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Klimawandel
CO2 (ppm)
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WS 05/06
Joachim Curtius
Institut für Physik der Atmosphäre
Universität Mainz
Jacques Chirac,
französischer Präsident, 8.12.2005,
aus einer Videobotschaft
zur Klimakonferenz in Montreal:
"Der Klimawandel ist zu einer brutalen und
drängenden Realität geworden."
Er sei "die größte Bedrohung" für die
Zukunft der Menschheit.
"Verheerende Naturkatastrophen, Konflikte
um Energie-Ressourcen, Klimaflüchtlinge...
die Rechnung könnte schnell zu hoch werden".
"Was wir in unseren Händen haben,
ist die Zukunft unseres Planeten."
zitiert nach Spiegel on-line, 8.12.2005
Inhalt
1. Überblick
2. Grundlagen
3. Klimawandel heute: Beobachtungen
4. CO2
5. Andere Treibhausgase
6. Aerosole und Wolken
7. Solare Variabilität
8. Erwarteter zukünftiger Klimawandel
9. Klimageschichte
10. Klimaschutz
[IPCC, 2001]
Änderung der
Wetterextreme
[IPCC, 2001]
Hurrican Katrina, 2005
Webster et al., Science, 2005:
Zunahme der SST und Zunahme der Intensität von Hurrikanen
Häufigkeit und Intensität von tropischen Stürmen
•
Anstieg der Ozeanfläche mit Oberflächentemperaturen >26°C
läßt eine Zunahme von tropischen Stürmen plausibel erscheinen.
•
in 2004 und 2005: Hurrikane auch außerhalb der bisher bekannten
Gebiete.
•
Vorsicht: natürliche Variabilität und Zyklen
z.B. weniger Hurrikane in starken El Nino-Jahren.
•
neben SST >26°C auch andere Faktoren wie Stärke der
vertikalen Scherwinde, Hochdruckrücken über
zentralem und östlichem Nordatlantik etc..
•
Probleme der Vergleichbarkeit von "alten" Daten...
•
Neueste Untersuchungen von Webster et al., 2005,
und Emanuel, 2005, zeigen einen Anstieg der Intensität von
tropischen Wirbelstürmen.
•
Anthropogener Einfluss sehr schwer zu zeigen!
Zunahme der Häufigkeit und Intensität von
Hitzewellen wie im Sommer 2003 in Europa ist
sehr wahrscheinlich.
Die Zunahme der Wahrscheinlichkeit für solche
Hitzewellen ist auf anthropogene Einflüsse
zurückführbar.
[z.B.: Stott et al., Nature, 2004, 'Human contribution to the
European heatwave of 2003']
Naturkatastrophen
1980-2004 weltweit
rot: Erdbeben,
Vulkane, Tsunami
grün: Stürme
blau: Überschwemmungen
gelb: Hitze/Kältewellen
Schäden durch Naturkatastrophen
Zunahme der Schäden deutlich größer als Zunahme der
Ereignisse wegen Bevölkerungswachstum, Wohlstandswachstum und
zunehmender Besiedlung von gefährdeten Gebieten
4. CO2
 Kohlenstoffkreislauf
 Entwicklung atmosphärisches CO2
 anthropogene Quellen des CO2:
 fossile Brennstoffe, Brandrodung etc.
 Senken des CO2:
 Ozeane, Land-Biomasse
 Rückkopplungen
 Zeithorizonte, Emissionsszenarien
 Möglichkeiten der Speicherung von CO2
CO2 ist das mit Abstand wichtigste Klimagas für die
aktuelle Klimawandelproblematik:
 mehr als 50% des geänderten Klimaantriebs
geht auf CO2 zurück.
 unvermeidbares Produkt jeder Verbrennung von
fossilen Brennstoffen: CxHy + O2  CO2 + H2O
Atmosphärischer CO2-Kreislauf (in Gt C)
CO2-Konzentration in der Atmosphäre
atmosphärische CO2-Konzentrationen der letzten 650 000 Jahre
[Siegenthaler et al., Science, 2005]




Kopplung von Temperatur (D) und CO2,
zeitlich versetzt um 1000-2000 Jahre...
aber enge Rückkopplung
neu: lange Warmzeiten; wenig Variation
über 30 000 Jahre zwischen 560 und 590 kyr BP
atmospärische
CO2Konzentrationen
in verschiedenen
Zeitskalen:
atmosphärische
CO2-Konzentrationen
waren kleiner
als 300 ppm
in den letzten
650 000 Jahren,
vermutlich
in den letzen
20 Mio. Jahren
bis 2100 steigt CO2 auf 550-975 ppm
IPCC 2001
Zeithorizonte:
Anthropogen verursachte CO2-Emissionen
Mittelwert der 1990er Jahre:
 aus fossilen Brennstoffen:
6.40.4 PgC/yr = 23.1 Gt CO2/yr
(Einheiten: 1 Peta-Gramm Kohlenstoff pro Jahr
entspricht 1 Giga-Tonnen C pro Jahr,
entspricht 3.66 Gt CO2 pro Jahr)

aus "land use change" (im wesentlichen Entwaldung):
~1.70.9 PgC/yr (1980er Jahre)
Verbleib des CO2 aus fossilen Brennstoffen:



