(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen

The Physical Science behind Climate Change
Leitner, J. J.
The Physical Science behind
Climate Change
William Collins, Robert Colman, James Haywood,
Martin R. Manning, Philip Mote
Scientific American, August 2007, p. 48-57
Mag. Leitner Johannes
Institute for Astronomy, University of Vienna
The Physical Science behind Climate Change
Hintergrund der Studie:
Paper basiert auf dem „Summary for Policymakers“
des IPCC – Intergovernmental Panel on Climate
Change (gleiche inhaltliche Struktur).
Februar 2007 veröffentlicht.
IPCC erhielt 2007 den Friedensnobelpreis für ihre
Arbeit (gleichanteilig wie Al Gore).
Der endgültige Report (Synthesis Report) wurde im November 2007 veröffentlicht.
Online unter http://www.ipcc.ch verfügbar.
Leitner, J. J.
The Physical Science behind Climate Change
Kernaussagen:
I.)
„Die Wissenschaftler sind heute mehr als je zuvor davon
überzeugt, dass die Menschen das Klima beeinflusst haben
und dass ein vom Menschen verursachter Klimawandel
gegenwärtig stattfindet.“
//.)
„Einige dieser Klimaveränderungen sind heute
unumkehrbar und unvermeidlich, aber die weitere Zukunft
liegt noch in unserer Hand. Die Größenordnung des
Klimawandels hängt von unseren Maßnahmen gegen die
Emission von Treibhausgasen ab.“
Leitner, J. J.
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4 Thematiken werden in dem Gutachten (und dem Paper) untersucht:
1) Was sind die treibenden Kräfte des Klimawandels?
2) Faktum - Beobachtete Veränderungen im Klimasystem.
3) Ursache und Wirkung – gibt es eine eindeutige Zuordnung?
4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen.
Leitner, J. J.
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Leitner, J. J.
(1) Was sind die treibenden Kräfte des Klimawandels:
Konzentration von atmosphärischen Gasen (alle Treibhausgase) I:
 CO2
 CH4 (Methan)
 N2O (Distickstoffmonoxid bzw. Lachgas)
 Halogenkohlenwasserstoffe (u.a. Treibgase oder Kältemittel, z.B.: FCKW)
Von Eis-Bohrkernmessungen wurde abgeleitet, dass die atmosphärische Konzentration
über fast 10,000 Jahre relativ konstant war und seit 200 Jahren rapide zunimmt.
Treibhausgas
Zunahme im Vgl. zum vorindustriellen Level
CO2
35 %
CH4
250 %
Halogenkohlenwasserstoffe
20 %
Rate der CO2-Zunahme heute höher als in jeder anderen Dekade seit dem Beginn
kontinuierlicher atmosphärischer Messungen (um 1950).
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(1) Was sind die treibenden Kräfte des Klimawandels:
Konzentration von atmosphärischen Gasen (alle Treibhausgase) II:
Radiative forcing:
Konzept, zur Beschreibung des Effekts der
erhöhten Gaskonzentrationen auf das Klima.
= Differenz im globalen Energiehaushalt,
heute und in vorindustriellen Zeiten.
+ forcing = Erwärmung
- forcing = Abkühlung
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(1) Was sind die treibenden Kräfte des Klimawandels:
Wer oder was trägt die Verantwortung für diese Zunahme I?
Für Halogenkohlenwasserstoffe gibt es keine natürlichen Quellen!
Grundsätzlich zeigen CO2, CH4, N2O eine markante geographische Konzentration
über dem Land und hierbei insbesondere auf der Nordhalbkugel.
Isotopenmessungen (erlauben eine Quellendifferenzierung) zeigen, dass der
Großteil der CO2-Zunahme im direkten Zusammenhang mit der Verbrennung
von fossilen Brennstoffen steht.
CH4, N2O sind ebenfalls Nebenerscheinungen von der Verwendung fossiler
Brennstoffe, aber insbesondere stehen sie auch im direkten Zusammenhang
mit der Landwirtschaft (Dünger).
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(1) Was sind die treibenden Kräfte des Klimawandels:
Wer oder was trägt die Verantwortung für diese Zunahme II?
Natürliche Ursachen:


Veränderungen in der Sonnenaktivität.
Vulkanische Eruptionen.
Eine Anmerkung bzgl. Sonnenaktivität:
 Seit Mitte des 20. Jh. befindet sich die Sonne in einer äußerst aktiven Phase
(doppelt so hohe Aktivität wie im langfristigen Mittel) und höher als jemals
zuvor in den letzten 1000 Jahren.
 Seit dem Ende der letzten Eiszeit war die Sonne selten so aktiv wie von den
1940er Jahren an bis heute.
 Erst 8000 Jahre in der Vergangenheit findet man eine vergleichbare Periode
wie in den letzten 60 Jahren.
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(1) Was sind die treibenden Kräfte des Klimawandels:
Wer oder was trägt die Verantwortung für diese Zunahme III?
Weitere vom Menschen verursachte forcing-Mechanismen/Einflüsse:
 Aerosole.
 Strato- und troposphärisches Ozon.
