Rekonstruktion der Temperatur der letzten 50.000 Jahre
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Globaler Klimawandel und seine regionalen Folgen Teil I Geographieseminar Klimawandel am St. Benno Gymnasium 08.05.2008 Aktuelle Wetterlage Klimageschichte Klimafaktoren Klimaschraube CO2 08.05.2008 Hochdruckgebiet von Südskandinavien bis ins westliche Mittelmeer 08.05.2008 Aktuelle Wetterlage: Hoch MARCO seit einer Woche stabil „Omegalage“ lässt sonnige Pfingsten erwarten Quelle: DWD OMEGA-Lage am 27.04.2007 April 2007 Omegalage April 2008 Vb-Zugbahnen Quelle: http://www.bernd-hussing.de/klima.htm Klimageschichte oder „Was bedeuten 1, 2, 3…6 Grad Erwärmung?“ Diagnostizierte und projizierte globale Temperaturtrends Änderung im 20. bzw. 21. Jahrhundert Diagnose 1900-2000 Projektion 2000- 2100 0,7 K 1,1 – 6,4 K Quellen: IPCC, DWD, DMG, LfUG Die 10 wärmsten Jahre zwischen 1850 – 2005 Referenztemperatur: Mittlere Globaltemperatur zwischen 1850 - 2003 Quelle: National Climatic Data Center Eine globale Erwärmung um 1…6 Grad Celsius – Was bedeutet das?? dazu ein Blick zurück in die Klimageschichte: 5 Millionen Jahre - Die THC setzt ein 400 Tausend Jahre - Die Milankovichzyklen 50 Tausend Jahre - Die letzte Eiszeit 10 Tausend Jahre - Warmzeit mit ungewöhnlich stabilen Klima Rekonstruktion des mittleren Temperatur- und Niederschlagsverlaufs der Erde seit 3,8 Milliarden Jahre E = Eiszeitalter E (unterstrichen) = Eiszeitalter mit Eisbildungen an beiden geografischen Polen W = eisfreies Warmklima Zusammensetzung der wasserdampflosen, reinen Atmosphäre nahe dem Meeresniveau Bestandteil Vol.% Stickstoff (N2) 78,084 Sauerstoff (O2) 20,948 Argon (Ar) 0,934 Kohlendioxyd (CO2) 0,03 (variabel) Neon (Ne) 0,001818 Wasserstoff (H2) 0,001-0,00005 Methan (CH4) 0,0002 Helium (He) 0,00052 Krypton (Kr) 0,000114 Schwefeldioxyd (SO2) 0,0001 (variabel) Distickstoffoxyd (N2O) 0,000 05 Xenon (Xe) 0,000 0087 Ammoniak (NH3) 0,000 0026 Ozon (O3) 0,000 002 (variabel) Die Wandlung der Erdatmosphäre von einer N2/ CO2 zu einer N2/ O2 - Atmosphäre Rekonstruktion des mittleren Temperaturverlaufs während der letzten 540 Millionen Jahre Kontinentaldrift 300 – 50 Mill. a vh 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 World Data Center for Paleoclimatology, Boulder and NO AA Paleoclimatology Program Pearson, P.N. and M.R. Palmer, 2003 Millionen Jahre vor heute 0,09 1,49 3,31 6 9,02 11,4 13,1 15 16,7 19,9 23 40,1 44,3 46,1 50,3 52,2 55,8 Max 23 Mill Jahre: 341 ppm 59,9 CO2-Konzentration (ppm) Rekonstruktion der CO2-Konzentration 85.000 Jahre - 60 Millionen Jahre vor heute Schließung der mittelamerikanischen Landbrücke von vor 13 Mill. bis 2,7 Mill. Jahren Das große marine Förderband (Termohaline Zirkulation THC) Änderungen der globalen Mitteltemperatur letzten 5 Millionen Jahre Vorfahre der Hominiden Rekonstruktion des mittleren Verlaufs der atmosphärischen Temperaturänderung in Europa und der CO2-Konzentration während der letzten 400.000 Jahre Entwicklung der globalen Lufttemperatur in den letzten 150.000 Jahre Temperaturänderungen in Grönland (Eisbohrkerne) gegenüber dem heutigen Mittelwert während der letzten 50.000 Jahre Homo sapiens besiedelt Europa Neandertaler verschwindet Rekonstruktion der Atmosphärentemperatur über Grönland der letzten 50.000 Jahre (Dansgaard-Oeschger-Ereignisse, Heinrich-Ereignisse) Die drei möglichen Strömungszustände des Atlantik während der letzten Eiszeit und heute Drei unterschiedliche Strömungszustände: Strömung nicht mehr vorhanden Strömung hört schon südlich von Island auf Nordantlantikstrom wie im heutigen Klima Eigenschaften der DansgaardOeschger-Ereignisse Abstände zwischen 2 DO-Ereignissen beträgt ~1500 Jahre, teilweise auch das doppelte oder dreifache Zeitentwicklung verläuft in 3 Phasen: Abrupte Erwärmung Stufenweises Abkühlen Schnelles Zurückspringen in den kalten Zustand Räumliche Entwicklung geschieht im Nordatlantik Eiskappe auf dem nordamerikanischen Kontinent Man erkennt, dass gerade ein Teil des Eises nach Osten in die Labradorsee abgerutscht ist. Solche Heinrich-Ereignisse traten während der letzten Eiszeit mehrfach auf Heinrich-Ereignisse gegen Ende der glazialen Zeit Stabilität glaziales Klima <=> modernes Klima Glaziale Klima schwankt zwischen interglazialem und voll glazialem Zustand, es durchläuft wegen der Parameterbreite viele Zwischenzustände Modernes Klima ist unsensibel auf den „Auslösenden-Zyklus“ es gibt keine wahrnehmbare Salzigkeitsänderung und damit ist das moderne Klima stabiler Das Klima der Gegenwart befindet sich in einem erdgeschichtlich unvergleichbaren Regelkreis Entwicklung der globalen Lufttemperatur letzte 10.000 Jahre Tagesschau Dezember 2006 Das Erdklima unterlag schon immer heftigen Schwankungen. Erst der Treibhauseffekt hat unseren Planeten bewohnbar gemacht. Den gegenwärtigen Klimawandel kann also die Erde auf die leichte Schulter nehmen. Die Menschen können das nicht. Klimafaktoren Klimafaktoren Externe Faktoren: • Erdbahnparameter (Exzentrizität, Obliquität, Präzession – Milankovitch) • Tektonische Prozesse (Kontinentaldrift, Vulkane, Gebirgsbildung) • Sonne (Zyklen, Zunahme 25 – 30 % in 4 Mrd. a) Interne Faktoren: • Ozeane (CO2-Senke, Meereszirkulationen: Auftriebsgebiete, Nordatlantikstrom (THC), El Nino, PDC, H, D/O …) • Atmosphärische Zirkulationen (NAO, AAO, ENSO …) • Albedo (Eisfläche, Vegetationsfläche, planetare Albedo) • C-Kreislauf (Karbonat-Silikat-Verwitterung) • Vegetation / Boden (CO2-Senke, Albedo, CH4, …) • Wolkenbildung • Wasserdampfgehalt der Atmosphäre Anthropogen beeinflusste Faktoren: • THG (fossile Brennstoffe, Massentierhaltung, Reisanbau, …) • Aerosole (Meerwasseremissivität, Global Dimming, Sulfate, Ruß …) • Zufall / Unbekanntes / Rückkopplungseffekte / Wechselwirkungen Die wichtigsten Erdbahnparameter und ihre Zyklen in den letzten 1000 Mill. Jahren Quelle: Zachos, J., M. Pagani, L. Sloan, E. Thomas and K. Billups (2001): Trends, Rhythms, and Aberrations in Global Climate 65 Ma to Present, Science 292, 686-693 Tektonik Kontinentaldrift Äquatornahe Vulkane Gebirgsbildung Subduktion Der „lange Atem“ der Erde Die „biologische Pumpe“ im Kohlenstoffkreislauf Karbonatverwitterung CaCO3 + CO2 + H2O => Ca2+ + 2HCO3- => CaCO3 + CO2 + H2O (Zooplankton lagert in Sedimenten ein; z.B. Kreidefelsen von Dover und Rügen) Silikatverwitterung CaSiO3 + 2CO2 + 2H2O => … => CaCO3 + SiO2.H2O + CO2 + H2O ( Kieselalgen lagern sich im Meeressediment ab) 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 World Data Center for Paleoclimatology, Boulder and NO AA Paleoclimatology Program Pearson, P.N. and M.R. Palmer, 2003 Millionen Jahre vor heute 0,09 1,49 3,31 6 9,02 11,4 13,1 15 16,7 19,9 23 40,1 44,3 46,1 50,3 52,2 