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Research Collection Report Wasser - seine Bedeutung in der Wissenschaft, in der Natur und Kultur, in den Weltreligionen und im Universum Author(s): Brüesch, Peter Publication Date: 2011 Permanent Link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-006399935 Rights / License: In Copyright - Non-Commercial Use Permitted This page was generated automatically upon download from the ETH Zurich Research Collection. For more information please consult the Terms of use. ETH Library 5 . Wasser und globales Klima 231 5-0 5.1 Wasser , Luft und Erde 232 Alles Wasser der Erde Alles Wasser auf der Erde besitzt ein Volumen von ca . 1.4 Milliarden km3 (1.4 * 109 km3) . Dies entspricht einer Masse von ca . 1.4 * 1018 Tonnen . Das umfasst Meerwasser , Eis , Seen , Flüsse , Grundwasser und Wolken . Dieses Wasser füllt eine Kugel mit dem Radius R von ca . 700 km . Die totale Wassermenge auf der Erde ist durch die blaue Kugel mit einem Radius von ca. 700 km illustriert . Nur etwa 3 % der totalen Wassermenge liegt in Form von Frischwasser (Salzfreies Wasser) vor ; dies entspricht etwa 42 Millionen km3 und einer Kugel mit einem Radius von etwa 216 km . Von diesem Frischwasser ist weniger als 1 % als Trinkwasser für den Men – schen verfügbar , denn ein grosser Teil dieses Frischwassers muss zuerst gereinigt werden oder es ist in Form von Eisbergen nicht direkt verfügbar . 233 5-1 Alle Luft der Erde Alle Luft auf der Erde : Kugel mit einem Radius R von ca . 1000 km Bei techn . Normalbedingungen (20 oC , 1 atm ) entspricht dies einer Masse von ca . 5040 * 1012 Tonnen Luftschicht sehr dünn : Troposphäre + Stratosphäre zusammen nur ca. 50 km Luftschicht = Schutzschicht : speichert die von der Erde abgestrahlte Wärmestrahlung im Infrarot Pullover - Effekt ! ohne Luftschicht wäre die globale Temperatur ca. - 15 bis - 18 o C ! kein flüssiges Wasser auf unserem Planeten , nur Eis ! 234 Luft – Schicht der Erde : Dicke ca. 50 km Troposphäre : 0 bis ca. 11 km Höhe + Stratosphäre : 11 bis ca. 50 km Höhe Schutzschicht sehr dünn ! enthält mehr als 99 % der Masse der irdischen Atmosphäre Erde R = 6357 km Schutzschicht speichert die von der Erde abge strahlte Wärme - Strahlung im Infrarot Pullover ! ohne Schutzschicht : globale Temperatur wäre ca. - 15 bis - 18 oC ! kein flüssiges Wasser auf der Erde ! 235 5-2 Aufbau der Erdatmosphäre Ionosphäre (Aurora) Mesosphäre Ozon Schicht Stratosphäre Tropopause Troposphäre Erde 236 Luftschicht der Erde vom Raum aus gesehen Mesosphäre und Thermosphäre Stratosphäre Troposphäre 237 5-3 Zusammensetzung der trockenen (wasserfreien) Atmosphäre [in Vol. % bzw. in parts per million (ppm)] N2 : 78.084 % (780 840 ppm) Argon : Ar Kohlen - Dioxid : CO2 O2 : 20.946 % (209 460 ppm) Restgase Ar : 0.934 % (9 340 ppm) Sauerstoff : O2 CO2 : 0.036 % (360 ppm) Stickstoff : N2 Restgase : u.a. Methan (CH4) : 1.5 ppm Stickstoff - Oxyd (Lachgas): N2O Edelgase , H2 238 Sonneneinstrahlung auf Erde (ohne Atmosphäre) R Auf die Halbkugel der Erde fällt eine solare Energie , welche äquivalent zur Energie ist , welche auf eine kreis förmige Scheibe mit dem Radius R der Erde fällt . Ist S = 1368 W / m2 die spezifische Leistung , auch Solarkonstante genannt , dann ist die auf die Fläche der Scheibe fallende Leistung gleich S x p R2 Watt (W) . (Das gleiche Resultat folgt , wenn man über alle Normalkomponenten der Strahlung auf die Halbkugel integriert) . Nun ist die Erde aber nicht kreisförmig sondern kugelförmig . Damit ist die Fläche , auf welche die einfallende solare Energiestrahlung während 24 h oder länger auf die rotierende Erde fällt , nicht p R2 sondern 4 p R2 , also 4 mal grösser . Deshalb erhält man für die solare Energiedichte , gemittelt über die Oberfläche der ganzen Erde , den Betrag 1368 W / m2 x p R2 / 4 p R2 = (1368 / 4) W / m2 = 342 W / m2 = S / 4 . 239 5-4 Stationäre Leistungsbilanz (in %) zwischen einfallender und reflektierter Sonnen - Strahlung ohne Atmosphäre aber mit Albedo (Reflexion an Eis und Schnee) reflektierte solare Strahlung 31 einfallende solare Strahlung 69 Einheiten entsprechen 69 % von 342 W / m2 oder Ps = 0.69 * 342 W/m2 = 236 W/m2 emittierte Wärme Leistung der Erde 100 Der spezifischen Wärmeleistung von Ps = 236 W / m2 entspricht eine Oberflächen Temperatur der Erde von nur - 18 o C (!) 69 Atmosphäre 69 Stefan – Boltzmann Gesetz : absorbierte solare Strahlung Ps = s T4 ; s = 5.6704 * 10-8 W / (m2*K4) T = (Ps / s)1/4 = 255 K Erdoberfläche = - 18 oC 240 Treibhausgase - Allgemein Treibhausgase sind Gase in der Atmosphäre , welche Strahlung im thermischen Infrarot Bereich absorbieren und emittieren . Sowohl die Absorption als auch die Emission werden durch spezifische molekulare Schwingungen erzeugt , welche das Dipolmoment der Moleküle ändern . Die wichtigsten , in der Atmosphäre enthaltenen Moleküle , nämlich Stickstoff (N2) , Sauerstoff (O2) und Argon-Atome (Ar) (s. p. 238) sind keine Treibhausgase . Der Grund dafür liegt darin , dass Moleküle , welche aus zwei Atomen des gleichen Elementes wie N2 und O2 bestehen (sowie einatomige Moleküle wie Ar) , bei ihren Vibrationen keine induzierten Dipolmomente erzeugen und deshalb keine Infrarotstrahlung absorbieren . Die wichtigsten Treibhausgase in der Atmosphäre sind Wasserdampf (10„000 – 20„000 ppm) , Kohlendioxid (CO2 : ca . 350 ppm) , Methan (CH4 : ca . 1.7 ppm) , Stickstoff-Oxid (N2O : 0.3 ppm) , und Ozon (O3 im ppm - Bereich) . CO2 , CH4 und N2O sind anthropo gene Treibhausgase (d.h. sie werden zu einem grossen Teil durch menschliche Aktivi täten erzeugt) . Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas , da seine Konzentration in der Atmosphäre im Mittel mindestens 25 mal grösser ist als jene von CO2 . Wasserdampf ist das einzige Treibhausgas , dessen Konzentration sich zeitlich und räumlich in der Atmosphäre stark ändert . Die grössten Konzentrationen von Wasserdampf existieren in der Nähe des Aequators über den Ozeanen (verstärkt durch die Erwärmung des Meer-Wassers) , sowie in tropischen Regenwäldern . Andererseits ist die Konzentration von Wasserdampf in kalten polaren Gebieten und in subtropischen kontinentalen Wüsten oft verschwindend klein . Der Einfluss von Wasserdampf auf Klimaänderungen und die damit verbundene positive Rückkopplung wird auf den Seiten 255– 258 diskutiert . 241 5-5 Der Treibhaus - Effekt Die Sonnenstrahlung treibt den Klimawandel an . Ein Teil der Infrarotstrahlung tritt von der Erde direkt in die Atmosphäre zurück . Der grösste Teil (rechter dicker Pfeil) wird dagegen durch Treibhausgas - Moleküle und Wolken absorbiert und in alle Richtungen zerstreut . Durch diesen Effekt erwärmt sich die Erdoberfläche und die untere Atmosphäre . Sonne Ein Teil der Sonnen – strahlung wird von der Erde und der Atmosphäre reflektiert . Infrarotstrahlung wird von der Erd – oberfläche emittiert . Etwa die Hälfte der Sonnenstrahlung wird von der Erde absorbiert und erwärmt sie . ERDE 242 Einige Temperaturen und Treibhausgase Temperaturen : Temperatur ohne Treibhaus – Effekt - 18 oC Temperatur mit Treibhaus – Effekt + 15 oC 33 oC Differenz : Treibhaus – Gase : Wasser : Kohlendioxid Methan : Stickstoff – Oxid (Lachgas) CFC„s H2O CO2 CH4 N2O CCl3F (Chlorfluorkohlenwasserstoffe) Ozon : O3 243 5-6 Specktrum der Sonne bei 5‟500 oC und Spektrum der Wärmestrahlung eines Körpers (Erde) bei 15 oC Relative Leistung Sonne Erde 5‟500 oC 15 oC VIS 0.1 0.2 0.5 IR 1 2 5 10 20 50 100 Wellenlänge in (mm) (logarithmische Skala !) Die Sonne erwärmt die Erde die Wärme vergrössert die Schwingungsamplituden der Atome , wobei die Emission der Infrarot – Strahlung (IR) verstärkt wird . Zunahme der Wärmestrahlung ! blaue Kurve : globale Wärmestrahlung bei einer Temperatur von 15 oC 244 “Treibhausgase” sind klimawirksame Spurengase , d.h. Gase , welche im Infrarotbereich absorbierend sind und die Temperatur der Erde stark erhöhen ; ohne Treibhausgase wäre die Erdoberfläche im Mittel 33 oC kälter als jetzt . Erde bei - 18 oC Sonne 6000 K 100 Wasserdampf 100 Kohlendioxid 0 0.1 0.5 1 5 10 20 50 Wellenlänge in Mikrometer (mm) 245 5-7 100 0 Globale Temperatur Jährliches Mittel Mittel über 5 Jahre 14 . 0 oC Die Erwärmung des globalen Klimasystems ist heute unmissverständlich . Dies folgt aus Beobachtungen des globalen Anstiegs der mittleren Temperaturen der Luft und der Ozeane , der grossflächigen Abschmelzung von Schnee und Eis , sowie des globalen Anstiegs der Meereshöhen . Der grösste Anteil des beobachteten Anstiegs der mittleren Temperatur seit der Mitte des 20 . Jahrhunderts ist mit grosser Wahrscheinlichkeit durch die beobachtete Zunahme der anthropogenen Treibhausgase - Konzentrationen erzeugt . CO2 macht ca . 60 % des vom Menschen verursachten (anthropogenen) Treibhauseffekts aus . 246 Temperaturabweichung (oC) Globale mittlere Temperatur seit dem Jahr 1000 Nordhemisphäre Klimarekonstruktion / Beobachtung Global Szenario Unsicherheit Rekonstruktions Unsicherheit Jahr Verlauf der globalen beziehungsweisen nordhemisphärischen Mitteltemperatur seit dem Jahr 1000 . Die Figur basiert auf einer Rekonstruktion der Klimaver – hältnisse (1000 – 1860) , auf Beobachtungen (1860 – 2000) und auf Klimaszena rien (2000 - 2100) . (Quelle : IPCC) 247 5-8 Zunahmen der CO2 - Konzentration 10„000 5„000 0 Kohlendioxid (CO2) ist das wichtigste Treibhausgas . Die globale atmosphä – rische CO2 - Konzentration nahm von einem vor-industriellen Wert von ca . 280 ppm auf 379 ppm im Jahr 2005 zu . Die atmosphärische Konzentration von CO2 im Jahr 2005 übertrifft bei weitem den mittleren Bereich von 180 - 300 ppm über die letzte 650„000 Jahre . Dies folgt aus der Analyse von Eis bohrungen von Proben zwischen 1750 und 2005 , welche eine Zunahme von 100 ppm ergeben . Der jährliche Zu wachs der CO2 – Konzentration war im letzten 10 – Jahres Mittel (1995 – 2005) mit 1.9 ppm pro Jahr grösser als dies seit dem Beginn der kontinuierlichen direk ten atmosphärischen Messungen (1960 – 2005) von 1.4 ppm pro Jahr der Fall war , obwohl in der jährlichen Zuwachs rate Jahres – Schwankungen beobachtet werden . Jahre Die primäre Quelle des Anstiegs der atmosphärischen CO2 - Konzentration seit der vor-industriellen Periode ist hauptsächlich auf den Anstieg der fossilen Brennstoffe zurückzuführen ; eine weitere aber schwächere CO2 – Zunahme wird durch den sog . „land-use change“ , z.B. der Umwandlung von Waldland in Agrikultur-Land , erzeugt . 248 a Die industrielle Revolution hat einen dramatischen Anstieg von CO2 bewirkt Zeit in Jahren AC Eiszeit – Zyklus CO2 – Konzentration in ppmv Variationen der CO2 - Konzentration IZeit in Jahrtausenden BC Man beachte den starken Anstieg der CO2 – Konzentrationen seit dem Beginn der Industrialisierung nach 1800 . Die CO2 - Konzentration ist angegeben in ppmv , d.h. In parts per million per volume , hier in Anzahl CO2 - Teilchen pro Million Luftteilchen 249 5–9 Anstieg der Methan (CH4) - Konzentration 1 ppb = 1 part per billion 10„000 5„000 0 years Die globale atmosphärische Konzentration von Methan (CH4) ist anfangs 1990 von einem vor- industriellen Wert von 715 ppb auf 1732 ppb angestiegen , und erreichte im Jahr 2005 einen Wert von 1774 ppb . Die atmosphärische Konzentration von CH4 im Jahr 2005 übersteigt bei weitem den mittleren natürlichen Bereich der letzten 650„000 Jahre , (320 ppb) auf einen Wert von 790 ppb ; dieser Anstieg wurde durch Eis - Bohrungen ermittelt . Es ist sehr wahrscheinlich , dass die Zunahme der CH4 Konzentration durch anthropogene Aktivitäten erfolgte , hauptsächlich durch fossile Brennstoffe und durch die Agrikultur . 250 Anstieg der Stickstoffoxid (N2O) Konzentration Die globale Konzentration der Stickstoffoxid – Konzentration nahm vom vor – industriellen Wert von 270 ppb auf 319 ppb im Jahre 2005 zu (1 ppb = 1 part per billion) . Seit 1980 war die Zunahme der Konzentration annähernd konstant . Mehr als ein drittel der ganzen N2O - Emissionen sind anthropogenen Ursprungs und hauptsächlich durch landwirt schaftliche Aktivitäten bedingt . 