 Albedo der Oberfläche.
 Kondensstreifen von Flugzeugen.
 Etc.
Jedoch: Der Einfluss von vielen dieser Mechanismen ist bis heute noch
relativ unverstanden!
Bsp. Aerosole:
 Aerosole interagieren mit Wolken und machen diese heller
 reflektieren mehr Sonnenlicht zurück.
 Wie stark absorbieren und reflektieren Aerosole jedoch das Sonnenlicht?
 tragen sie zur Kühlung bei und in welchem Ausmaß? Stärker als die Erwärmung?
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(1) Was sind die treibenden Kräfte des Klimawandels:
Wer oder was trägt die Verantwortung für diese Zunahme IV?
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(1) Was sind die treibenden Kräfte des Klimawandels:
Wer oder was trägt die Verantwortung für diese Zunahme V?
Basierend auf zahlreichen Messungen und Simulationen:
Einfluss des vom Menschen verursachten forcing etwa 10 x so groß,
wie natürliche Ursachen.
Die Erde wird sich umso mehr
und umso schneller erwärmen,
je mehr die Emission von
Treibhausgasen zunimmt.
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(2) Faktum - Beobachtete Veränderungen im Klimasystem:
 11 der letzten 12 Jahre waren die Wärmsten seit Beginn der Aufzeichnungen (1850).
 Veränderungen der globalen Temperatur, des
Meeresspiegels und der Schneebedeckung
(insbesondere in der N-Hemisphäre) zeigen einen
eindeutigen Trend:
 Aktueller Wert des IPCC für die globale Erwärmung:
0.74 ± 0.18 °C (zw. 1906 und 2005),
wobei 1956-2005 allein: 0.65 ± 0.15 °C.
 Es gibt zahlreiche Rückkopplungsmechanismen und
Interaktionen zwischen globaler Temperatur, Niederschlag, Meeresspiegel, Eisdecke, Gletscher, Albedo,
Permafrostboden, etc., und nur ein geringer Teil ist bis
heute vollständig verstanden.
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(2) Faktum - Beobachtete Veränderungen im Klimasystem:
 Die Frühlings-Schneedecke, welche mit steigenden Frühlingstemperaturen in der
N-Hemisphäre immer geringer wird, erfuhr 1988 einen abrupten Rückgang und hält
sich seitdem auf einem niedrigen Niveau (zeigt Auswirkungen auf Bodenfeuchte,
Grundwasserhaushalt, etc.).
 Erhöhte Niederschlagsmengen wurde seit den 1980er Jahren in N- und S-Amerika,
N-Europa, N- und Zentralasien beobachtet. Austrocknung tritt seitdem verstärkt
in der Sahelzone, S-Afrika, Mittelmeerraum und S-Asien auf.
 Erwärmungstrends in Ozeanen nehmen mit der Tiefe ab (erwartet). Man vermutet,
dass die Ozeane gegenwärtig 80 % der zusätzlichen Wärme aufgenommen haben
 führt zum Ansteigen des Meeresspiegels (Polschmelze, thermische Expansion, etc.).
 Ansteigen des Meeresspiegels (zw. 1993 und 2003): 3.1 ± 0.8 mm
Rückgang arktisches Meereseis (seit 1973): 2.7 ± 0.6 % pro Dekade.
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(2) Faktum - Beobachtete Veränderungen im Klimasystem:
Leitner, J. J.
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(2) Faktum - Beobachtete Veränderungen im Klimasystem:
 Oberflächennahes Wasser der Ozeane wird in mittleren und hohen
Breitengraden erneuert während es in den tiefen Breitengraden immer salziger wird.
(konsistent mit Veränderungen in den globalen Niederschlagsverteilungen).
 Noch viele weitere Hinweise beobachtbar.
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(3) Ursache und Wirkung – gibt es eine eindeutige Zuordnung?
Ein positives forcing kann also unbestritten festgestellt werden, doch welche
Beweise gibt es, dass der Mensch wirklich der Verursacher ist?
IPCC Report, 2001: Menschen als Ursache „wahrscheinlich“, zu mehr als 66 %.
IPCC Report, 2007: Menschen als Ursache „sehr wahrscheinlich“, zu mehr als 90 %.
Dieser Zugewinn an Sicherheit resultiert aus:
 5 weiteren Jahren Beobachtungsmaterial, welches im Wesentlichen alte IPCC Prognosen
stützt (bzgl. globaler Temperaturerhöhung, die alte Prognosen sind hauptsächlich
auf Treibhausgas-Simulationen basierend).
 Wesentliche Verbesserungen bei den Klimamodellen:
-) Inkludierung von Effekten wie Aerosolen, Wolken, atmosphärischen Zirkulationszellen,
Transpiration der Vegetation, etc.
-) Zahlreiche Modelle, welche das historische und zukünftige Klima simulieren
und welche einander bestätigen.
 Klärung von Diskrepanzen zwischen Boden- und Ballonmessungen
(Effekt der Wärmeinseln).
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(3) Ursache und Wirkung – gibt es eine eindeutige Zuordnung?
