Wie funktioniert ein Treibhaus?

Grundsätzlich geschieht in einem Treibhaus zunächst das selbe, wie außerhalb des Treibhauses:

• Strahlung von der Sonne trifft auf Oberflächen, welche diese Strahlung teilweise „verschlucken“ (absorbieren). Der nicht verschluckte Anteil der Sonnenstrahlung wird reflektiert und ist insbesondere das, was wir mit den Augen wahrnehmen können.
• Diese Oberflächen erhalten also Energie und werden dadurch erwärmt.
• Ein Teil dieser Energie wird anschließend per Wärmeleitung (Konduktion) auf die direkt in Kontakt stehende Luft übertragen, wodurch sich diese ein wenig erwärmt. Erwärmung von Gasen bedeutet, dass die Bewegungsgeschwindigkeit (kinetische Energie) der Luftmoleküle erhöht wird.
• Durch diese Erwärmung sinkt die Dichte dieser Luftmenge (Luftpaket) und sie steigt deshalb nach oben (Konvektion).
• Das hat zur Folge, dass andere, kühlere Anteile der Luft nachstömen, also ebenfalls mit den Oberflächen in Kontakt kommen.
• Ein Teil der Energie, die die Oberflächen erhalten haben, wird auch per Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung oder kurz IR-Strahlung) abgegeben. Diese wirkt sich aber kaum auf die Temperatur der Luft aus, weil die Hauptbestandteile von trockener Luft (78,08 % Stickstoff, 20,95 % Sauerstoff, 0,934 % Argon, somit bereits nur diese drei zusammen: 99,964 %) nicht auf Wärmestrahlung reagieren. Bei den IR-aktiven Gasen wie Wasserdampf, CO₂ oder Ozon führt die Energieaufnahme ebefalls nicht zu einer Temperaturerhöhung, da diese stattdessen (kurzzeitig) zu Schwingungen der Atome angeregt werden. Deshalb erwärmt auch die Strahlung einer Infrarotheizung die Raumluft nicht direkt, sondern vor allem Gegenstände, die dann ihrerseits per Wärmeleitung die Luft erwärmen.

Der entscheidende Unterschied zwischen einem Treibhaus und der Umgebung besteht darin, dass das Treibhaus verhindert, dass die erwärmte Luft in „beliebig“ hohe Luftschichten steigt. Es unterbindet also die großräumige Konvektion. Das hatte Horace-Bénédict de Saussure experimentell herausgefunden und bereits 1748 veröffentlicht.

Ob für diesen Zweck beispielsweise Glas verwendet wird, welches für IR-Strahlung nahezu undurchlässig ist, oder Polyethylenfolie, welche IR-Strahlung nahezu ungehindert hindurch lässt, spielt für diese Wirkung keine Rolle.

Weil die bereits erwärmte Luft nach oben strebt, aber im Treibhaus gehalten wird, kommt es zu Luftumwälzungen, so dass die bereits erwärmte Luft wiederholt mit den Oberflächen in Kontakt kommt und sich dadurch weiter erwärmt.

Theoretisch würde die Luft in einem Treibhaus somit irgendwann die Temperatur des wärmsten Gegenstandes im Treibhaus annehmen. In der Praxis verliert das Treibhaus aber Energie. Dies geschieht einerseits durch Erwärmung der Außenflächen des Treibhauses durch die warme Luft per Wärmeleitung und anschließender Abgabe eines Teils dieser Wärme an die Außenluft, andererseits durch das Entweichen von erwärmter Luft aus dem Treibhaus und Nachströmen von kälterer Außenluft in das Treibhaus. Ein geringer Teil der Wärmeenergie wird auch dadurch von der Luft abgegeben, dass Stöße zwischen den Luftmolekülen die Atome in den IR-aktiven Gase in Schwingung versetzen und diese Energie anschließend als Wärmestrahlung abgegeben wird.

Aktiv beeinflusst wird die Temperatur im Treibhaus (durch dessen Betreiber), indem der Luftaustausch und/oder die Sonneneinstrahlung geändert wird. Das geschieht beispielsweise durch Abdeckung der Glasflächen, durch Lüftungsöffnungen und insbesondere bei größeren Treibhäusern durch Lüftungsanlagen.

In einem Treibhaus würde es auch dann wärmer als in der Umgebung, wenn die Hülle kein Sonnenlicht hindurch lassen würde, also z. B. wenn man die Glasflächen schwarz streichen würde. In diesem Fall würde sich das Glas erwärmen und von diesem anschließend die innen sowie außen befindliche Luft erwärmt werden. Das ist offensichtlich weniger effektiv, als die Abgabe der Wärme ausschließlich an die im Treibhaus befindliche Luft. Noch schlechter wird der Erwärmungseffekt, wenn man die Glasflächen weiß streicht, da weiße Flächen den größten Teil des Sonnenlichts reflektieren, so dass dieser Teil nicht zur Erwärmung des Glases beiträgt.

Ein Gleichgewicht zwischen der zugeführten und abgegebenen Energie existiert bei einem realen Treibhaus nicht, jedenfalls nicht ohne gezielten Eingriff. Stattdessen heizt es sich ab Sonnenaufgang immer weiter auf, erhält also mehr Energie als es abgibt. Am Nachmittag (oder bei Bewölkung) wird die Energiezufuhr durch die Sonne geringer als der Energieverlust des Treibhauses und das Treibaus kühlt wieder ab.

Insbesondere wegen der Popularität dieser Quelle ist bemerkenswert, dass beim deutschen Wikipedia der Benutzer Geof am 24. Oktober 2005 um 21:41 Uhr folgende Behauptung in den Artikel zum Begriff „Gewächshaus“ eingebaut hat:

„Bei [[Sonnenschein|Sonneneinstrahlung]] kommt es zu einer starken Erwärmung im Gewächshaus. Der Grund dafür ist eine Art [[Wärmestau]]: die Energie der [[Sonnenstrahlung]] erwärmt zunächst den [[Boden]], die Pflanzen und Teile des Gewächshauses, doch die von ihnen wieder abgegebene Wärmestrahlung ([[Infratot]]) wird vom Raum zurückgehalten.“

„Dieser [[Glashauseffekt]] (Benennung von [[Jean Baptiste Joseph Fourier| J.Fourier]]) wird oft bei Wohnhäusern ([[Wintergarten]]) und Dachflächen (z.B. [[Atelier]]s) genützt, doch auch im Großen bei [[Orangerie]]n und Schlössern. Die vom aufgeheizten Innenraum erwärmte Luft wird bei geschlossenen Glasflächen von außen nur wenig abgekühlt, weil der Luftaustausch gering ist. Hingegen wird fast alle IR-Strahlung vom Glas und dem Bau selbst in den Raum zurück reflektiert ("selektive [[Transparenz]]").“

Abgesehen davon, dass bei dieser Erklärung der Wirkungsweise eines Treibhauses fälschlicherweise die Wirkung als Strahlungsfalle betont wird, hatte Fourier dem Effekt keinen Namen gegeben. Er erwähnte zudem noch nicht einmal das Treibhaus (oder Glashaus) als Beispiel. Woher der Begriff „Glashauseffekt“ stammt, bleibt aber auch unabhängig hiervon rätselhaft, da keine Quelle für diese Beschreibung genannt wird (was bei Wikipedia aber angeblich Bedingung ist). Von Klimawissenschaftlern wurde und wird dieser Begriff offenbar nicht genutzt.

Im Laufe der Jahre wurde diese Erklärung zwar überarbeitet, blieb aber letztlich bestehen. Am 16. März 2025 um 15:47 Uhr ersetzte der Nutzer Physikinger die zu diesem Zeitpunk vorhandene Variante des zweiten Absatzes durch diese Beschreibung:

„Für diesen Effekt gibt es im Deutschen die Bezeichnung ''Glashauseffekt''<ref>Lexikon der Optik (online), Spektrum Verlag, siehe https://www.spektrum.de/lexikon/optik/glashauseffekt/1192</ref>. Der damit verwandte (atmosphärische) [[Treibhauseffekt| Treibhauseffekt]] tritt hingegen nicht im Gewächshaus auf, sondern ausschließlich in der Atmosphäre. Die Bezeichnung ''Treibhauseffekt'' soll nur zur Veranschaulichung auf die Ähnlichkeit der beiden Effekte hinweisen, sollte jedoch nicht mit dem ''Glashauseffekt'' verwechselt oder gar synonym verwendet werden.“

Nun soll also nur noch die Atmosphäre als Strahlungsfalle wirken, ein Treibhaus aber nicht. Das gilt offenbar selbst dann, wenn dieses Treibhaus Glas verwendet, welches wiederum für Wärmestrahlung sogar wesentlich undurchlässiger ist, als IR-aktive Gase. Dass im direkt davor befindlichen Absatz weiterhin steht: „Auch die schlechte Durchlässigkeit des Glases für Wärmestrahlung (Infrarot) spielt für den Wärmestau eine relevante, wenn auch kleinere, Rolle.“, störte „Physikinger“ bei seiner Bearbeitung offenkundig nicht.

Unter der von ihm als Referenz für den Begriff „Glashauseffekt“ angegebenen Webseite bei www.spektrum.de findet der geneigte Leser allerdings ausgerechnet diese Definition:

„Glashauseffekt, Treibhauseffekt, eine auf dem unterschiedlichen spektralen Transmissionsvermögen von Glas, speziellen Kunststoffolien, aber auch von Gasen und Dämpfen in der Erdatmosphäre für kurzwellige und langwellige Sonnenstrahlung beruhende Erscheinung. Kurzwelliges Sonnenlicht (Wellenlänge λ=0,3 bis 2,7 µm) wird von Glas durchgelassen und erwärmt den Boden und die Luft in einem Treibhaus. Die durch die Erwärmung bedingte Temperaturstrahlung (λ=3 bis 25 µm) kann wegen der hohen Absorption von Glas für die Infrarotstrahlung das Glashaus nicht verlassen.“

Hier wird also genau das gemacht, was man laut „Physikinger“ nicht machen sollte. Außerdem wird auch hier ausdrücklich sowohl für die Atmosphäre als auch für das Treibhaus eine Strahlungsfalle beschrieben, was (offenbar auch nach Meinung von „Physikinger“) physikalischer Unsinn ist. Ganz nebenbei zeigt das also auch, wie „gut“ die Qualitätssicherung bei Wikipedia in der Praxis funktioniert.

Darüber hinaus macht aber auch die Erläuterung von „Physikinger“ nicht klar, warum ausgerechnet der Begriff „Glashauseffekt“ den physikalischen Vorgang in einem Treibhaus besser beschreiben soll, als der Begriff „Treibhauseffekt“. Denn erstens hat die Atmosphäre nicht die Wirkung, die Konvektion zu unterbinden, was nunmal der Effekt eines Treibhauses ist, also sollte man den Begriff „Treibhauseffekt“ stattdessen nicht für die Atmosphäre verwenden. Zweitens funktionieren Treibhäuser nachweislich genauso gut, wenn man für diese kein Glas verwendet, so dass der angeblich passendere Begriff „Glashauseffekt“ auch noch irreführend ist. Wenn man allerdings, wie die Autoren bei Wikipedia, der ähnlichen Wirkung von IR-aktiven Gasen in der Atmosphäre und des Glases eines Treibhauses (also dass beide sichtbares Licht ungehinderter hindurch lassen als Wärmestrahlung) einen Begriff zuweisen möchte, dann müsste das logischerweise „atmosphärischer Glashauseffekt“ sein.

Allerdings würde selbst diese Variante ignorieren, dass das IPCC den Treibhauseffekt längst ganz anders definiert.