Treibhausgase können aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung vom Boden abgegebene Infrarotstrahlung teilweise aufnehmen und tragen damit dazu bei, dass Wärme in der Erdatmosphäre gespeichert wird, anstatt ans Weltall abgegeben zu werden. Diese Rückstrahlung erwärmt die Erde um durchschnittlich etwa 33 °C. Ohne diesen Effekt betrüge die mittlere Oberflächentemperatur nur ca. -18 °C auf der Erde. Dieser Prozess ist der natürliche (geogene) Treibhauseffekt, der das Leben auf der Erde begünstigt. Wasserdampf und Ozon sind die wichtigsten natürlichen Treibhausgase. Hinzu kommt der anthropogen bedingte, also durch den Menschen verursachte Treibhauseffekt.
Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffmonoxid (N2O) und fluorierte Gase (u.a. FCKW, FKW) sind derzeit die wichtigsten, vom Menschen zusätzlich eingetragenen Treibhausgase. Sie werden für den momentanen weltweiten Temperaturanstieg verantwortlich gemacht. Es gibt Treibhausgase, die unbeabsichtigt als Nebenprodukt in Verbrennungsprozessen, bei der Abfallentsorgung oder bei der Tierhaltung durch Fermentation in Mägen entstehen. Andere wiederum, wie Kältemittel für Kühlschränke und Klimaanlagen, werden gezielt produziert. Fluorierte Gase kommen in der Natur nicht vor während es für die übrigen Treibhausgase auch in der Natur sowohl Quellen wie auch Senken gibt. Jedes Gas hat seine spezifische Verweildauer in der Atmosphäre, sein eigenes Absorptionsspektrum für Wärmestrahlung und trägt damit unterschiedlich stark zur globalen Erwärmung bei. Die nebenstehende Infografik zeigt dies im Detail. Schwefelhexafluorid ist das stärkste bekannte anthropogene Treibhausgas.
Die Beschaffenheit der Erdoberfläche und deren Absorptionsspektrum für Strahlung beeinflusst den Treibhauseffekt. Eismassen haben beispielsweise ein wesentlich größeres Rückstrahlungsvermögen (Albedo) als Vegetation. Landnutzungsänderungen können somit den Strahlungshaushalt beeinflussen.
Kohlen(stoff)dioxid (CO2) ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Es ist ein farb- und geruchsloses, ungiftiges Gas. Es ist ein natürlicher Bestandteil der Luft und entsteht sowohl bei der vollständigen Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen unter ausreichenden Sauerstoffgehalt als auch im Organismus von Lebewesen als Produkt der Zellatmung. Das CO2 wird dabei über den Atem abgegeben. Pflanzen hingegen sind in der Lage CO2 zu fixieren und beispielsweise durch Photosynthese in Glucose umzuwandeln. Waldbrände sind deshalb dann auch eine bedeutende CO2 Quelle. Das Meerwasser nimmt CO2 auf. Auch Meeresorganismen wie z.B. Korallen oder Muscheln brauchen CO2 für den Aufbau ihres Kalkskeletts. Böden wiederum speichern im Humus viel CO2. Durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern und weiteren Industrieemissionen wird der natürliche Treibhauseffekt verstärkt.
Methan (CH4) ist ein farb- und geruchloses, brennbares Gas. Methan ist der wesentliche Bestandteil von Erdgas und wir somit ebenfalls durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe in die Atmosphäre freigesetzt. In der Atmosphäre wird es zu Kohlenstoffmonoxid und schließlich zu Kohlenstoffdioxid oxidiert. Methan entsteht immer dort, wo organisches Material unter Luftausschluss abgebaut wird: in Deutschland vor allem in der Land- und Forstwirtschaft, insbesondere bei der Massentierhaltung. Eine weitere Quelle sind Klärwerke und Mülldeponien.
Lachgas (N2O) gelangt vor allem über stickstoffhaltigen Dünger und die Massentierhaltung in die Atmosphäre, denn es entsteht immer dann, wenn Mikroorganismen stickstoffhaltige Verbindungen im Boden abbauen. In der Industrie entsteht es vor allem bei chemischen Prozessen, u.a. in der Düngemittelproduktion und der Kunststoffindustrie.
Fluorierte Gase (HFKW, FKW, SF6, NF3), die sogenannten F-Gase, sind selbst im Vergleich zu Methan und Lachgas extrem treibhauswirksam. Auch ihre Verweildauer in der Atmosphäre ist enorm lang. F-Gase werden produziert, um als Treibgas, Kühl- und Löschmittel oder Bestandteil von Schallschutzscheiben eingesetzt zu werden.
Quelle: Umweltbundesamt
