Wer sein Auto auf einem sonnigen Platz abstellt, kennt das Phänomen: Das Lenkrad wird so heiß, dass man sich daran die Finger verbrennt. Einen ähnlichen Effekt zeigt die Verglasung von Wintergärten und Treibhäusern: Drinnen ist es spürbar wärmer als draußen. Auf vergleichbare Weise wirkt auch unsere Atmosphäre.
Die Lufthülle der Erde besteht heute zu etwa 78 Prozent aus Stickstoff, knapp 21 Prozent aus Sauerstoff und 0,93 Prozent aus Argon, enthält darüber hinaus jedoch winzige Mengen sogenannter Treibhausgase, darunter Kohlendioxid (CO₂), Methan, Distickstoffoxid, Ozon und Wasserdampf, die eine entscheidende Wirkung entfalten: Ihre Moleküle lassen die kurzwellige Sonnenstrahlung, die wir als Licht wahrnehmen, weitgehend zur Erdoberfläche passieren, blockieren jedoch die langwellige Wärme- bzw. Infrarotstrahlung, die unser Planet im Gegenzug abgibt.
Ein Teil dieser Strahlung wird zurück zur Erde reflektiert, wodurch der Boden, die Ozeane und die Luft stärker erwärmt werden. Zum Glück, denn ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt läge die mittlere Oberflächentemperatur bei minus 18 Grad Celsius. Tatsächlich beträgt sie etwa 15 Grad Celsius – eine Bedingung, die das Leben auf der Erde erst möglich macht. Verantwortlich für diesen „Wärmestau“ ist in erster Linie gasförmiges Wasser. Der durch Verdunstung entstehende Wasserdampf bleibt nur wenige Tage oder Wochen in der Atmosphäre und kann vom Menschen nicht direkt gesteuert werden. Er ist damit das wichtigste natürliche Treibhausgas.
Die Erdoberfläche erwärmt sich zusätzlich, sobald weitere Treibhausgase in die Atmosphäre gelangen. Hier setzt der menschliche Einfluss an. Durch die Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Erdöl und Erdgas für Industrie, Heizung und Stromproduktion, durch Straßen- und Flugverkehr, intensive Landwirtschaft, Zementproduktion, Trockenlegung von Feuchtgebieten und großflächige Abholzung steigt ihre Konzentration kontinuierlich. Jährlich werden mehr als 120 Millionen Tonnen Methan und über 40 Milliarden Tonnen Kohlendioxid freigesetzt.
Methan wirkt zwar nur wenige Jahrzehnte in der Atmosphäre, hat jedoch über einen Zeitraum von 20 Jahren eine etwa achtzigfach stärkere klimawirksame Wirkung als CO₂. Letzteres bleibt dagegen über Jahrhunderte bis Jahrtausende in der Luft und ist daher hauptverantwortlich für die langfristige Erderwärmung. Im Verlauf der Erdgeschichte waren die Konzentrationen von Methan und Kohlendioxid schon mehrfach deutlich höher als heute, und die Temperaturen lagen lange Zeit über dem heutigen Niveau – allerdings ohne menschlichen Einfluss. Die ältesten Spuren von Hominiden in Afrika reichen über drei Millionen Jahre zurück; Homo erectus war schon vor 1,2 Millionen Jahren in Europa unterwegs.
Luftblasen in 2700 Meter langen Bohrkernen aus dem antarktischen Gletschereis dokumentieren, dass der CO₂-Gehalt der Luft in dieser Zeit zwischen 0,2 und 0,3 Promille schwankte. Erst seit dem Beginn der Industrialisierung im 19. Jahrhundert steigt der CO₂-Anteil sehr rasch an; er liegt inzwischen über 0,4 Promille.
Weltweit herrscht wissenschaftlicher Konsens, dass dieser Anstieg nicht durch natürliche Faktoren wie Schwankungen der Sonnenaktivität, große Vulkanausbrüche oder interne Klimasystemdynamiken erklärt werden kann. Vielmehr ist er der Hauptgrund für die seit 1850 gemessene Zunahme der mittleren Temperatur der erdnahen Atmosphäre um rund 1,6 Grad Celsius.
Die Rolle des Wasserdampfs ist dabei ambivalent. Warme Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen, wodurch seine Konzentration steigt. Dieser Effekt verstärkt den menschengemachten Treibhauseffekt indirekt, ist jedoch nicht seine Ursache. Kondensiert der Wasserdampf zu Wolken, kommt es zu weiteren Rückkopplungen: Helle, dichte Wolken reflektieren viel Sonnenlicht ins All und wirken kühlend, während dünne, hohe Wolken die Wärmestrahlung absorbieren und den Treibhauseffekt weiter verstärken.
Die globale Durchschnittstemperatur hat sich seit 1850 zunächst langsam verändert; seit den 1980er-Jahren steigt sie jedoch zunehmend schneller an. Diese Entwicklung verläuft nicht linear, zeigt aber trotz kurzfristiger Schwankungen eine klare Aufwärtstendenz. Ihre Geschwindigkeit ist in der jüngeren Erdgeschichte beispiellos: Frühere Klimaveränderungen dauerten Jahrtausende bis Millionen Jahre, während heutige Veränderungen innerhalb weniger Generationen stattfinden. Die Folgen des von uns verstärkten Treibhauseffekts treffen eine hochgradig vernetzte Zivilisation und haben bereits jetzt erhebliche Auswirkungen auf die Lebensumstände von 8,3 Milliarden Menschen weltweit.