Aufnahme Ozeane (~1.70.5 PgC/yr)
Netto-Aufnahme in Land-Biosysteme (1.4 0.7 PgC/yr)
Verbleib in der Atmosphäre (3.2 0.1 PgC/yr)
IPCC 2001
 offene Fragen insbesondere zu "land-use change",
"terrestrial sink", und Ocean-Atmosphere-Flux
Verbleib des
anthropogen
verursachten
CO2:
Aufschlüsselung der
Senken durch
Vergleich von
Abnahme O2 und
Zunahme CO2 sowie
bekannter
Verbrennungsstöchiometrie der
fossilen Brennstoffe
[IPCC, 2001]
Cox et al., Nature, 2000:
Akkumulierte Kohlenstoff-Budgets.
Aufnahme von CO2
in Böden nimmt ab,
Land-Biota wird sogar
zur Quelle von CO2
Rückkopplungen:
 Höhere Temperaturen führen zu niedrigerer
Löslichkeit von CO2 im Wasser der Ozeane.
 Stärkere Stratifizierung der Ozeane bei
steigender Oberflächentemperatur führt zu
langsamerem Transport von CO2 im Wasser....
 CO2-Aufnahme durch Land-Biosysteme ist abhängig
von der Temperatur, der Bodenfeuchte und
Niederschlägen, dem CO2-Gehalt der Luft,
Art der Bewirtschaftung, etc.
 Permafrostböden tauen auf und setzen große Mengen
CO2 und CH4 frei.
Derzeit große Unsicherheiten bezüglich der zukünftigen
Aufnahme von CO2 durch Land-Biosysteme!
Anthropogen verursachtes CO2
[IEA, 2005]
Kopplung und
Entkopplung von
Wirtschaftswachstum
und CO2-Emissionen
Deutschland
DIE ZEIT, 8.12.2005
pro-Kopf-Emissionen CO2:
Bangladesch: ca. 133 Mio. Einwohner, ~0,2 t/Kopf
China: 1.27 Mrd. Einwohner, inzwischen ~3,0 t/Kopf
D: 81 Mio. Einwohner, ~11 t/Kopf
USA: 294 Mio. Einwohner, ~21 t/Kopf
Weltdurchschnitt: ~4,0 t/Kopf
CO2 aus
"veränderter Land-Nutzung"
Indonesien im El Nino-Jahr 1997/1998:
Riesige Wald- und Torfbrände...
Abschätzung Siegert et al., Nature, 2001:
 Schäden in unberührtem Tropenwald gering (5%)
 Schäden in Tropenwald mit selektivem Einschlag hoch (60%)
 Schäden in kultivierten Gebieten sehr hoch (>70%)
Abschätzung Page et al., Nature, 2002:
 0.8-2.6 PgC freigesetzt in Indonesien im Jahr 1997!
13-40% der jährlichen Menge an fossilen Brennstoffen!
 durchschnittlich 50 cm Torf abgebrannt.
 Risiko für weitere Feuer gestiegen.
 in Indonesien noch ca. 25-50 Gt C im Torf gelagert.
Indonesien im El Nino-Jahr 1997/1998:
 Kalimatan und das
"Mega Rice Project"
 mehr als 60 000
Brandherde
im Jahr 1998
 Verbrannte Fläche
größer als
die Schweiz
[Spektrum der Wissenschaft, 2004]
Indonesien im El Nino-Jahr 1997/1998:
vollständig zerstört
schwere Schäden
leichte Schäden
[Siegert et al., Nature, 2001]
Globale Zerstörung der tropischen Regenwälder:
 1 Hektar pro Sekunde (~ 2 Fußballfelder)
 86 000 Hektar pro Tag (> Fläche New York)
 31 Millionen Hektar pro Jahr (> Fläche Polen)
 neben CO2-Freisetzung auch viele andere Probleme wie
Vernichtung von Tier- und Pflanzenarten, Veränderung des
lokalen und regionalen Klimas.
1983
Rondonia, 1970
2000
Zerstörung des tropischen Regenwalds:
COUNTRY (in km2)
Bolivia (1,098,581)
ORIGINAL
EXTENT OF
FOREST COVER
PRESENT EXT.
OF PRIMARY
FOREST COVER
ANNUAL
DEFOREST.
(km2)
90,000
45,000
1,500
2,860,000
1,800,000
50,000
C. America (522,915)
500,000
55,000
3,300
Columbia (1,138,891)
700,000
180,000
6,500
Congo (342,000)
100,000
80,000
700
Ecuador (270,670)
132,000
44,000
3,000
1,220,000
530,000
12,000
Cote D'Ivoire (322,463)
160,000
4,000
2,500
Laos (236,800)
110,000
25,000
1,000
62,000
10,000
2,000
400,000
110,000
7,000
72,000
10,000
4,000
Philippines (299,400)
250,000
8,000
2,700
Thailand (513,517)
435,000
22,000
6,000
Brazil (8,511,960)
Indonesia (1,919,300)
Madagascar (590,992)
Mexico (1,967,180)
Nigeria (924,000)
Vgl. EU-25: 3,977,000 km2
CO2-Lagerung
Der Spiegel, 28.11.2005
[IPCC, SRCCS, 2005]
CO2-Lagerung
 CO2 wird aus dem Abgas von Kraftwerken herausgefiltert
und per pipeline transportiert und dann unterirdisch oder
in der Tiefsee eingelagert
 technisch machbar
 Kosten: 1-5 cent/kWh zusätzlich
 einige Verfahren in der Erprobung
unterirdische CO2-Lagerung
[IPCC, SRCCS, 2005]
CO2-Lagerung in der Tiefsee
[IPCC, SRCCS, 2005]
Vergleich von CO2-Produktion und CO2-Emissionen
[IPCC, SRCCS, 2005]
Mögliches Entweichen von CO2 zurück in die Atmosphäre
[IPCC, SRCCS, 2005]
Ein mögliches Zukunfts-Szenario...
[IPCC, SRCCS, 2005]
Schätzung IPCC, 2001: