Die Bedeutung des CO2 für Atmosphäre und Klima

Werbung
Die Bedeutung des CO2 für
Atmosphäre & Klima
Christian von Savigny
Institut für Physik
Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
Felix-Hausdorff-Str. 6
([email protected])
Umweltaktionstag der Ernst-MoritzArndt-Universität Greifswald
5. Juni 2013
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Grundlegende Eigenschaften von CO2
• CO2 ist ein unbrennbares, farb- und geruchloses drei-atomiges Gas:
• CO2 ist ein Spurenstoff, d.h. kommt nur in Spuren in der Atmosphäre vor:
Aktuelles Mischungsverhältnis:  0,04 Vol.-% (400 ppm)
• Für die Chemie der Atmosphäre ist CO2 nur von begrenzter Bedeutung,
da reaktionsträge und Endprodukt von Oxidationsprozessen
• Größte Bedeutung für Atmosphäre & Klima: CO2 ist Infrarot-aktiv
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Grundlegende Eigenschaften von CO2
• CO2 entsteht bei Verbrennung kohlenstoffhaltiger Substanzen (fossile
Brennstoffe)
• CO2 ist eine wichtige Verbindung für den globalen Kohlenstoffkreislauf
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Der Kohlenstoffkreislauf
Reservoir-Größen in GtC
Flüsse und Raten in GtC / Jahr
IPCC Climate Change 2007: The Physical Science Basis
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
CO2 Mischungsverhältnis auf Hawaii erreicht 400 ppm
http://keelingcurve.ucsd.edu/
Letzter
Monat
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Strahlungsbilanz des Systems Erdoberfläche – Atmosphäre
Global- und jahreszeitlich gemittelte Betrachtung:
Natürliche
Treibhausgase:
H2O, CO2, CH4,
N2O, O3
UV/sichtbar/NIR
Infrarot
•
Globale Durchschnittstemperatur ohne natürlichen Treibhauseffekt:
- 15 / -18°C (statt + 15°C)
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO für Atmosphäre & Klima
2
Beiträge der Treibhausgase
•
•
Beiträge der Treibhausgase zum natürlichen Treibhauseffekt (ungefähre
Angaben):
Spurenstoff
Relativer Beitrag
Wasserdampf (H2O)
62 %
Kohlendioxid (CO2)
22 %
Ozon (O3)
7%
Lachgas (N2O)
4%
Methan (CH4)
2,5 %
Beiträge der Spurenstoffe zum anthropogenen Treibhauseffekt:
Betrachte Strahlungsantrieb oder engl. “Radiative Forcing” (RF)
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Strahlungsantrieb verschiedener Effekte
IPCC Fourth Assessment
report: Climate Change 2007
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Klimawandel in der mittleren Atmosphäre
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Mittlere Atmosphäre
Was ist die mittlere Atmosphäre ?
Mesosphäre
Stratopause
U.S. Standardatmosphäre (1976)
Stratosphäre
Tropopause
Troposphäre
•
Die mittlere Atmosphäre umfasst die Stratosphäre und Mesosphäre
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Strahlungskühlung der mittleren Atmosphäre durch CO2
• Während CO2 aufgrund des Treibhauseffekts zu einer Erwärmung der
Erdoberfläche führt, wirkt es in der Stratosphäre, Mesosphäre und
Thermosphäre als Strahlungskühler
• Erhöhte CO2-Mengen können
Atmosphärenschichten führen
daher
zu
einer
Abkühlung
Lässt sich dies beobachten?
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
dieser
Beobachtete Temperaturtrends in der Stratosphäre
• Satelliten- und bodenstützte Messungen zeigen Abkühlung der
Stratosphäre:
Randel et al. (2008)
•
Abkühlung in der unteren Stratosphäre wird bis Mitte der 1990er Jahre
maßgeblich durch stratosphärischen Ozonverlust verursacht
•
In der oberen Stratosphere (40 – 50 km) tragen Ozonabbau und erhöhte
Strahlungskühlung durch Treibhausgase zur Abkühlung bei
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Langzeittrends in der Mesosphäre
• Abkühlung der Mesosphäre gut dokumentiert durch Raketenmessungen,
bodengestützten- und Satellitenmessungen:
Umweltaktionstag EMAU, 5.6.2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Beig et al. (2003)
13
Langzeittrends in der Thermosphäre (400 / 550 km)
• Die Dichte der Thermosphäre kann
indirekt durch Messung des Luftwiderstands auf Satelliten bestimmt werden
• Abkühlung der mittleren und oberen
Atmosphäre führt zu Schrumpfung und
damit Abnahme der Dichte
• Verfolgung von > 5000 Satelliten seit
1967 zeigt eine systematische Abnahme
der Dichte in 400 km und 550 km Höhe
um 1 – 7 % /Dekade, abhängig von der
Sonnenaktivität
Emmert et al. (2008)
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Zusammenfassung
EMAU-Umweltaktionstag, 5. Juni 2013, Bedeutung von CO2 für Atmosphäre & Klima
Herunterladen
Explore flashcards