251 5 – 10 Korrelation der atmosphärischen CO2 – Konzentration und der Temperatur mit der Zeit : Vostock - Eiskurve 160„000 130„000 110„000 89„000 67„000 44„000 23„000 Die sogenannte „Vostock – Eiskurve zeigt eine sehr starke Korrelation zwischen der CO2 – Konzentration und Temperatur während der letzten 160„000 Jahren . Die Daten wurden aus chemischen Messungen von Luftblasen in fossilem Eis der Antarktis gewonnen . In dieser Darstellung werden die Zunahmen der CO2 Konzentration und der Temperatur ab 1860 (s . Figuren 246 - 249 und 253) nicht gezeigt . Im Jahre 2000 : [CO2] 365 ppm ; Temperatur 14.4 oC ] . s . p . 253 . 252 Klimawandel Global : Korrelation der Temperatur mit der CO2 - Konzentration Konzentration des CO2 in der Atmosphäre Globale mittlere Temperatur der Erde ppm oC 370 14.4 360 14.3 350 14.2 340 14.1 330 14.0 320 13.9 13.8 310 13.7 300 13.6 290 13.5 1860 1880 1900 1920 1940 1960 1860 1980 2000 1 1880 1900 1920 1940 1960 1980 Die globale Temperaturerhöhung der Erde zwischen 1860 und 2000 ist direkt mit der Erhöhung der CO2 – Konzentration korreliert ! 253 5 - 11 2000 Heute : 90 % des globale Energiebedarfs wird durch fossile Brennstoffe gedeckt (Erdöl , Erdgas , Braun - und Steinkohle , Rodung von Wäldern , etc. ) : Anthropogene Verbrennung fossiler Brennstoffe CO2 - Ausstoss : 30 Giga - Tonnen (GT) pro Jahr ! ca. 50 % (15 GT) entweicht in die Atmosphäre ca. 50 % (15 GT) wird durch Erde resorbiert : • Lösung von CO2 in Meeren • Photosynthese in Wälder Treibhaus - Effekt globale Erwärmung 1 GT = 1‟000‟000‟000 = 109 Tonnen 254 Wechselwirkung : globale Erwärmung Wasserdampf Wolken Ozeane Seen globale Erwärmung Eis Schnee 255 5 - 12 Wasser Wasser und Klima : Grundtatsachen • Wasserdampf ist das wichtigste klimaaktive Gas • Wasser ist aber nicht anthropogen , (d.h. es ist kein menschliches Produkt) und ist universell verteilt • starke positive Rückkopllung : selbst – induzierte Erwärmung • Wolken , Schnee und Eis reflektieren das Licht und ihr Netto – Effekt produziert eine Abkühlung (Albedo – Effekt) • Folge der globalen Erwärmung : der Schnee zieht sich auf höhere Lagen zurück ; das Eis schmilzt Erwärmung mit positiver Rückkopplung • Während des letzten Jahrhunderts beträgt die Erhöhung des Meeresspiegels wegen der globalen Erwärmung ca . 200 mm . • ohne Wasserdampf würde die globale Erwärmung nur ca . 50 % der totalen Erwärmung betragen ! 256 Einfluss des Wasserdampfs auf den Klimawandel CO2 in Atmosphäre Temperatur - Erhöhung von Ozeanen , Seen , Festland und Luft : stärkere Ver dampfung des Wassers Temperatur des Wassers steigt weiter an je wärmer die Luft , umso höher ist die Sättigungs Konzentration des Wasserdampfs : höhere Kon zentration des Wasserdampfs in der Luft 10 0C : 9.4 g/m3 , 20 oC : 17.2 g/m3 Luft erwärmt sich weiter und strahlt auf Erde zurück 257 5 - 13 Wasserdampf der Luft absorbiert mehr Infrarot Strahlung , die von der warmen Erde ausge strahlt wird . Veranschaulichung der positiven Rückkopplung des Wasserdampfs auf die globale Erwärmung Wasserdampf : wichtigstes klimawirksame Gas aber nicht anthropogen ! Bei Verdoppelung der heutigen CO2 - Konzentration Erwärmung DT ≈ 2 bis 4.5 oC ! Ohne Wasserdampf : Temperaturerhöhung nur ca. 50 % von DT ! 258 5 – 14 5.2 Einige Auswirkungen der Klimaerwärmung 259 Temperatur - Erhöhung mehr Verdampfung mehr Wasserdampf mehr Wolken mehr Regen ! Hochwasser in der Schweiz (2007) Hochwasser in Délémont 260 5 - 15 Hochwasser in der Schweiz (2007) Hochwasser im Laufental Hochwasser in einem Weiler im Kanton Jura 261 Hochwasser in Turgi (Kanton Aargau) Am 7 . August 2007 erscheinen die BAG TURGI ELECTRONICS AG (unten) und das Zeughaus Brugg (oben) wie Inseln . Der ganze Limmatspitz ist grossflächig überflutet ! MZ Donnerstag , 23 . August 2007 262 5 - 16 Australien 2007 : Die “Jahrhundert - Dürre” Erhöhte Boden- und Lufttemperaturen stärkere Verdunstung Austrocknung ! 