO-Erzeugung in Pflanzen beschrieben.
Auf dem reduktiven Weg wandelt NR Nitrit in Gegenwart von Anoxie, saurem pH-Wert oder erhöhten Nitritwerten in NO um.
Mehrere Aktivitäten, darunter das Schließen der Stomata, die Wurzelentwicklung, die Keimung und immunologische Reaktionen, wurden mit der NR-abhängigen NO-Produktion in Verbindung gebracht.
Xanthinoxidase, Aldehydoxidase und Sulfitoxidase sind nur einige der Molybdänenzyme, die Nitrit in Pflanzen reduzieren können.
Bei Tieren kann Nitrit auch über das Elektronentransportsystem in Mitochondrien abgebaut werden.
Durch die Oxidation organischer Substanzen wie Polyamine, Hydroxylamin und Arginin entsteht auf dem oxidativen Weg NO.
Tierische NOS-Enzyme katalysieren die Umwandlung von Arginin zu Citrullin und NO. Zahlreiche Untersuchungen wurden durchgeführt, um Pflanzen-NOS und die Arginin-abhängige NO-Produktion in Pflanzen zu identifizieren.
Nach der Entdeckung von NOS in der Grünalge Ostreococcus Tauri wurden Pflanzengenome einer bioinformatischen Hochdurchsatzstudie unterzogen.
Diese Arbeit zeigt, dass NOS-Homologe nur in einer kleinen Anzahl von photosynthetischen Mikroorganismen wie Algen und Diatomeen aus den über 1,000 untersuchten Genomen höherer Pflanzen gefunden wurden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass höhere Pflanzen NO produzieren, das von Arginin abhängig ist, aber das spezifische Enzym oder die Enzyme, die für die oxidativen Prozesse verantwortlich sind, sind noch unbekannt.
6. Ozon (O3)
Ozon (O3) kommt hauptsächlich in der Stratosphäre vor, wird aber auch teilweise in der Troposphäre produziert.
Die Ozonschicht und das stratosphärische Ozon entstehen auf natürliche Weise durch chemische Reaktionen zwischen Sauerstoff (O2) und solarer ultravioletter (UV-)Strahlung.
Ein O2-Molekül wird durch solares UV-Licht in zwei Sauerstoffatome (2 O) gespalten. Das Ergebnis ist ein (O3)-Molekül, das entsteht, wenn sich jedes dieser extrem reaktiven Atome mit O2 verbindet.
Die (O3)-Schicht absorbiert etwa 99 % der mittelfrequenten UV-Strahlung der Sonne, die eine Wellenlänge zwischen 200 und 315 nm hat. Andernfalls könnten sie Lebensformen schaden, die nahe der Erdoberfläche exponiert sind.
Der Großteil des troposphärischen O3 wird durch NOx, CO und VOCs produziert, die mit Sonnenlicht reagieren. Es wurde jedoch festgestellt, dass NOx in Städten O3 abfangen könnte.
Licht, Jahreszeit, Temperatur und VOC-Konzentration haben alle einen Einfluss auf diese duale NOx- und O3-Wechselwirkung.
Darüber hinaus führt die Oxidation von CH4 durch OH in der Troposphäre in Gegenwart von erheblichem NOx zur Bildung von Formaldehyd (CH2O), CO und O3.
O3 in der Troposphäre ist sowohl für Pflanzen als auch für Tiere (einschließlich Menschen) schlecht. O3 hat vielfältige Wirkungen auf Pflanzen. Die als Stomata bezeichneten Zellen, die vor allem auf der Unterseite von Pflanzenblättern zu finden sind, lassen CO2 und Wasser in das Gewebe eindringen.
Pflanzen, die hohen O3-Konzentrationen ausgesetzt sind, schließen ihre Spaltöffnungen, was die Photosynthese verlangsamt und die Pflanzenentwicklung einschränkt. Starker oxidativer Stress kann auch durch O3 induziert werden und Pflanzenzellen schädigen.
7. Fluoriertes Gas
Synthetische, starke Treibhausgase wie Fluorkohlenwasserstoffe, Perfluorkohlenwasserstoffe, Schwefelhexafluorid und Stickstofftrifluorid werden durch eine Vielzahl von häuslichen, gewerblichen und industriellen Anwendungen und Vorgängen freigesetzt.
Manchmal werden fluorierte Gase – insbesondere Fluorkohlenwasserstoffe – anstelle von die Stratosphäre ozonabbauenden Verbindungen (z. B. Chlorfluorkohlenwasserstoffe, Chlorfluorkohlenwasserstoffe und Halone) verwendet.
Im Vergleich zu anderen Treibhausgasen werden fluorierte Gase normalerweise in geringeren Mengen emittiert, sind aber starke Treibhausgase.
Manchmal werden sie als Gase mit hohem Treibhauspotenzial (GWP) bezeichnet, weil sie bei gleicher Masse deutlich mehr Wärme speichern als Gase mit niedrigerem Treibhauspotenzial (GWP) wie CO2, dessen Werte typischerweise zwischen Tausenden und Zehntausenden liegen.
Fazit
Da jedes Treibhausgas Energie unterschiedlich absorbiert und eine bestimmte „Lebensdauer“ oder Zeitdauer hat, die es in der Atmosphäre verbringt, hat jedes eine andere Fähigkeit, Wärme aus der Atmosphäre zu absorbieren.
Nach Angaben des Intergovernmental Panel on Climate Change wären beispielsweise Hunderte von Kohlendioxidmolekülen erforderlich, um die wärmende Wirkung eines einzelnen Moleküls Schwefelhexafluorid, des stärksten Treibhausgases, in Bezug auf die Wärmeabsorption (IPCC) zu erreichen.
Auswirkungen von Treibhausgasen auf die Umwelt – FAQs
[sc_fs_faq html=”true” headline=”h3″ img=”” question=”Wie beeinflussen Treibhausgase die globale Erwärmung?” img_alt=”” css_class=””] Da sie Wärme speichern, die sonst aus der Atmosphäre entweichen würde, sind Treibhausgase für die globale Erwärmung verantwortlich. Diese Gase können, im Gegensatz zu Sauerstoff und Stickstoff, Strahlung absorbieren und Wärme speichern. Die Temperatur auf der Erde wird durch Treibhausgase auf einem Niveau gehalten, auf dem Leben möglich ist. [/sc_fs_faq]