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Klimawandel CO2 (ppm) www.staff.uni-mainz.de/curtius/Klimawandel/ Login: Klimawandel Password: CO2 WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz Nachtrag: Methanquellen Keppler et al., Nature, 2006 Pflanzen selbst emittieren Methan! Nicht nur Mikroben im Boden in anaeroben Prozessen (z.B. Methanemissionen aus Sümpfen und Reisfeldern), wie bisher gedacht! Völlig unerwartet! Mechanismus ungeklärt. grobe Schätzung: 10-30% (~62-236 Mt/yr) der globalen Quellen! Methanemission der Pflanzen ist temperaturabhängig: CH4-Emissionen verdoppeln sich pro 10°C T-Anstieg Prozess könnte mehrere Beobachtungen erklären, z.B.: a) Methan über tropischen Regenwäldern b) Methanschwankungen Eiszeit-Warmzeit c) Methanzunahmeraten in den 90er Jahren Relevant für zukünftige Klimaprognosen: Wälder zur CO2-Speicherung... Es gibt immer noch große Überraschungen... BILD-Schlagzeile: Daraufhin veröffentlichten die Autoren eine Gegendarstellung: ...nein, die Bäume sind nicht selber schuld... Inhalt 1. Überblick 2. Grundlagen 3. Klimawandel heute: Beobachtungen 4. CO2 5. Andere Treibhausgase 6. Aerosole und Wolken 7. Solare Variabilität, Vulkane 8. Klimageschichte 9. Erwarteter zukünftiger Klimawandel 10. Klimaschutz Solare Variabilität 0.3 0.2 W m-2 Die Sonne Die Sonne Sonnenflecken magnetische Aktivität, Flecken: 1000-2000 K kühler als Umgebung Rotation des Kerns... 11-Jahres-Zyklus Rotation Pole vs. Rotation Äquator Solare Variabilität: Solarkonstante ist nicht konstant! 11-Jahres-Zyklus und weitere Zyklen und Trends. Sonnenflecken reduzieren TSI, aber Fackeln und Flares vergrößern TSI, insgesamt TSI bei SRZ . Messung: problematisch... TSI = Total Solar Irradiance änderte sich weniger als 0.1% in den letzten 25 Jahren [C. Fröhlich] Sonnenflecken-Relativzahlen MaunderMinimum Solare Variabilität MaunderMinimum SRZ normiert durch Hoyt and Schatten [Hoyt and Schatten, 1993, 1999] [Lean et al., 1995] Rekonstruktion der TSI nach verschiedenen Autoren [IPCC 2001] grau: Anzahl Sonnenflecken, normiert. Strahlungsantrieb durch solare Variabilität (+0.3 W m-2) geht auf Anstieg der TSI zwischen 1744 und 1996 zurück. weitere mögliche Klimaänderungen durch solare Variabilität: Svensmark-Hypothese [Svensmark, 1998] increase in solar activity increase in solar activity reduction of reduction of Galactic Galactic Cosmic (GCR) Cosmic RaysRays (GCR) ?? Reduced cloud Reduced cloud coverage coverage ?? less cloudforcing forcing less cloud ?? warmerclimate climate warmer [Marsh and Svensmark, 2000] [Laut, 2003] Galaktische kosmische Strahlung Galactic cosmic rays Höhenabhängige Produktion von <30 Ionenpaaren cm-3 s-1 durch galaktische kosmische Strahlung (hauptsächlich schnelle Protonen und alpha-Teilchen). Strahlung wird durch den Sonnenwind (11-Jahres Zyklus) moduliert. Atmospärische Ionen-Konzentration: ~ 2000 Ionen cm-3 Rekombination: ~ 350 s Ionen-induzierte Nukleation Effiziente Aerosol-Neubildung, da Energiebarriere kleiner. klassische Beschreibung durch Thomson-Gleichung: q2 1 1 1 G n (r )kT ln(S) 4 r 1 2 rp r0 3 p 2 p neutral nucleation G G*neutr. G*ion ion-induced nucleation 0 requilib r*ion r*neutr. rparticle radius p Wilsonsche Nebelkammer C.T.R. Wilson 1869-1959 Ionen-induzierte Nukleation galactic cosmic rays H2SO4 NO3¯ cluster ion H2O H2O HSO4¯ H2SO4 O2¯ H2O ion pairs - critical cluster - H2SO4 neutral cluster H2O H2SO4 critical cluster aerosol particle cloud condensation nucleus cloud droplet H3O+ H2O H2O H2SO4 SO42- N2+ H3O+ 0.3 nm 1 nm 100 nm > 1 µm solare Variabilität weitere mögliche Einflüsse: Änderung der UV-Strahlung, dadurch Änderungen im stratosphärischen Ozon; erklärt ggf. auch niedrige NAO-Werte während des Maunder-Min. und daher –1.5°C Durchschnittstemperaturen in Europa, während globales Mittelnur –0.2 bis –0.3°C [Shindell et al., Science, 2001]. Änderungen von Eiskeimen durch Änderungen der galaktischen kosmischen Strahlung (Tinsley) Vulkane [AGU, spec. report, 1992] Können für 1-3 Jahre klimakühlend wirken Klimaeffekte durch Vulkane: SO2-Emissionen, nicht Ascheemissionen sind der Grund für abkühlende Wirkung! Wichtige Beispiele: - Pinatubo, 1991; 5 km3, 20-30 Mt strat. Aerosol - Tambora, 1815, dann 1816 "Jahr ohne Sommer", ca. 50-150 km3 Asche, bis zu 50 km hoch, ~300 Mt strat. Aerosol Vulkane und stratosphärisches Aerosol ("Junge-Schicht") [Deshler, JGR,2002] Vulkane [AGU, spec. report, 1992] Vulkane [AGU, spec. report, 1992] Vulkane Temperaturänderungen durch Vulkane: Deutliche Erwärmung in der Stratosphäre Abkühlung am Boden um 0.1 bis <1°C Inhalt 1. Überblick 2. Grundlagen 3. Klimawandel heute: Beobachtungen 4. CO2 5. Andere Treibhausgase 6. Aerosole und Wolken 7. Solare Variabilität, Vulkane 8. Klimageschichte 9. Erwarteter zukünftiger Klimawandel 10. Klimaschutz Klimageschichte Land-Tiere Lebensfeindliche Uratmosphäre Land-Pflanzen Leben im Wasser bakterienartige Organismen Algen Mehrzeller Klimageschichte geologische Zeitskalen [Crutzen, 1994] Temperaturgeschichte der Erde: Eingrenzung auf großer Zeitskala "erlaubter Bereich" [Crutzen, 1994] [Crutzen, 1994] Sauerstoffaufbau in der Atmosphäre durch Photosynthese, Ozonbildung durch UV-Strahlung Oxidierung von Eisen zu langsam... Artenschnitte [Crutzen, 1994] z.B.: Artenschnitt vor 65 Mio. Jahren (Übergang Kreide-Tertiär, Aussterben der Dinosaurier) durch Bolideneinschlag? Klimageschichte, Erdgeschichte, Kontinentaldrift Meeresströmungen, Meeresspiegel, Albedo,... [Hauser, 2002] Klimageschichte Klima in "Hessen" vor 50 Mio. Jahren: subtropisch-tropisch warm... [Hauser, 2002] Entstehung der Eiszeiten: Milankovich-Theorie typische Perioden von 23 000, 41 000 und 100 000 Jahren [Crutzen, 1994] Entstehung der Eiszeiten: Milankovich-Theorie [Hauser, 2002] Temperaturschwankungsperioden [Crutzen, 1994] Klimazukunft [Crutzen, 1994]
