Treibhausgase sind strahlungsbeeinflussende gasförmige Stoffe in der Luft, die zum Treibhauseffekt beitragen und sowohl einen natürlichen als auch einen anthropogenen Ursprung haben können. Sie absorbieren einen Teil der vom Boden abgegebenen Infrarotstrahlung, die sonst in das Weltall entweichen würde. Entsprechend ihrer Temperatur emittieren sie Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung), deren auf die Erde gerichteter Anteil als atmosphärische Gegenstrahlung die Erdoberfläche zusätzlich zum Sonnenlicht erwärmt. Die natürlichen Treibhausgase heben die durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche um etwa 33 °C auf +15 °C an. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt hätte die untere Atmosphäre im globalen Mittel nur −18 °C, was Leben auf der Erde kaum möglich machen würde.
Die Störung des natürlichen Gleichgewichts der Atmosphäre durch Eingriffe in den Naturhaushalt und durch anthropogene Emission von Treibhausgasen verstärkt den natürlichen Treibhauseffekt und führt zur globalen Erwärmung, die ihrerseits mit zahlreichen Folgen verbunden ist. Die Zunahme, das heißt, der in der Atmosphäre ansteigende Gehalt bestimmter Treibhausgase wird Großteils auf menschliche Aktivitäten zurückgeführt.
Wirkung von Treibhausgasen
Die kurzwellige Sonnenstrahlung wird an der Erdoberfläche zu einem großen Teil absorbiert, in Wärme abgewandelt und in Form von Wärmestrahlung wieder abgegeben. Treibhausgase können aufgrund ihrer chemischen Natur in unterschiedlichem Ausmaß die Wärmestrahlung absorbieren und so die Wärme in die Atmosphäre abgeben. Das Treibhauspotenzial eines Gases hängt ganz wesentlich davon ab, inwieweit sein Dipolmoment durch Molekülschwingungen geändert werden kann. Die zweiatomigen Gase Sauerstoff und Stickstoff verändern ihr Dipolmoment durch Molekülschwingungen nicht, sind also transparent für Infrarotstrahlung. Große Moleküle, wie u.a. FCKWs besitzen dagegen sehr viele Schwingungsebenen und damit ein Vielfaches des Treibhauspotentials von beispielsweise CO2.
Die Treibhauswirksamkeit eines Gases, also wie stark die Freisetzung eines Gases zum Treibhauseffekt beitragen kann, hängt im Wesentlichen von drei Faktoren ab: Der pro Zeiteinheit freigesetzten Gasmenge (Emissionsrate), den spektroskopischen Eigenschaften des Gases, d.h. wie stark es die Wärmestrahlung in bestimmten Wellenlängenbereichen absorbiert, und seiner Verweilzeit in der Atmosphäre. Die atmosphärische Verweilzeit ist die Zeit, die ein Stoff im Durchschnitt in der Atmosphäre verbleibt, bevor er durch chemische oder andere Prozesse wieder aus ihr entfernt wird. Je länger die Verweilzeit eines Treibhausgases, desto höher ist auch die theoretische Wirkung.
Ein Maß für die Treibhauswirkung eines Gases pro Kilogramm Emissionsmenge ist das stoffabhängige sog. relative Treibhauspotenzial (global warming potential, GWP), in dem die Absorptionseigenschaften und die Verweilzeit berücksichtigt sind. Das relative Treibhauspotenzial ist eine auf Kohlenstoffdioxid normierte Größe, mit der die Wirkung eines Treibhausgases mit der äquivalenten Menge Kohlenstoffdioxid verglichen wird. So hat beispielsweise Methan ein relatives Treibhauspotenzial von 25, d. h. 1 kg Methan hat die gleiche Treibhauswirkung wie 25 kg Kohlenstoffdioxid.
Das relative Treibhauspotenzial wird in der Regel auf einen Zeithorizont von 100 Jahren bezogen, das heißt, es wird die über einen Zeitraum von 100 Jahren nach der Emission gemittelte Erwärmungswirkung betrachtet. Bezieht man es auf einen anderen Zeithorizont, verändert sich, entsprechend der atmosphärischen Verweildauer, auch das relative Treibhauspotenzial. Enthält ein Treibhausgas ein oder mehrere Chlor- bzw. Fluoratome, so erhöht sich dessen relatives Treibhauspotenzial aufgrund der hohen chemischen Stabilität deutlich gegenüber Treibhausgasen ohne Halogenatom(e).