Weitere Zyklen

PALÄOKLIMA
Das Klima der Vergangenheit
Augusto Mangini
Forschungsstelle „Radiometrie“
Heidelberger Akademie der Wissenschaften
Temperaturschwankungen?
Ursachen?
Datierung
Klimaarchive
Information
1) Marine Sedimente
2) Eisbohrkerne
3) Stalagmiten
Weitere Zyklen
Während der Eiszeiten war die mittlere Temperatur der Erdoberfläche
bis zu 8°C niedriger
heute
Ein Bohrkern aus dem
Mittelmeer mit fünf deutlich
sichtbaren Sapropelen
Vor 150.000 Jahren
Bohrkerne von Tiefseesediment
Woraus besteht ein Tiefseesediment?
Kontinentalen Detritus
Biogene Komponenten
Authigene Komponente
Feinstaub (Tone)
1 – 100 %
Corg
0,1 - 10 %
Karbonatschalen CaCO3
0 – 100%
Silikatschalen
0 – 30 %
z.B. Mn- Knollen
SiO2
x%
Foraminiferen
18O/16O
0‰
-40‰


18
δ O := 



500µm
( )
( )
= 1/500


Pr obe
− 1 ⋅1000 [‰]

18
O

16
O Re ferenz 
18
O
16
O
Die Abfolge von Warm- und Kaltzeiten
Warmzeiten
Eiszeiten
Man erkennt eine Abfolge von Warmund Kaltzeiten. Der Meerespiegel variiert
um etwa 120 m.
Was ist die Ursache für die Periodizität ?
Was ist die Ursache für diese Periodizität?
Milutin Milankovic
(1878-1958)
560
Einstrahlung in July
auf 65°N
540
W/m2
520
500
480
460
440
420
0
50
100
150
200
250
Alter [kyr]
300
350
400
450
65°N
Juli Insolation
Marine
Sedimente
Sedimente
Insolation 65°N
Was ist aber die Ursache für den 100 kyr Zyklus ?
!
Wir verstehen die Ursachen für die 100.000 Jahre Periodizität
noch nicht!
R.A. Mueller and G.J. MacDonald, Springer Verlag 2000
Das Klima des Holozäns
Es gibt aber auch Klimaschwankungen im Holozän
Aktuelles Interstadial : Holozän (Beginn vor 11.000 Jahren)
Diese sind aber Schwankungen der Wintertemperatur, nicht der globalen Temperatur
Speläotheme
DFG Forschergruppe DAPHNE
Zielsetzung: Klimainformation
Formation of speleothems
1) Stalagmites grow in Winter
2) Growth rates 10-200 µm/year
3) Traces of U from soil in drip water
4) The isotope composition of oxygen
varies with temperature and drip rate
5) Isotope processes happen also
in the soil and in the atmosphere
Die Information aus den Stabilen Isotopen:
CaCO3 besteht aus O - und C - Atomen
Isotopen:
16O
1000
und 18O
:
2
und
12C
und 13C
1000 :
11
Isotopenverhältnisse kann man sehr genau bestimmen (10-5)!
Kleine Probenmengen (10-6 g) erforderlich
Measurement of Isotopes
of Uranium and Thorium
1 age/ day
Ziel: Isotopensignal in Stalagmiten als Temperatur- und Niederschlagproxy
8
6
4
2
0
-8,6
black: COMNISPA
-8,4
δ18O
Warm, feucht
-8,0
-7,8
-7,6
-7,4
delta 18O [‰]
-8,2
-7,2
-7,0
8
Vor 9.000 Jahren
6
4
cal. Age B.P. [kyr]
2
0
Heute
Kalt, trocken
Location of the stalagmite samples
ITCZ
COMNISPA: a climate reconstruction over the last 9,000 years
8
6
4
2
0
-20
-15
r=0.71
-10
HSG [%]
-8,4
-8,2
-5
-8,0
0
-7,8
5
-7,6
-7,4
10
-7,2
15
more
warmer
red: HSG detrended, tuned
-7,0
20
8
6
4
2
0
cal. Age B.P. [kyr]
HSG: Hematite Stained Grains
in marine sediments
Is a record of Icebergs in the N. Atlantic
(Bond et al., 2001)
COMNISPA is not a local signal!
(Mangini et al., 2007)
delta 18O [‰]
less
-8,6
black: COMNISPA
colder
winters
Die Pfeile markieren Zeiten wenn N. Europa wärmere und feuchtere
Winter hatte
8
6
4
2
0
-20
-15
-8,0
0
-7,8
5
-7,6
-7,4
10
-7,2
red: HSG detrended, tuned
-7,0
20
8
6
4
cal. Age B.P. [kyr]
Warum?
2
0
delta 18O [‰]
-8,2
-5
15
Warm
-8,4
r=0.71
-10
HSG [%]
-8,6
black: COMNISPA
Kalt
Das einfachste Klimamodell
Wärme
Oberfläche (50 -75 m)
(hohe Wärmekapazität)
Ozean
Land
(geringe Wärmekapazität)
Der Wind transferiert in Winter die Wärme vom
Ozean zum Land.
Die Wintertemperatur der Kontinente wird durch den Wärmetransfer bestimmt
Verlagerungen der Temperaturen während La Niña Ereignisse
NAO
Schönwiese (2003): Klimatologie, S. 200
+humid
warm
NAO+
Warm+humid
humid
warm
cool
humid
Alle diese Archive zeigen den gleichen Gang!
18 non tree rings
archives
(Loehle, 2007)
temperature deviation °C
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Die Variabilität der Winter!
-0,2
-0,4
95% CI
-0,6
-0,8
-1,0
0
500
1000
year
1500
2000
Die Pfeile markieren Zeiten wenn N. Europa wärmere und feuchtere
Winter hatte
8
6
4
2
0
-20
-15
Warm
-8,4
r=0.71
-10
-8,2
-5
-8,0
0
-7,8
5
-7,6
-7,4
10
delta 18O [‰]
HSG [%]
-8,6
black: COMNISPA
-7,2
15
red: HSG detrended, tuned
-7,0
20
8
6
4
2
0
cal. Age B.P. [kyr]
Die Wintertemperatur N. Europas wird durch den Wärmetransfer bestimmt
Diese Phasen werden wahrscheinlich von der Sonne moduliert. Aber wie?
Kalt
Clear relationship between precipitation and the intensity of
the Sun in Oman
Sun
Precipitation
Neff et al.,
2001, Nature
!
Wir verstehen die Ursachen für die Klimaschwankungen während
der letzten 10.000 Jahre (Holozän) auch noch nicht!
TROIA
1,000 B.P.
2,000 B.P.
3,000 B.P.
4,000 B.P.
5,000 B.P.
(Korfmann, 2006)
Wichtige Siedlungsphasen in Troia in feuchteren und wärmeren Klimaphasen!
8
6
4
2
0
-8,6
COMNISPA
-8,4
-8,0
-7,8
-7,6
-7,4
delta 18O [‰]
-8,2 heute
-7,2
TROIA-PHASEN
I- III
VI
VIII IX
X
-7,0
8
6
4
2
0
cal. Age B.P. [kyr]
(Mangini, 2007)
Wir sehen in den Stalagmiten den WÄRME-TRANSFER vom Ozean zum
LAND während des Winters
Wir sehen in den Stalagmiten den WÄRME-TRANSFER vom Ozean zum
LAND während des Winters
Diese Phasen haben auch in der Vergangenheit das Leben unserer Vorfahren
beträchtlich beeinflusst
Wir sehen in den Stalagmiten den WÄRME-TRANSFER vom Ozean zum
LAND während des Winters
Diese Phasen haben auch in der Vergangenheit das Leben unserer Vorfahren
beträchtlich beeinflusst.
Die Temperatur der Kontinente wird vom Wärmetransfer beeinflusst
Wir sehen in den Stalagmiten den WÄRME-TRANSFER vom Ozean zum
LAND während des Winters
Diese Phasen haben auch in der Vergangenheit das Leben unserer Vorfahren
beträchtlich beeinflusst.
Die Temperatur der Kontinente wird vom Wärmetransfer beeinflusst
Die Intensität der Sonne hat einen Einfluss auf den Wärmetransfer
Average of 18 archives
IPCC
1,0
temperature deviation °C
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
-0,2
-0,4
95% CI
-0,6
-0,8
-1,0
0
500
1000
1500
2000
year
Wintersignale
Sommersignale
Temp. Index
1) Die Winter haben eine grössere Variabilität als die Sommer