55,8 Max 23 Mill Jahre: 341 ppm 59,9 CO2-Konzentration (ppm) Rekonstruktion der CO2-Konzentration 85.000 Jahre - 60 Millionen Jahre vor heute Versuch der Darstellung der für den Klimawandel mitverantwortlichen Antriebs- und Schwankungseinflüsse nach aktuellem Wissensstand Dargestellt sind von oben nach unten: prähistorisch-historische Zeitskala von Mitteleuropa, die solare Einstrahlungsintensität, die Perioden höherer und schwächerer Solaraktivität, die stärksten tropischen Vulkanexplosionen die Mittelkurve der globalen CO2-Konzentration Klimafaktor Sonne Maskierung des anthropogenen Anteils am Klimawandel bis ca. 1980 durch die natürlichen Faktoren Globaler Strahlungsantrieb zu Beginn des 21. Jahrhunderts Einflussfaktoren (Strahlungsantriebe) auf das globale Klima 7% Anthropogen (Mensch) Sonne 93 % Gegenwart weitere Einflussfaktoren wurden in diese Darstellung nicht integriert Quelle: IPCC, 2007 Klimafaktor Ozean Meereszirkulation THG – Pool Meerwasseremissivität NHK Dämpfung der Erwärmung Europa Nordamerika SHK zusätzliche Erwärmung Australien, Südamerika Südafrika +2K Pentagon-Studie, 2003 Flannery, 2006 Max-Planck-Institut Hamburg Ozean – Atmosphäre – System im Pazifik neutraler Zustand El Nino Ereignis Beispiele der Auswirkungen eines El Nino-Ereignisses CO2 - Stellschraube für unser Klima Treibhausgas CO2 Die Menschheit verbrennt derzeit jährlich etwa so viel fossile Brennstoffe, wie sich in einer Million Jahre gebildet haben. Noch verbleiben nur knapp die Hälfte des dabei freigesetzten CO2 in der Atmosphäre. Beitrag zum natürlichen Treibhauseffekt Temperaturerhöhung in°C 25 20,6 Globales Mittel der LT mit THG: 15 °C 20 Globales Mittel der LT ohne THG: -18 °C 15 10 7,2 5 2,4 1,4 0,8 0,6 N2O CH4 andere 0 H2O CO2 O3 Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt 100 2 % des natürlichen TH-Effekts: + 0,7 K Beitrag in% 80 64 60 40 19 20 10 4 3 N2O FCKW-11 0 CO2 CH4 andere Fakt ist: C-Senken Ozean und Biosphäre weisen gegenwärtig Tendenzen der Erschöpfung auf Scripps Institution of Oceanography - Monitoring sites University of California, USA Barrow, Alaska, U.S.A. On the coast of the Arctic Ocean 71°19' N, 156°36' W, 11 m above MSL Mauna Loa, Hawaii, U.S.A. Barren lava field of an active volcano 19°32' N, 155°35' W, 3397 m above MSL South Pole, Antarctica Ice- and snow-covered plateau 89°59' S, 24°48' W, 2810 m above MSL Von Anfang der 1960er Jahre zu heute hat sich der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre pro Jahr beschleunigt Jährliche Anstiegsrate der CO2-Konzentration in der Atmosphäre 1960 - 2006 (Mauna Loa) 4 3,5 2,5 2 1,5 1 0,5 Jahr 2006 2004 2002 2000 1998 1996 1994 1992 1990 1988 1986 1984 1982 1980 1978 1976 1974 1972 1970 1968 1966 1964 1962 0 1960 Anstiegsrate CO2-Konz. [ppm/a] 3 Wichtigste Prämisse der Anpassung an die Klimafolgen Das 2 K Ziel !!! Anpassung an Klimafolgen setzt konsequenten Klimaschutz voraus um in einem Erwärmungsbereich zu bleiben, indem Anpassung überhaupt noch möglich ist. Ambitioniert, aber notwendig: Das 2K-Ziel der EU Um das 2K-Ziel einzuhalten ist die Stabilisierung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre bei ca. 450 ppm erforderlich. Aktueller Stand: über 380 ppm Zielstellung und Wirklichkeit Kyoto: Reduktion THG-Emission bis 2012 - 5,2% (EU 8%) … aktuelle Zunahme um + 30% … zu erwartende Zunahme um ca. + 50%
