KLIMA · 11. NOVEMBER 2024 · AKTUALISIERT 29. SEPTEMBER 2026

Bild von Jürgen Jester auf Pixabay

Treibhauseffekt einfach erklärt: Wie Gase die Erde wärmen

Bestimmte Gase in der Luft lassen Sonnenlicht fast ungehindert zur Erde durch und halten einen Teil der Wärme fest, die der Boden abstrahlt. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt läge die mittlere Temperatur an der Erdoberfläche bei etwa minus 18 Grad Celsius statt bei knapp 15 Grad.

VON MARTIN JENDRISCHIK · 10 Min. LESEN

Seit Beginn der Industrialisierung verstärken Menschen diesen Effekt. Wer Kohle, Öl und Gas verbrennt, setzt Kohlendioxid frei. Landwirtschaft und Gasförderung bringen Methan und Lachgas in die Luft.

Die Messstation Mauna Loa auf Hawaii registrierte 2025 im Jahresmittel 427,35 ppm CO₂, zeigen die Daten der US-Behörde NOAA (Stand September 2026). Vor der Industrialisierung waren es rund 278 ppm. Die zusätzlichen Gase machen die wärmende Hülle dichter, und die Erde erwärmt sich.

Inhaltsverzeichnis

Was ist der Treibhauseffekt einfach erklärt

Der Treibhauseffekt ist die Erwärmung der Erdoberfläche durch Gase, die Wärmestrahlung aufnehmen und zum Teil zum Boden zurückschicken. Er wirkt wie eine Decke, die den Wärmeverlust ins Weltall bremst.

Das Umweltbundesamt vergleicht ihn mit einer teilweise wärmeisolierenden Decke, die im Laufe der Zeit dicker wird. Das Dickerwerden ist der menschengemachte Anteil. Die wichtigsten Treibhausgase sind Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Lachgas und Ozon.

Die beiden Hauptbestandteile der Luft spielen dabei fast keine Rolle. Stickstoff stellt rund 78 Prozent der trockenen Atmosphäre, Sauerstoff rund 21 Prozent. Beide üben nach dem Sachstandsbericht des Weltklimarats IPCC von 2007 fast keinen Treibhauseffekt aus.

Wie funktioniert der Treibhauseffekt in vier Schritten

Der Treibhauseffekt funktioniert über zwei Arten von Strahlung: Kurzwelliges Sonnenlicht kommt herein, langwellige Wärmestrahlung geht hinaus. Treibhausgase lassen das Licht passieren und fangen einen Teil der Wärmestrahlung ab.

Im ersten Schritt schickt die Sonne vor allem sichtbares Licht zur Erde. Etwa ein Drittel davon gelangt nach Angaben des IPCC direkt zurück ins All. Im zweiten Schritt nehmen Boden, Meere und Luft die übrigen zwei Drittel auf, die Oberfläche erwärmt sich.

Im dritten Schritt gibt die warme Erde Energie als unsichtbare Infrarotstrahlung ab. Im vierten Schritt nehmen Treibhausgase einen Teil davon auf und strahlen ihn in alle Richtungen wieder ab. Was davon am Boden ankommt, wärmt ihn zusätzlich.

Im Gleichgewicht strahlt die Erde so viel Energie ab, wie sie von der Sonne aufnimmt, laut IPCC rund 240 Watt pro Quadratmeter. Eine Fläche, die so viel abstrahlt, hätte etwa minus 19 Grad. Diese Temperatur herrscht im Mittel in rund fünf Kilometern Höhe. Der Boden ist mit etwa 14 Grad deutlich wärmer.

Warum ist der natürliche Treibhauseffekt lebenswichtig

Ohne den natürlichen Treibhauseffekt wäre die Erde vereist, mit einer Mitteltemperatur von etwa minus 18 Grad Celsius. Erst die Treibhausgase heben sie auf knapp 15 Grad und machen Leben, wie wir es kennen, möglich.

Diese Werte nennt das Umweltbundesamt. Der IPCC rechnet in seinem Bericht von 2007 mit minus 19 und plus 14 Grad. Der Abstand von 33 Grad ist in beiden Fällen gleich. Auch Gavin Schmidt vom NASA-Institut GISS beziffert die Größe des Treibhauseffekts in diesem Gedankenexperiment auf rund 33 Grad.

Die Rechnung nimmt an, dass die Erde ohne Treibhausgase genauso viel Sonnenlicht zurückwirft wie heute. In Wirklichkeit gäbe es dann mehr Eis und andere Wolken.

Warum hinkt der Vergleich mit dem Gewächshaus

Ein Gewächshaus bleibt vor allem warm, weil seine Glaswände den Luftaustausch bremsen. Die Atmosphäre hat keine Wände und hält Wärme über Strahlung zurück, also über einen anderen physikalischen Vorgang.