263 Eis + Schnee Klima • Sonnenlicht wird an Eis und Schnee reflektiert Albedo Effekt CO2 : Eis schmilzt Erwärmung durch Abnahme des Albedo CO2 : Schneedecke verkleinert sich und ist nur für kürzere Zeit vorhanden Erwärmung durch Abnahme des Albedo bei Erwärmung : positive Rückkopplung ! 264 5 - 17 Klima Wolken • ca. 60 % der Erdoberfläche ist permanent mit Wolken bedeckt • Wolken entstehen nur in Anwesenheit von Aerosolen (Kondensations - Keimen) , auf welchen der Wasserdampf kondensieren kann . • Wolken bestehen meistens aus unterkühlten Wassertröpfchen und aus Eiskristallen Wolken sind ein wichtiger Regulator für das Klima : • Reflexion des Sonnenlichtes Abkühlung • Absorption der IR - Strahlung von der Erde Netto - Effekt : Abkühlung Albedo - Effekt 265 Planetarer Albedo - Effekt An den weissen Bereichen (Wolken , Schnee , Gletscher) und an den mit Eis bedeckten Stellen der Antarktis (unten) wird das Sonnenlicht reflek tiert Abkühlung ! (Albedo - Effekt) Planetarer Albedo : von der von der Sonne eingestrahlten Leistung wird ca . 1 / 3 reflektiert und 2 / 3 absorbiert 266 5 – 18 Direkte Beobachtung der neueren Klima - Entwicklung Differenz (mm) globaler mittlerer Seespiegel (mm) Schnee - Bedeckung der nördlichen Halbkugel (km2) 0.5 14.5 0.0 14.0 - 0.5 13.5 50 0 - 50 100 - 150 4 40 0 36 -4 32 1850 1900 Jahr 1950 2000 267 Globale Aenderungen im Meeresspiegel während den letzten 250 Millionen Jahren maximaler Meeres spiegel (vor 460 Mio. Jahren) Trias Jura Kreidezeit Tertiär heutiger Meeres spiegel tiefster Meeres spiegel Kreidezeit : Zeit der globalen Erwärmung ; Meeresspiegel ca. 170 m höher als heute ! • globaler max . Meeresspiegel : 200 - 250 m höher als heute • mittlere globale CO2 - Konzentration : 700 - 2000 ppm (heute : 380) • mittlere globale Temperatur : ca. 21 0C (heute : 15) • Gründe : verstärkter Magmafluss auf Meeresböden Abgasung von CO2 ; Eis-Schmelze ; Verdrängung von Wasser durch Magmen , etc. 268 5 - 19 Temperatur (oC) globale mittlere Temperatur (oC) Aenderungen des globalen Meeresspiegels in cm Anstieg des Meeresspiegels - 1870 - 2009 Jahr Messungen des mittleren Meeresspiegels in geologisch stabilen Umgebungen zeigen eine Erhöhung von ca . 25 cm während der Zeit zwischen 1870 und 2009 . 269 Tropenfische im Mittelmeer Die Wassertemperaturen der Meere waren noch nie so hoch wie im Sommer 2009 Verdrängungskampf : Das warme Wasser des Mittelmeeres hat Kugelfische angelockt - die heimischen Arten haben das Nachsehen . (Nathalie Schoch : MZ : Dienstag , 25 . August 2009 , p . 26) 270 5 - 20 Computer - basierte Klima - Prognosen mit Hilfe des Super Computers ESS : Earth Simulator System Dr. Mitsuo Yokokava : Chef - Konstrukteur des ESS Speed : 40 TFlops = 40 x 1012 floating point operations per second; Memory : 10 TB = 10 x1012 Bites 271 ESS - basierte Klima - Prognosen für verschiedene Szenarien , sog. Special Report Emission Scenaries (SRES) ESS : Earth Simulator System IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change (2007) 6 5 4 3 Temperatur - Aenderung (oC) Temperatur Aenderung verschiedene Szenarien 2 Ergebnisse einiger SRES Modelle (1990 - 2100) Wie in der Graphik ersichtlich ist , zeigen die verschiedenen Modelle eine recht starke Streuung der Resultate als Funktion der Zeit . Für jede Kurve ist auf der rechten Seite ein Fehlerbalken angegeben , der die Unsicherheit in der Temperatur für die verschiedenen Modelle im Jahr 2100 angibt . Wie erwartet sind die Unsicherheiten umso grösser , je weiter man in die Zukunft extrapoliert . 1 0 2000 2020 2040 2060 2080 2100 Jahr IPCC Graphik der Temperatur – Anstiegs – Modelle als Funktion der Zeit Etwa die Hälfte der Variationen hängt vom zukünftigen Klimaszena – rium ab , die restliche Unsicherheit dagegen vom verwendeten Modell . 272 5 - 21 Anstieg des Meeresspiegels – extrapoliert bis 2100 Die Graphik zeigt Abschätzungen der Entwicklung des Meeresspiegels in der Ver – gangenheit (grau) , die Beobachtungen der letzten Jahrzehnte durch Tide-Messgeräte und Satelliten (rot) , sowie Prognosen für die Zukunft gemäss dem IPCC A18 Szenario (blau) . 273 Globaler Gletscherschwund cm / Jahr Meter Mittlere Aenderung der Gletscherdicke (cm/Jahr) Kumulative mittlere Dicken – Aenderung (Meter) 274 5 - 22 Bemerkungen zur Figur auf p . 274 Die Figur zeigt die mittleren Raten der Dickenänderungen des Eises der Gletscher der Erde . Diese Information wird auch als Glaziologische Massenbilanz (GM) bezeichnet . Die GM findet man durch Differenz zweier Messungen : a) Messung der jährlichen Zunahme des Schnees (ZS) einerseits und b) Messung des Verlustes des Schnees (VS) via Schmelz - und Sublimationsprozesse andererseits ; dann ist GM = ZS – VS . Die obere Graphik der Figur 274 zeigt die jährlichen mittleren Dickenänderungen der Gletscher (in cm / Jahr) . Die untere Kurve zeigt die kumulierte Aenderung der Dickenabnahme während der letzten 50 Jahre . In dieser Zeit wurde nur in 3 Jahren eine Zunahme der Dicke beobachtet (zwischen 1965 und 1970 , s. p . 274) . Man beachte auch die auf Seite 270 dargestellte Dickenabnahme . Die Figur zeigt , dass in dieser Messperiode die mittlere Dicke des Eises der Gletscher (gemessen in m) im wesentlichen kontinuierlich abnimmt und zwar zwischen 1957 und 2004 um etwa 14 m ! 275 Gletscherschwund : Die Gletscher schmelzen schneller ! PERITO – MORENO GLETSCHER (ARGENTINIEN) In Südamerika haben 2007 alle Gletscher Eis verloren 276 5 - 23 Mittlere komulative jährliche Massenbilanz [mm] Beschleunigtes Schmelzen von Gletschern 0 - 2000 - 4000 - 6000 - 8000 - 10000 30 „Referenz“ - Gletscher subset von Referenz - Gletscher alle Gletscher - 12000 1980 - 12000 1980 1985 1985 1990 1990 1995 1995 2000 2000 2005 2005 2010 Zeit (Jahre) Man vergleiche auch die auf p . 274 dargestellte Dickenabnahme . 277 Zum globalen Gletscherschwund „Der globale Gletscherschwund hat sich in den letzten Jahren beschleunigt . Zu diesem Schluss kommt der „World Glacier Monitoring Service“ (WGMS) , der am 29 . 1 . 2009 die neusten Zahlen veröffentlicht hat . Im Durchschnitt haben die Gletscher im Jahr 2007 ganze 75 cm Dicke eingebüsst . Besonders dramatisch war die Situation in den Alpen : Einzelne Gletscher haben dort bis zu 3 m Eis verloren !“ …… „Die Daten von WGMS stammen von mehr als 80 Gletschern aus allen Erdteilen . Jeweils Ende Sommer vermessen Forscher die Veränderungen der Eisdicke an verschiedenen Punkten auf den Gletschern .“ …… „Aneinander gereiht über mehrere Jahre , zeigen Dickenmessungen die gegenwärtige Klima veränderung (s. pp 274 , 277) . So wuchsen die Gletscher seit Beginn der Messungen (1980) einzig in den Jahren 1983 , 1987 und 1989 . Hinzukommt : „Der Verlust beschleunigt sich , die Werte wurden immer negativer“ sagt Michael Zemp , WGMS Mitglied und Glaziologe am Geographischen Institut der Universität Zürich . „Die schmelzenden Gletscher tragen zurzeit jährlich einen mm zum Anstieg des Meeres – spiegels bei . Das ist rund ein Drittel des gesamten Anstieges“ schätzt Zemp . Ein weiteres Drittel dürfte auf die abschmelzenden Eisschilder auf Grönland und in der Antarktis zurück – zuführen sein . Der Rest komme durch die Wärmeausdehnung des Meerwassers zustande , so Zemp . „Die untersuchten rund 100 Gletscher sind ein ganz kleiner Ausschnitt“ , sagt Zemp .“ …. „Total gibt es weltweit 160 000 bis 200 000 Gletscher“ . … „Korrekt ist aber (trotzdem) , dass der Gletscherschwund sich beschleunigt“ , so Zemp . Das exakte Ausmass ist jedoch noch unklar . „In der Schweiz war der Gletscherschwund 2008 ähnlich wie 2007“. Bei komplettem Schmelzen des globalen Eises wird mit einem Anstieg des Meeresspiegels von 5 – 7 Metern geschätzt (s . Ref . R.5.2.20) . 278 5 - 24 Referenzen : Kapitel 5 R-5-0 5 . Wasser und globales Klima 5 . 1 Wasser , Luft und Erde R.5.1.1 Herrn Professor Dr . Th . Stocker von der Universität Bern möchte ich an dieser Stelle für wichtige Informationen und interessante Diskussionen über dieses Kapitel danken , haupt – sächlich über den Einfluss des Wassers auf die Klimaänderung . Prof. Dr . Th . Stocker Climate and Environmental Physics „Physics Institute , University of Bern , Siedlerstrasse 5 , 3012 Bern , Switzerland R.5.1.2 WELTATLAS DES KLIMAWANDELS Karten und Fakten zur globalen Erwärmung Kirsten Dow und Thomas E . Downing ; Europäische Verlagsanstalt Dr . Götze Land & Karte ; Hamburg (2007) R.5.1.3 Zusätzliche wichtige Informationen findet man auch in : Google unter : „Water and Global Climate Change“ R.5.1.4 p . 233 : Alles Wasser der Erde p . 234 : Alle Luft der Erde „http://www.adamniemann.co.uk/vos/index.html“ R.5.1.5 p . 235 : Die Luftschicht der Erde Aufarbeitung von P . Brüesch aus verschiedenen Literurquellen R-5-1 5 - 25 R.5.1.6 p . 236 : Aufbau der Erdatmosphäre: Aus : Paul Scherer Institut (PSI) , 5232 Villigen , Schweiz „Aerosolforschung auf dem Jungfraujoch“ s . Glossar : Sphere representing the atmosphere : http://aerosolforschung.web.psi.ch/Glossar/Glossar Page html R.5.1.7 p . 237 : Atmosphäre vom Raum aus gesehen : Image from „The Greenhouse Effect and Climate Change“ (p . 3 of 77) A slice through the earth‘s atmosphere viewed from space http://www.bom.gov.au/info/climate/change/gallery/3.shtml R.5.1.8 p . 238 : Zusammensetzung der trockenen Erdatmosphäre aus : http://www.ux1.eiu/ cfjps/1400/atmos _origin.html Figuren - Text von P . Brüesch R.5.1.9 Die unten angegebenen Figuren auf den Seiten 239 , 240 und 244 stammen aus : „Climate Change“ : What determines the Earth‘s GMST ? GMST : Global Mean Surface Temperature http://openlearn.ac.uk/mod/resource/view.php?id=172073 Figuren angepasst und kommentiert von P . Brüesch p . 239 : Sonneneinstrahlung auf die Erde (p . 3) p . 240 : Leistungsbilanz ohne Atmosphäre (p . 5) R.5.1.10 p . 241 : Treibhausgase - Allgemein Text zusammengestellt von P . Brüesch aus verschidenen Literaturdaten R.5.1.11 p . 242 : Der Treibhaus – Effekt - 1 : Einfallende und reflektierte Sonnenstrahlung http://andrian09.wordpress.com/2008/12/27/greenhouse-effect-2/ R.5.1.12 p . 243 : Der Treibhauseffekt 2 : Eine gigantische natürliche Klimaanlage aus : PDF Aerosole : Die Wirkung auf unser Klima und unsere Gesundheit : Urs Baltensperger : Paul Scherer Institut – PSI www.kkl.ch/upload/cms/user/Vortrag_Baltensperger_Aerosole1.pdf R.5.1.13 p . 244 : Solares Spektrum und Wärmestrahlung der Erde bei 15 oC (Ref . R.5.1.9 , p . 7) R-5-2 R.5.1.14 p . 245 : Strahlung von Sonne und Erde - IR Absorptionen von Wasserdampf und CO 2 http://www.bom.gov.au/info/climate/change/gallery/4.shtml Figure adapted by P . Brüesch R.5.1.15 p . 246 : Globale Temperaturzunahme (1860 – 2005) http://en.wikipedia.org/wiki/File:instrumental_Temperature_Record.png http://wikipedia.org/wiki/Gobal.warming R.5.1.16 p . 247 : Globale Temperatur zwischen den Jahren 1000 und 2100 From : BUELLTIN : Magazin der Eidgenössisch Technischen Hochschule Zürich : CO 2 Number 293 , May 2004 ; Figure from p . 23 of this Bulletin (Source IPCC) R.5.1.17 IPCC , 2007 : Summary for Policeymakers . In : Climate Change 2007 : The Physical Science Basis . Cambridge University Press , Cambridge , United Kingdom and New York , N.Y. USA . p . 248 : Carbon Dioxide Concentration Increase (- 10‘000 to present time) ; p . 3 of IPCC p . 250 : Methane Concentration Increase ; p . 3 of IPPC p . 251 : Nitrous Oxide (N2O) - Concentration Increase ; p . 3 of IPPC R.5.1.18 p . 249 : Variationen der CO2 – Konzentration : (Zeitspanne : - 400‘000 bis heute) http://www.te-software.co.nz./blog/augie_auer.htm R.5.1.19 p . 252 : Carbon Dioxide Concentrations (-160‘0000 years to present time) : http://www.klimaktiv.de/article104_3072.html R.5.1.20 p . 253 : Globale Klimaänderung : Anstieg der CO 2- Konzentration und der Temperatur http://www.klimawandel-global.de/klimawandel/ursachen/co2-emission/neue-klimawandel , p . 2 von 3 http://www.klimawandel-global.de/bilder/co2-vs-temperature.jpg R.5.1.21 pp 254 - 257 : Zusammengestellt von P . Brüesch , basierend auf verschiedenen Literurquellen für p . 