Als Glashauseffekt (abgeleitet aus dem Französischen von effet de serre, wie er zuerst von Joseph Fourier genannt wurde) wird der Treibhauseffekt dann bezeichnet, wenn in einem Innenraum durch verglaste Fensteröffnungen oder Dächer Sonnenlicht einfällt und von den Materialien des Innenraums absorbiert wird. Dadurch kann sich der Innenraum deutlich über das Niveau der Umgebungstemperatur aufheizen. Von den aufgeheizten Wandflächen erwärmt sich über Wärmeleitung und Konvektion die Luft im Innenraum. Da bei einem geschlossenen Glashaus nur wenig erwärmte Luft durch kalte Außenluft ersetzt wird, ist der Kühlungseffekt durch kalte Außenluft nicht groß. Zuweilen wird der Glashauseffekt nach den großen, architektonisch stilvollen Gewächshäusern von Botanischen Gärten und Schlossparks – den Orangerien – auch Orangerieeffekt genannt.

Fensterglas ist transparent für sichtbares Licht und kurzwelliges Infrarot, wie es von der Sonne abgestrahlt wird. Für langwelliges Infrarot (den Bereich der Wärmestrahlung bei den Glashaustemperaturen) ist es fast undurchlässig. Diese Wellenlängenabhängigkeit der Transparenz ist entscheidend für die Glashauswirkung (dass das Fensterglas auch für UV-Licht fast undurchlässig ist, spielt in diesem Zusammenhang keine Rolle). Das durch verglaste Fensteröffnungen oder Dächer eindringende Sonnenlicht wird von den Materialien des Innenraumes absorbiert und heizt diese auf. Diesen Effekt kennt man von Fahrzeugen, die im Sommer lange in der Sonne gestanden haben. Die Materialien im Inneren eines Gewächshauses, z. B. der Boden, werden durch die eintreffende Sonnenstrahlung erwärmt und heizen wiederum über Wärmeleitung und insbesondere Konvektion die umgebende Luft des Innenraums. Da das Gewächshaus wegen der selektiven Transparenz strahlungsmäßig rundum weitgehend geschlossen ist, kann die Wärme strahlungsmäßig den Innenraum nicht verlassen, und er heizt sich auf, d. h. im Gewächshaus steigt die Temperatur in Relation zur Umgebung. Wird auch eine Lüftung unterbunden, so entfällt jegliche Wärmeabfuhr durch konvektiven oder turbulenten Wärmeaustausch der inneren mit der äußeren Luftmasse, wie sie ohne mechanische Absperrung uneingeschränkt und mit Lüftung eingeschränkt von statten gehen würde. Nun wird die Temperatur im Innenraum weitgehend durch das Strahlungsgleichgewicht bestimmt. Je nach Güte der Wärmeisolierung spielen auch die Verluste durch Wärmeleitung (z.B. Einscheibenglas oder Isolierglas) eine mehr oder weniger große Rolle. Bei der Gleichgewichtstemperatur ist die Leistungszufuhr durch die Solarstrahlung mit der Leistungsabfuhr durch die (in der Regel) geringe Abstrahlung und die (in der Regel) geringe Wärmeleitung ausgeglichen, so dass diese Gleichgewichtstemperatur meistens sehr deutlich über der Umgebungstemperatur liegt.

Die gesteuerte Lüftung über Dachluken wird in Gewächshäusern verwendet, um insbesondere tagsüber in heißen Sommermonaten überschüssige Wärmeenergie nicht durch Strahlung, sondern durch Luftmassenaustausch abzuleiten und somit im Inneren ein verträgliches Temperaturniveau (unter 40 °C) zu halten. Nachts kann es hingegen auch im Sommer recht kühl werden. Ursache sind Verluste durch Wärmeleitung (gering), Luftmassenaustausch durch Lüftung (größer, wenn möglich), besonders jedoch die Rückstrahlung in den Weltraum (besonders bei sternenklarem Himmel), der die gesamte Erdkruste nachts unterliegt und die vom Glashaus nur sehr marginal behindert wird. Es ist nicht zu empfehlen, es sich im Winter nachts im Glashaus gemütlich machen zu wollen, auch wenn tagsüber schön die Sonne schien. Hält man bei Nacht jedoch die Luken geschlossen, wird der Wärmeverlust gedämpft, die sinusförmige Welle der Tagestemperatur flacher und man bewirkt somit ein ausgeglicheneres und relativ warmes Mikroklima im Gewächshaus.

Der Effekt wird seit langem in Unterglaskulturen/Treibhäusern genutzt. Außer in Gewächshäusern wird der Glashauseffekt auch als passive Sonnennutzung in der Architektur gezielt eingesetzt, um Brennstoff zum Heizen von Wohnräumen zu sparen. Dies wird durch eine Südausrichtung der großen Glasfronten und/oder Wintergärten des Gebäudes erreicht, über die die Luft des Hauses erwärmt wird. Insbesondere so genannte Niedrigenergiehäuser und Passivhäuser nutzen diesen Effekt zur drastischen Reduktion des Einsatzes einer zusätzlichen Heizung. Besonders intensiv lässt sich dieses Phänomen in einem in der Sonne geparkten Auto beobachten/erfühlen.

Auch Sonnenkollektoren nutzen diesen Effekt. Hier kann die selektive Transparenz des Glases mit selektiver Absorption des Kollektors ergänzt werden, um dessen Wärmeabstrahlung zu verringern. Bei Vakuumkollektoren wird auch die Konvektion zwischen Glas und Kollektor unterbunden.

siehe auch Artikel Treibhausgase

In der Erdatmosphäre bewirken Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ozon seit Bestehen der Erde einen Treibhauseffekt, der entscheidenden Einfluss auf die Klimageschichte der Vergangenheit und das heutige Klima hat. Die Rolle des Glases wird hier von den genannten Treibhausgasen übernommen, die durchgängig für den kurzwelligen Anteil der Sonnenstrahlung sind, langwellige Wärmestrahlung hingegen je nach Treibhausgas in unterschiedlichen Wellenlängen absorbieren und emittieren.

Der größte Teil des Treibhauseffekts wird mit einem Anteil von ca. 36-70 % (ohne Berücksichtigung der Effekte der Wolken) durch Wasserdampf in der Atmosphäre verursacht. Kohlendioxid trägt ca. 9-26 % zum Treibhauseffekt bei, Methan ca. 4-9 %, und Ozon ca. 3-7 %. Der Ozongehalt spielt insbesondere in der Stratosphäre eine sehr wichtige Rolle für das Klima. Es wird vom Menschen nicht direkt sondern indirekt über fluorierte Treibhausgase beeinflusst. Im Kyoto-Protokoll sind deshalb auch wasserstoffhaltige (HFC bzw. H-FKW), perfluorierte Fluorkohlenwasserstoffe (PFC bzw. FKW) und Schwefelhexafluorid (SF₆) in die Liste der Treibhausgase aufgenommen worden.

Ein exakter %-Anteil der Treibhausgase auf den Treibhauseffekt kann nicht angegeben werden, da der Einfluss der einzelnen Gase je nach Breitengrad und Vermischung variiert (die jeweils höheren Prozentwerte geben den ungefähren Anteil des Gases selbst an, die niedrigeren Werte ergeben sich aus den Mischungen der Gase).

Angetrieben werden die Wärmevorgänge an der Erdoberfläche und in der Atmosphäre von der Sonne. Die Stärke der Solarstrahlung in der Erdbahn wird als Solarkonstante bezeichnet und hat etwa einen Wert von 1367 W/m, der je nach Erdentfernung und Sonnenaktivität um einige Prozent schwankt.

