Lachgas. Das auch unter dem Namen Distickstoffmonoxid (N2O) bekannte Narkosemittel ging in den letzten Jahren vor allem wegen seiner ungewöhnlichen Nutzung als Freizeitdroge durch die Medien.
Doch nicht nur auf das menschliche Nervensystem hat das farblose und leicht süßlich riechende Gas einen schädigenden Effekt. Lachgas zerstört auch die Ozonschicht und ist ein sehr potentes Treibhausgas.
Mit sechs Prozent Anteil am Klimawandel ist Lachgas sogar das drittwichtigste Treibhausgas nach Kohlendioxid und Methan. Dabei ist N2O fast 300-mal so klimaschädlich wie die gleiche Menge CO2. In der Atmosphäre angekommen, dauert es zudem durchschnittlich 117 Jahre, bis Lachgas wieder abgebaut ist.
Das dachte man zumindest bisher. Doch eine Studie zweier Erdsystemforscher von der University of California in Irvine (UC Irvine) korrigiert dies nun und zeigt: Lachgas verschwindet durchschnittlich immer früher aus der Atmosphäre. Um 1,4 Prozent in einem Jahrzehnt verringert sich die Abbaudauer von Lachgas, das unter anderem durch die künstliche Düngung von Ackerland entsteht. Umgerechnet entspricht dies 1,8 Jahren pro Dekade.
Dieser Wert klingt erstmal nach wenig. Doch bis Ende des Jahrhunderts würde das globale Erwärmungspotenzial von Lachgas dadurch erheblich zurückgehen. Elf Prozent niedriger wäre es im Jahr 2100. "Dieser Effekt ist also für das Klima durchaus relevant", bemerken die Studienautoren.
Die Forschenden haben diesen N2O-Rückgang auf Basis von globalen Daten zur Lachgaskonzentration in der Stratosphäre ermittelt, die sie zwischen 2004 und 2024 erhoben.
Klimawandel drückt Verweildauer
Die verkürzte Lachgas-Lebensdauer lässt sich laut den Forschern auf eine Veränderung von Zirkulation und Temperatur in der Stratosphäre zurückführen.
Denn nachdem Lachgas aus Düngemitteln, dem Boden oder Meerwasser aufgestiegen ist und sich in der unteren Atmosphäre angereichert hat, wird es durch die sogenannte Brewer-Dobson-Zirkulation in die Stratosphäre transportiert.
"Diese Zirkulation ist für den großskaligen Transport der Luft von den Tropen zu den Polen sowie weiter oben von der Sommer- zur Winterhalbkugel verantwortlich", erklärt Olaf Morgenstern vom Deutschen Wetterdienst, der nicht an der Studie beteiligt war.
In der mittleren und oberen Stratosphäre, etwa 25 bis 40 Kilometer über der Erdoberfläche, trifft dann starke UV-Strahlung in Form von Sonnenlicht auf die Lachgas-Moleküle und trennt das N2O in seine Bestandteile auf. Diese reagieren mit anderen Teilchen und Molekülen in der Stratosphäre – so auch mit Ozon (O₃). Dieser Prozess verursacht den Löwenanteil der atmosphärischen N2O-Zerstörung.
"Doch seit Längerem zeigen Modellstudien, dass sich die Brewer-Dobson-Zirkulation in der Stratosphäre beschleunigt", so Morgenstern. Entsprechend schneller wandert das Lachgas von der Erdoberfläche in die Stratosphäre. Morgenstern weiter: "Die Auswirkungen auf Lachgas sind dann offenbar, dass dieses langlebige Treibhausgas schneller abgebaut wird."
Und noch ein weiterer Prozess beschleunigt den Abbau des Klimagases: Während Kohlendioxid in Bodennähe zu höheren Temperaturen führt, kühlt es die Stratosphäre hingegen ab.
"Diese Abkühlung beschleunigt in Verbindung mit Veränderungen der atmosphärischen Zirkulationsmuster den Transport von N2O in die Regionen, in denen es zerstört wird. Es handelt sich um einen Rückkopplungskreislauf", erläuterte Calum Wilson, Doktorand an der UC Irvine und Mitautor der Studie.
Klimaeffekte besser verstehen
Allerdings dürfe man den mäßigenden Einfluss des beschleunigten Lachgasabbaus auf den Klimawandel keinesfalls überbewerten, mahnt Atmosphärenforscher Morgenstern. Dieser bewirke schließlich nicht, dass weniger Lachgas in die Stratosphäre gelangt oder dass sich dort weniger N2O befindet.
Ganz im Gegenteil. Nach wie vor nimmt die Lachgaskonzentration in der Atmosphäre zu. Lag sie bis zum Jahr 1750 bei rund 270 ppb (parts per billion), waren es 2022 schon 336 ppb, wie Daten des Global Carbon Project zeigen. Ein Zuwachs von einem Viertel. Projektionen zeigen: Auch zukünftig werden die Lachgas-Emissionen weiter zunehmen, um etwa drei Prozent pro Jahrzehnt.
Außerdem verursachen die zunehmenden Treibhausgase lediglich die Hälfte der Beschleunigung der Brewer-Dobson-Zirkulation, wie Morgenstern anmerkt. Die andere Hälfte des Effekts stammt vom stratosphärischen Ozonabbau. Da sich die Ozonschicht aber voraussichtlich erholen wird, könnte auch die Zirkulation wieder langsamer verlaufen und Lachgas würde später in die Stratosphäre gelangen.
"Es könnten also weniger als elf Prozent zum Ende des Jahrhunderts werden", so Morgenstern.
Wilsons Kollege Michael Prather sieht den Wert der von ihm mitverfassten Studie vor allem darin, dass sie "eine Lücke in den aktuellen Erdsystemmodellen aufzeigt". Denn das Verhalten von Treibhausgasen zu verstehen, ist laut dem Klimawissenschaftler für die Eindämmung des Klimawandels von entscheidender Bedeutung.
Die Studie habe zeigen können, dass der Klimawandel selbst die Geschwindigkeit verändert, mit der Lachgas in der Stratosphäre zerstört wird – ein Effekt, der bei zukünftigen Klimabewertungen nicht ignoriert werden dürfe, so der Forscher von der UC Irvine.
Prather: "Die Veränderung im Lebenszyklus von Stickstoffoxid in der Atmosphäre ist ein entscheidender Teil des Puzzles, der bislang weitgehend übersehen wurde."
Und auch in weiteren Bereichen der Erdsystemmodellierung existieren laut dem Klimaforscher derartige Lücken – etwa bei einem anderen wichtigen Treibhausgas: Methan (CH4).
"Ich habe seit 1996 die IPCC-Kapitel über chemisch kontrollierte Treibhausgase verfasst. Dort haben wir gesehen, dass eine sich erwärmende Welt die Temperaturen und den Wasserdampfgehalt in den Tropen steigern würde, wo CH4‑Verluste auftreten", erklärt Prather.
Dem Wissenschaftler zufolge ist seit Langem bekannt, dass der Klimawandel auch den Abbau von Methan beschleunigen wird. "Aber meines Wissens hat noch niemand den Rückgang der CH4-Lebensdauer bei zukünftiger Erwärmung nachgewiesen", so Prather.
Derartige Effekte müssten deshalb nun in die Modelle, die für internationale Klimabewertungen Verwendung finden, einbezogen werden. Denn laut dem Forscher bergen "die Chemie und Dynamik der Stratosphäre derzeit noch relevante Unsicherheiten".