256 : „Wasser und Klima : Grundlegende Effekte“ ; die folgenden Referenzen wurden verwendet: Referenz R.1.3.1 : p . 67 ; http://www.espere.net/Grmany/water/detroposde.html http://www.schulphysik.de/aktkli2104.html http://www.te-software.co.nz/blog/augie auer.htm R-5-3 5 - 26 R.5.1.22 p . 258 : Positive Rückkopplung des Klimawandels ; in : „Klimawandel“ , p . 20 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre www.staff.uni-mainz.de/curtius/Klimawandel/ Login . Klimawandel , Password : CO2 Universität Mainz , WS 05 7 06 5 . 2 Einige Folgen des Klimawandels R.5.2.1 p . 260 : Ueberschwemmung in Délémont , Switzerland (2007) http://www.baz.ch/_images/imagegallery/Delemont.jpg R.5.2.2 p . 261 : Ueberschwemmung in Laufental , Switzerland (2007) Laufental : www.polizeibericht.ch/ger_details_3154/Kanton_Basel_Land_Hochwasserlage_... R.5.2.3 p . 262 : Lit . zu : Ueberschwemmung in Turgi , Schweiz ; „Flood in Turgi“ , Switzerland , Weiler Riedes : http://sc.tagesanzeiger.ch/dyn/news/schweiz/7796865.htm MZ (Mittelland – Zeitung der Schweiz) : Donnerstag , 23 . August 200 R.5.2.4 p . 263 : Die Dürre des Jahrhunderts MZ Mittwoch , 26 . September 2007 (p . 2) R.5.2.5 pp 264 : Der Albedo- Effekt des Eises (links) und Schnee (rechts) links : „Eisberg“ : Tagesanzeiger (TA) of Switzerland ; WISSEN - 27 . 1.2005 rechts : „Staublavine“ aus : http://wikipedia.org/wiki/Lawine R.5.2.6 p . 265 : Wolken als Klimaregulator Foto einer Kumulus – Wolke : p . 164 R-5-4 R.5.2.7 p . 266 : Planetarer Albedo - Effekt in Referenz R.5.1.9 : p . 4 R.5.2.8 p . 267 : Neuere Klimaänderungen : Die schwarzen Kurven zeigen Mittelwerte über 10 Jahre , während die Kreise jährliche Mittelwerte darstellen . Die schattierten Bereiche stellen die Intervalle der Unsicherheit dar , welche aufgrund einer umfassenden Analyse bekannter Daten (Kurven a) und b)) und aus einer zeitlichen Folge (Kurve c) abgeschätzt wurden ; aus IPCC 2007 R.5.2.9 p . 268 : Globale Aenderung des Meeresspiegels während der letzten 250 Millionen Jahre http://www.bbm.me.uk/portsdown/images/CretEnv/Seal.vl02. R.5.2.10 p . 269 : Mittlerer Anstieg des Meeresspiegels 1800 - 2007 de.wikipedia_org/iki/Meeresspiegelanstieg R.5.2.11 p . 270 : Tropische_Fische_im_Mittelmeer Nathalie Schoch : MZ (Mittellandzeitung) Dienstag , 25 . August 2009 , p . 26 R.5.2.12 p . 271 : Computer-basierte Klimaprogramme mit Hilfe des „Earth Simulator Computer“ NEC Global – Press Release http://www.nec.co.jpg/press/en/0203/0801.html http://www.thocp.net/hardware/nec R.5.2.13 p . 272 : ESS – basierte Klimaprognosen zwischen 1980 und 2100 http://en.wikipedia.org/wiki/IClimateprediction.net R.5.2.14 p . 273 : Anstieg des Meeresspiegels _extrapoliert bis 2100 (Extrapolation von 2007) http://www.atmosphere.mpg.de/enid/__Ozeane_und_Klima/-_Anstieg_des_Meeresspiegels... R.5.2.15 p . 274 : Globaler Gletscherschwund : Graphik - 1 http://wikipedia.org/wiki/Global_warming R-5-5 5 – 27 R.5.2.16 p . 275 : Text zu Figure 274 erstellt von P . Brüesch R.5.2.17 p . 276 : Zum globalen Gletscherschwund : Die Gletscher schmelzen schneller ! aus MZ (Mittellandzeitung) : Freitag , 30 Januar , 2009 , p . 22 R.5.2 18 p . 277 : Globaler Gletscherschwund : Graphik 2 www.durangobill.com/Swindle_Swindle_html Figur gefunden unter : „Graphs of receding glaciers“ (Figur vom Autor leicht modiviziert ) s. auch : MZ (Mittellandzeitung) : Freitag , 30 Januar , 2009 , p . 22 R.5 2.19 p . 278 : Bemerkungen zum Gletscherschwund von : MZ (Mittellandzeitung) : Freitag , 30 Januar , 2009 , p . 22 Michael Zemp , WGMS - Mitglied und Glaziologe am Geographischen Institut der Universität Zürich R.5.2.20 Sea Level Rise , After the Ice Melted and Today Vivian Gomitz – January 2007 NASA GISS : Science Briefs : Sea Level Rise , After the ice Melted and Today http://www..giss.gov/research/briefs/gornitz_09/ R.5.2.21 World‘s glaciers continue to melt at historical rates (25 Jan . 2010) www.guardian.co.ukl/.../wourld-glacier-monitoring-service R-5-6 5 - 28