Bei Vorgängen mit einer geringen Wärmespeicherung (z. B. die innere Erwärmung eines Autos in der Sonne) ist von diesem Wert (1367 W/m) auszugehen, denn nachts ohne Sonneneinstrahlung kühlt sich das Autoinnere schnell ab und nimmt etwa die Umgebungstemperatur an. Bei der großen Masse der Erde spielt die Wärmespeicherung eine erhebliche Rolle, was man z. B. daran sieht, dass der Sommer als wärmste Zeit nicht um die Zeit des Sonnenhöchststandes ist (etwa 22. Juni), sondern es erst danach wärmer wird und deswegen der Sonnenhöchststand als Sommerbeginn genommen wird. Wegen dieser großen Speicherwirkung wird bei den Energiebilanzen in der Atmosphäre immer mit dem Mittelwert über die ganze Erdoberfläche gerechnet: Die Erde erhält Solarstrahlung auf der Fläche des Erdquerschnitts (π R) und hat eine Oberfläche von (4 π R). Diese beiden Flächen haben ein Verhältnis von 1:4. Als Mittelwert für die ganze Erdoberfläche ist deswegen die Solarkonstante durch 4 zu teilen, so dass im Mittel eine Strahlung von 342 W/m auf die Erdoberfläche fällt.

Von der Sonnenenergie, die die Erde erreicht, wird durch Wolken, Luft und Boden (vor allem Eis und Schnee, siehe Albedo) ein Anteil von etwa 30 % wieder in den Weltraum reflektiert - das sind etwa 103 W/m. Die restlichen 70 % werden absorbiert - das sind etwa 239 W/m. Wäre das die einzige Strahlung, die vom Erdboden absorbiert würde, so würde die Erdoberfläche im Mittel eine Temperatur von etwa -18 °C annehmen, denn ein schwarzer Körper, der eine Leistung von 239 W/m abstrahlt, hat eine Temperatur von -18 °C (Plancksches Strahlungsgesetz). Aber es gibt eine weitere Bestrahlung durch die aufgeheizten Treibhausgase mit etwa 150 W/m, die so genannte atmosphärische Gegenstrahlung. Damit absorbiert die Erdoberfläche insgesamt 389 W/m - und die werden bei der tatsächlichen mittleren Erdoberflächentemperatur von +15 °C auf mehreren Wegen abgegeben. Ein Teil davon wird durch Strahlung abgegeben, das wird wieder durch das Plancksche Strahlungsgesetz beschrieben. Die Energieabgabe geschieht aber auch durch weitere Vorgänge wie z.B. die Konvektion. Die Erdoberflächentemperatur ist zugleich die bodennahe Lufttemperatur.

Die von der Erdoberfläche abgestrahlte Energie hat eine andere Spektral-(Farb)verteilung, als das einfallende Sonnenlicht, das eine Spektralverteilung entsprechend einer Farbtemperatur von etwa 6000 K hat und von den atmosphärischen Gasen kaum absorbiert wird. Die Spektralverteilung der von der Erdoberfläche abgestrahlten Energie wird durch die +15 °C der Erdoberfläche bestimmt, so dass nur etwa 90 W/m direkt von der Erdoberfläche in den Weltraum gestrahlt werden. Die restlichen 299 W/m werden teilweise durch Strahlung an die für diesen Wellenlängenanteil undurchsichtige Atmosphäre (verursacht durch die Treibhausgase) durch Absorption abgegeben, teilweise auch durch andere Vorgänge, z.B. Konvektion. Dadurch wird die Atmosphäre aufgeheizt. Die Atmosphäre hat zwei Oberflächen: eine zum Weltraum hin und eine zur Erde hin. Da die Temperatur in der Atmosphäre sich mit der Höhe ändert, muss die Abstrahlung aus den Treibhausgasen nicht in beide Richtungen mit gleicher Stärke erfolgen. Zur Zeit ist es so, dass die Abstrahlung aus der Atmosphäre auf jeder Seite etwa gleich groß ist. So wird die absorbierte Energie von 299 W/m auf jeder Seite zur Hälfte - also 150 W/m abgestrahlt. (Anmerkung: Ein schwarzer Körper mit einer Abstrahlung von 150 W/m hat etwa eine Temperatur von -40 °C.)

Durch die Abstrahlung in den Weltraum von der Atmosphäre mit 150 W/m, den direkten 90 W/m von der Erdoberfläche und dem Albedo-Anteil von 103 W/m ist das etwa gleich der mittleren Einstrahlung von 342 W/m, d. h. Einstrahlung ist etwa gleich Ausstrahlung. Das zeigt sich auch in der Tatsache, dass sich die Temperatur der Erde nur langsam ändert - woraus zwingend folgt, dass die Erde die absorbierte Sonnenenergie wieder abgibt - aber wegen der niedrigen Erdtemperatur wird die Energie hauptsächlich als langwellige Infrarotstrahlung emittiert (Wiensches Verschiebungsgesetz).

Der Wärmestrom aus dem Erdinneren spielt praktisch keine Rolle (etwa 0,06 Watt/m). Aus dem Weltenergieverbrauch (im Jahr 2004) in Höhe von 432 Exajoule und der Größe der Erdoberfläche von rund 510 Millionen km errechnet sich ein auf die Nutzung nicht regenerativer Energieträger zurückzuführender Wärmestrom (Leistung) in Höhe von rund 0,026 Watt pro Quadratmeter.

Probleme haben manche mit der Energie, die die Treibhausgase in Richtung Erdoberfläche abstrahlen (150 W/m - wie schon oben genannt), da diese Energie von einem kühleren Körper (etwa -40 °C) zu dem wärmeren Körper (Erdoberfläche etwa +15 °C) strömt und dieses angeblich dem II. Hauptsatz der Thermodynamik widerspreche. Das ist aber eine falsche Interpretation, denn er lässt die Solareinstrahlung (von sogar 6000 K) unberücksichtigt, in der Bilanz ist wieder der II. Hauptsatz erfüllt (siehe auch Strahlungsaustausch).

Zusammengefasst ergibt sich: Die Rückstrahlung aus der Atmosphäre zur Erde führt zur zusätzlichen Erwärmung der Erdoberfläche um 33 °C. Damit liegt die durchschnittliche globale Temperatur bei 15 °C statt bei -18 °C.

Wichtig ist auch die Höhenverteilung, von wo die Wärmestrahlung die Erdoberfläche erreicht. Für den Treibhauseffekt direkt bedeutsam ist nur der Anteil der Abstrahlung aus niedrigen Höhen, weil nur diese Abstrahlung den Erdboden erreicht, ohne vorher von den Treibhausgasen wieder absorbiert zu werden (siehe nächster Absatz). Dabei ist das "niedrig" sehr wellenlängenabhängig, denn die Länge, nach der die Strahlung wieder absorbiert wird (Absorptionslänge) ist wellenlängen- und konzentrationsabhängig. Ist die Absorptionslänge größer als die Atmosphärendicke, so ist die Atmosphäre bei diesen Wellenlängen fast durchsichtig. Da die Stärke einer Strahlung von der Temperatur der Quelle abhängig ist, steigt die Strahlstärke, wenn die Absorptionslänge kürzer wird: wegen der Temperaturabnahme mit der Höhe steigt die mittlere Temperatur über der kürzeren Absorptionslänge. Damit kann die atmosphärische Gegenstrahlung in einem Wellenlängenbereich bei zunehmenden Treinhausgasmengen auch dann noch stärker werden, wenn die Atmosphäre in diesem Wellenlängenbereich bereits so gut wie undurchsichtig ist.

Der Temperaturverlauf bis zu einer Höhe von ca. 11 km ist dabei praktisch nur adiabatisch bedingt, die durch die Abstrahlung der Treibhausgase verlorengehende Energie wird durch Konvektion und Strahlungsabsorption ersetzt. Dabei kommt die absorbierte Strahlung von verschiedenen Quellen:

• Solarstrahlung (sehr geringer Anteil)
• Abstrahlung von der Erdoberfläche
• Abstrahlung aus tieferliegenden Schichten
• Abstrahlung aus höherliegenden Schichten

Der Anteil an dem Aussenden von langwelliger Wärmestrahlung durch Treibhausgase wie

• Kohlenstoffdioxid (CO₂),
• Methan (CH₄),
• Lachgas (N₂O)

und anderen Gasen wird trockener Treibhauseffekt genannt. Die Einbeziehung von Wasserdampf führt zum feuchten Treibhauseffekt. Etwa 62 % des Treibhauseffekts werden durch Wasserdampf verursacht, etwa 22 % durch Kohlendioxid.