2) IPCC vergleicht Sommersignale der Vergangenheit mit rezenten Temperaturdaten
Die letzten 130 Jahre
∆Τ= >0.8°C
Die globale Temperatur als Mittelwert von Land und Ozean Temperatur
Kontinente
Ozean
Aber die Kontinente haben eine sehr viel grössere Variabilität als der Ozean
Phasen von mehr Wärmetransfer auf die Kontinente
∆T=1.1°C
0.4°C
Nur die Erwärmung des Ozeans entspricht der Erwärmung der Erde!
Average of 18 archives
IPCC
1,0
temperature deviation °C
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
-0,2
-0,4
95% CI
-0,6
-0,8
-1,0
0
500
1000
1500
2000
year
Wintersignale
Sommersignale
Index
DIE PAZIFISCHE DEKADISCHE OSZILLATION (PDO)
°C
Warmer Zustand
Kalter Zustand
Zunahme der Land Temperatur
während PDO Warmphasen
PDO warm
PDO warm
Die Temperatur der Kontinente wird vom Wärmetransfer beeinflusst und
zeigt starke Schwankungen auf.
Die letzten 20 Jahre waren vom starken Wärmetransfer gekennzeichnet
∆Τ= >0.8°C
Die Kurve der globalen Temperatur beinhaltet die kontinentalen Schwankungen!
How sensitivity is being derived
Temperature reconstructions
Forcings
Der WÄRME-TRANSFER vom Ozean zum LAND während des Winters hat
deutlich variiert
Diese Schwankungen haben in der Vergangenheit das Leben unserer Vorfahren
beträchtlich beeinflusst.
Die Temperatur der Kontinente wird vom Wärmetransfer beeinflusst
Die Intensität der Sonne scheint den Wärmetransfer zu beeinflüssen
Die Temperatur des Ozeans zeichnet die Erderwärmung auf
Erwärmung des Ozeans durch den erhöhten Strahlungsantrieb
Murphy et al., 2009
Erwärmung des Ozeans durch den erhöhten Strahlungsantrieb
∆ Energie im Ozean
4 .1022J
70m
16 .1022 J
Ozean
700m
Oberer Ozean
290
288
286
284
Reihe1
282
Reihe2
280
278
276
274
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41
Murphy et al., 2009
Trenberth, 2010
Zusammenfassung
---Auf den Kontinenten gab es beträchtliche Temperaturzyklen.
Sie beruhen auf Phasen mit unterschiedlichem Wärmetransfer
---Die Erwärmung des Ozeans während der letzten 50 Jahre maximal 0,4°C.
Zusammenfassung
Der Ozean zeigt eine deutliche Erwärmung während der letzten 50 Jahre
Diese Erwärmung resultiert aus dem erhöhten Strahlungsantrieb durch GHG
Der zukunftige Anstieg der GHG wird die Erde weiterhin erwärmen
Eine Verdopplung des CO2 dürfte eine Erwärmung unter 2°C verursachen.
Das einfachste Klimamodell
Solare Einstrahlung
342 W/m2
dTs/dt * Cs = Input - Output
ALBEDO
LW ~T4
24%
SW
6%
Treibhaus Effekt
36%
Oberer Ozean (75 m)
(mit Wärmekapazität)
Ozean
Schwierigkeiten der Milankovic-Hypothese
1) das 100 kyr Problem. Das Eisvolumen während de
letzten 1 Myr wird durch eine 100 kyr Oszillation dominiert.
Nach dem Standard Modell sollten es nur 41 und 24, 22, 19 kyr sein.
2) Während Stadium 1 und Stadium 11 große Eisvolumen
Schwankungen trotz kleiner Änderungen der Einstrahlung.
3) Das Timing Problem. Erwärmungen erfolgten auch während
Einstrahlungsminima.
4) Unsplit Peak Problem. Man sollte die Perioden 95, 125 kyr sehen,
sieht aber nur 100 kyr Perioden.
5) Das Fehlen der 400 kyr Periodizität.
6) Der Übergang von 41 kyr zu 100 kyr vor 1 Myr.