Die Bedeutung des CO2 für Atmosphäre und Klima
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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