Interessant ist der Temperaturverlauf als Funktion der Druckhöhe (an der Erdoberfläche ist der höchste Druck 1,013 bar). Nach oben nimmt der Druck ab, weil die Gasmasse geringer wird. Gleichen Druckänderungen entsprechen gleiche Anzahl von Gasteilchen. In der Troposphäre wird der Temperaturverlauf am Besten durch eine Adiabate mit dem Exponenten 0,19 beschrieben. Oberhalb der Troposphäre ist die Gasmasse gering und es liegt kein adiabatischer Verlauf mehr vor. Die Spitze der Realatmosphäre bei niedrigen Drücken wird durch die UV-Absorption des Sauerstoffs (Ozon-Bildung und -Zerfall) verursacht. Durch die Krümmung der Kurve in der Troposphäre ist auch die Existenz der Troposphäre erklärlich: Wäre die Kurve eine Gerade, so wäre im Mittel die von den Treibhausgasen absorbierte Energie gleich der emittierten Energie - wegen der Krümmung und ihrer Art ist aber die emittierte Energie größer als die absorbierte Energie, die Luft wird also gekühlt und sinkt nach unten. Dadurch wird eine Vertikalzirkulation in Gang gesetzt, die nach den Gasgesetzen mit konstantem Wärmeinhalt (der Strahlungsverlust ist klein zum Wärmeinhalt) zum adiabatischen Verlauf führt.

Die Bedeutung des Treibhauseffektes kann auch an den stark unterschiedlichen Oberflächentemperaturen der Planeten Venus, Erde und Mars gezeigt werden. Diese Temperaturunterschiede hängen nicht nur von der Entfernung zur Sonne ab, sondern auch von der Atmosphärenzusammensetzung, die u.a. ein Ergebnis unterschiedlicher geologischer Aktivität ist.

Die Leuchtkraft der Sonne ist seit ihrer Entstehung vor 4,6 Milliarden Jahren um etwa 30 % angestiegen. Ohne Treibhauseffekt läge die Durchschnittstemperatur nach wie vor weit unter dem Gefrierpunkt von Wasser. Erst vor etwas über 2 Milliarden Jahren erreichte die Summe aus Sonneneinstrahlung und Treibhauseffekt eine Stärke, die Wasser in flüssiger Form zugelassen hätte.. Dennoch gibt es erdgeschichtliche Hinweise auf Fliessgewässer seit 3,8 Milliarden Jahren, Hinweise auf weitverbreitete Lebensformen bereits seit 3,5 Milliarden Jahren (vgl. Paradoxon der schwachen jungen Sonne). Ohne den hauptsächlich durch Wasserdampf wie auch durch andere klimaktive Gase wie Methan und Kohlendioxid bedingten Treibhauseffekt wäre heute wie in der Frühzeit dauerhaftes Leben nicht möglich gewesen.

Dabei fand eine Wechselwirkung mit Lebensformen und der geologisch aktiven Erdoberfläche statt. Lebensformen wie Archaeen trugen durch das von ihnen produzierte Methan zum Treibhauseffekt bei. Das Aufkommen von Cyanobakterien und Algen und deren durch Photosynthese produzierter Sauerstoff oxidierte das Methan in der Atmosphäre zu den weniger klimawirksamen Gasen Kohlendioxid und Wasserdampf.

Bei Vorhandensein von flüssigem Wasser sind weitere Regelmechanismen durch die Plattentektonik und dabei veränderte Meeresströmungen anzunehmen. El Niño, die Nordatlantische Oszillation wie auch der Golfstrom zeigen heute den starken Klimaeinfluss von Meeresströmungen.

Der Vulkanismus der geologisch aktiven Erde (etwa im Gegensatz zu Mars und Mond) arbeitet auch Kalkablagerungen wieder auf und produziert in erheblichem Maße klimaaktive Stäube.

Eine Hypothese neueren Datums, deutet die Hinweise auf Kalt- und Warmphasen in der geologischen Vergangenheit über die zusätzliche Einbeziehung des Einflusses von kosmischen Höhenstrahlung, der Dynamik der Milchstraße, wie auch des Sonnenwindes.