So beschreibt es der IPCC in seinem Bericht von 2007: Glaswände verringern den Luftstrom, der Treibhauseffekt der Erde wirkt ähnlich, aber physikalisch anders. Auch das Umweltbundesamt weist darauf hin, dass im Garten-Treibhaus aus Fensterglas andere Effekte eine viel größere Rolle spielen. Der Begriff Gewächshauseffekt ist deshalb nur ein Bild, treffender ist das der Decke.

Was unterscheidet den natürlichen vom anthropogenen Treibhauseffekt

Der natürliche Treibhauseffekt entsteht durch Gase, die auch ohne Menschen in der Luft wären, allen voran Wasserdampf. Der anthropogene, also menschengemachte Treibhauseffekt ist die zusätzliche Erwärmung durch Gase, die Menschen seit etwa 1750 ausstoßen.

Der Weltklimarat hält im Sachstandsbericht von 2021 fest: Den Anstieg der Treibhausgase seit etwa 1750 hat eindeutig der Mensch verursacht. Nach der besten Schätzung des IPCC haben Menschen die Erde im Zeitraum 2010 bis 2019 um 1,07 Grad gegenüber 1850 bis 1900 erwärmt.

Den zusätzlichen Energieeintrag messen Fachleute als Strahlungsantrieb in Watt pro Quadratmeter. Für 1750 bis 2019 beziffert der IPCC den gesamten menschengemachten Antrieb auf 2,72 Watt pro Quadratmeter. Allein Kohlendioxid steuert 2,16 Watt bei. Kühlende Schwebeteilchen aus Abgasen gleichen einen Teil der Treibhausgaswirkung aus.

Die Folgen lassen sich messen. Nach dem EU-Klimadienst Copernicus war 2024 mit 1,60 Grad über vorindustriellem Niveau das wärmste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen. 2025 folgte mit 1,47 Grad auf Platz drei. Im Mittel der Jahre 2023 bis 2025 lag die Erde erstmals über 1,5 Grad.

Der langfristige Trend liegt laut Copernicus bei rund 1,4 Grad, die Grenze des Pariser Abkommens ist also noch nicht dauerhaft gerissen. Wie die Vereinten Nationen den Rückweg planen, zeigt der Overshoot-Report des UNEP zur 1,5-Grad-Grenze. Mit jedem Zehntelgrad rücken Kipppunkte im Klimasystem näher, etwa das großflächige Absterben von Korallenriffen.

Welche Treibhausgase tragen wie viel zum Treibhauseffekt bei

Beim natürlichen Treibhauseffekt liefert Wasserdampf rund die Hälfte der Wirkung, Wolken ein Viertel und Kohlendioxid ein Fünftel. Beim menschengemachten Zuwachs stammen rund zwei Drittel des Strahlungsantriebs der langlebigen Gase von Kohlendioxid.

Die Anteile am natürlichen Effekt hat ein Team um Gavin Schmidt 2010 berechnet, den Rest teilen sich Ozon, Methan, weitere Gase und Staub. Die Werte für den menschengemachten Antrieb stammen aus dem Treibhausgas-Bulletin der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) vom Oktober 2025.

Langlebige Treibhausgase im Vergleich, Stand Oktober 2025 (Messjahr 2024), Quellen: WMO-Treibhausgas-Bulletin Nr. 21, IPCC AR6 Arbeitsgruppe I Kapitel 7
Gas	Vorindustriell (1750)	Globales Mittel 2024	Anstieg seit 1750	Treibhauspotenzial GWP100	Anteil am Strahlungsantrieb
Kohlendioxid (CO₂)	278,3 ppm	423,9 ppm	auf 152 %	1	rund 66 %
Methan (CH₄)	729,2 ppb	1.942 ppb	auf 266 %	27,0 (nicht fossil) bis 29,8 (fossil)	rund 16 %
Lachgas (N₂O)	270,1 ppb	338,0 ppb	auf 125 %	273	rund 6 %
Halogenierte Gase (FCKW, HFKW u.a.)	nicht ausgewiesen	Spuren (ppt)	nicht ausgewiesen	je nach Gas	rund 12 %

ppm steht für Teile pro Million, ppb für Teile pro Milliarde. Das Treibhauspotenzial GWP100 gibt an, wie stark ein Kilogramm eines Gases über 100 Jahre wärmt, verglichen mit einem Kilogramm CO₂.

Wasserdampf

Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas, doch seine Menge folgt der Temperatur. Pro Grad Erwärmung kann die Luft rund sieben Prozent mehr Wasserdampf halten, beschreibt das Clausius-Clapeyron-Gesetz. Wasserdampf verstärkt deshalb jede Erwärmung, die andere Gase anstoßen. In Schmidts Modellrechnung steigt der Effekt einer CO₂-Verdopplung durch Wasserdampf und Wolken von vier auf fast 20 Watt pro Quadratmeter.

Kohlendioxid

Kohlendioxid entsteht vor allem beim Verbrennen von Kohle, Öl und Gas. Von 2023 auf 2024 stieg die Konzentration laut WMO um 3,5 ppm, so stark wie nie seit Beginn der modernen Messungen. Was der Rekordanstieg für das deutsche CO₂-Budget bedeutet, hat Cleanthinking eingeordnet. Auf Mauna Loa erreichte der Monatswert im Mai 2026 mit 432,34 ppm den höchsten Stand der Messreihe (vorläufige NOAA-Daten).

Methan

Methan wärmt pro Kilogramm über 100 Jahre 27- bis 30-mal so stark wie CO₂. Dafür zerfällt es schneller, der IPCC gibt eine Lebensdauer von knapp zwölf Jahren an. Rund 60 Prozent der Emissionen stammen laut WMO aus menschlichen Quellen: Wiederkäuer, Reisanbau, fossile Förderung, Deponien und Biomasseverbrennung. Dänemark besteuert ab 2030 Methan aus der Tierhaltung.

Lachgas, Ozon und F-Gase

Lachgas bleibt laut IPCC im Mittel 109 Jahre in der Luft und wärmt pro Kilogramm 273-mal so stark wie CO₂. Rund 43 Prozent der Emissionen sind menschengemacht, schreibt die WMO, unter anderem durch Düngung und Industrieprozesse. Ozon wirkt ebenfalls wärmend, der IPCC beziffert den Antrieb durch Ozonänderungen seit 1750 auf 0,47 Watt pro Quadratmeter. FCKW nehmen laut WMO ab, einige ihrer Ersatzstoffe dagegen zu.

Warum wirkt Kohlendioxid so stark als Treibhausgas

Kohlendioxid schluckt Wärmestrahlung in einem Wellenbereich, in dem die Erde besonders viel davon abstrahlt. Ein Quanteneffekt namens Fermi-Resonanz macht dieses Band zusätzlich breiter.

Das CO₂-Molekül kann unter anderem gestreckt und gebogen schwingen. Die Frequenz der Streckschwingung ist zufällig fast doppelt so hoch wie die der Biegeschwingung. Dadurch vermischen sich beide, und das Molekül nimmt Wärmestrahlung über eine größere Bandbreite auf.

Robin Wordsworth von der Harvard University hat den Mechanismus 2024 mit Kollegen aus Harvard und Reading im Planetary Science Journal aus physikalischen Grundprinzipien hergeleitet. Die Autoren nennen es bemerkenswert, dass eine scheinbar zufällige Resonanz in einem gewöhnlichen Molekül mit drei Atomen das Erdklima so stark prägt.

Kann ein Spurengas wie Kohlendioxid das Klima verändern

Ja, ein Spurengas wie Kohlendioxid verändert das Klima messbar. Die Hauptgase Stickstoff und Sauerstoff, zusammen 99 Prozent der trockenen Luft, nehmen fast keine Wärmestrahlung auf. Die Wirkung stammt aus Spurengasen und Wasser.

Der Einwand lautet, CO₂ sei mit rund 0,04 Prozent der Luft zu selten, um etwas zu bewirken. Nach der GISS-Berechnung liefert es trotzdem rund ein Fünftel des gesamten Treibhauseffekts. In Modellversuchen ohne alle Spurengase kühlt die Erde um etwa 35 Grad ab und nähert sich einem Schneeball-Zustand. Schmidt folgert, trotz geringer Menge sei an der Bedeutung von CO₂ nichts nebensächlich.

Ist der Treibhauseffekt von Kohlendioxid schon gesättigt

Nein, der Treibhauseffekt von Kohlendioxid ist nicht gesättigt. Jedes zusätzliche CO₂ verstärkt ihn weiter, jede Verdopplung der Konzentration bringt rund 3,7 Watt pro Quadratmeter zusätzlichen Antrieb.

Der Einwand geht auf den schwedischen Physiker Knut Ångström zurück. Er argumentierte um 1900, die Atmosphäre schlucke Infrarot bereits vollständig. Der IPCC hält 2021 fest, dass diese Behauptung ein halbes Jahrhundert später als falsch erkannt wurde.

Entscheidend ist nicht, ob die Strahlung in Bodennähe verschluckt wird, sondern aus welcher Höhe sie ins All entweicht. Mehr CO₂ verschiebt diese Abstrahlung in höhere, kältere Luftschichten. Kältere Luft strahlt weniger ab, also staut sich Wärme, erklären Wordsworth und Kollegen.

Die Wirkung wächst deshalb mit dem Logarithmus der Konzentration, sie flacht ab, endet aber nicht. Die NOAA berechnet aus gemessenen Konzentrationen für CO₂ einen Anstieg des Antriebs von 1,33 Watt pro Quadratmeter 1990 auf 2,33 Watt 2024.

Mitte der 1850er-Jahre wies die Forscherin Eunice Foote nach, dass Wasserdampf und Kohlendioxid Wärmestrahlung stärker aufnehmen als normale Luft, berichtet das Umweltbundesamt. Neu ist das Tempo, mit dem Menschen die Decke verdicken. Welche Ursachen und Folgen der Klimawandel hat, zeigt der Überblick von Cleanthinking.

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