Der menschliche Fingerabdruck kann durch 2 Sachverhalte gezeigt werden:
1)
Eine stärkere Erwärmung über dem Land im Vergleich zu den Ozeanen ist
nachgewiesen und ebenfalls eine stärkere Erwärmung des oberflächennahen Wassers
im Vergleich zum tiefen Ozean.
 Ein Großteil der Erwärmung wird durch die Ozeane aufgenommen
(welcher sich aber langsamer erwärmt).
2)
Die Troposphäre (niedriger) erwärmt sich, die Stratosphäre jedoch kühlt ab.
Wenn die erhöhte Sonnenaktivität die Ursache wäre, dann würde dies in einer
Erwärmung der gesamten Atmosphäre resultieren.
Rückkopplung: Zunahme von Treibhausgasen  Verringerung des stratosphärischen Ozons.
Anmerkung: Einfluss der kosmischen Strahlung bis dato nicht ausreichend verstanden.
Ebenfalls nicht die gegenwärtig stattfindende Umpolung des Erdmagnetfeldes.
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(3) Ursache und Wirkung – gibt es eine eindeutige Zuordnung?
Der menschliche Einfluss ist grundsätzlich auch in einzelnen, extremen Ereignissen
erkennbar (ausgesprochen kalte oder heiße Nächte, Hitzewellen, etc.).
Allerdings darf man dafür nicht ausschließlich den Klimawandel verantwortlich machen,
da es solche Events auch schon früher gab, und insbesondere, lokale und kurzfristige
Ereignisse äußerst komplex sind.
Der menschliche Einfluss auf das
Klima wird jedoch dazu führen, dass
solche extremen Events immer häufiger
auftreten.
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(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Auch wenn die Emissionen ausreichend reduziert werden um eine Stabilisierung des
Klimas zu erreichen, werden die Nachwirkungen uns noch Jahrhunderte begleiten.
Bei einem „plausiblen“ zukünftigen Emissionsgrad wird während der nächsten 20 Jahre
die globale Temperatur um etwa 0.2 °C pro Dekade steigen (vgl. zu den letzten 30 Jahren).
Für das 21. Jh. hängt die weitere Erwärmungsrate direkt von den Emissionen ab und
je nachdem ergeben sich eine Reihe von verschiedenen Szenarien.
Eine Erhöhung zwischen 1.8 und 4.0 °C für das 21. Jh. lässt sich aus den
Modellrechnungen ableiten.
Problem: Je wärmer der Planet wird, desto ineffektiver wird die Bindung von CO2
durch natürliche Prozesse im Boden und in den Ozeanen.
 Ein höherer Emissionsgrad würde den Klimawandel noch zusätzlich beschleunigen.
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(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Das zu erwartende Ansteigen des Meeresspiegels im 21. Jh. wird etwa 30-40 cm betragen
(wobei dies zu 60 % aufgrund von thermischer Expansion passiert).
Eine Beschleunigung der Eisschmelze ist in diesen Modellen nicht inkludiert (speziell nicht
Grönland und Arktis, würde etwa weitere 10-20 cm beitragen).
Die gravierendsten Auswirkungen
werden in den Polregionen spürbar
sein.
In hohen Breitengraden wird
die Temperatur am stärksten
zunehmen.
Niedrigere Breitengrade
werden mehr Hitzewellen und
stärkere Hurrikans und Typhons
erfahren.
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(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Leitner, J. J.
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(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Zentral- und Südamerika:
-) Trop. Regenwald  Savannen
-) Artensterben in Regenwäldern
-) Verlust von fruchtbaren Land
-) Gefahr von Überflutungen in
tiefgelegenen Gebieten
-) Absterben der Korallenriffe
-) Verminderte
Fischfangausbeute
-) Trinkwassermangel
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(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Nordamerika:
-) im W: reduzierte Schneedecken,
Überflutungen
-) Längere Phase erhöhter
Brandgefahr (Wälder)
-) Ernteausfälle durch
Wasserknappheit möglich
-) erhöhte Anzahl und Intensität
von Hitzewellen
-) in Küstengebieten erhöhtes
Risiko verschiedener
Umweltkatastrophen
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(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Polarregionen:
-) Ausdünnung de Eises und
Abschmelzen
-) Veränderungen im arktischen
Seeeis-Level und der Tiefe der
Permafrostböden (Auftauen in
größere Tiefen)
-) Ökosystem wird sich gravierend
verändern!
+) Verringerung der Heizkosten
und neue Schifffahrtsrouten
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(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Australien/Neuseeland:
-) Wasserknappheit
-) weiterer Verlust von
Biodiversität
-) erhöhte Sturmgefahr und
Überflutungen (durch Steigen des
Meeresspiegels)
+) Neuseeland: erhöhte
landwirtschaftl. Produktion,
weniger Frost (anfänglich, bis etwa
2030)
-) erhöhte Brandgefahr
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(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Asien:
-) Überflutungen,
Gletscherschmelzen, Muren, etc.
-) Wasserknappheit
-) Ernteausfälle und hohes
Bevölkerungswachstum 
Hungersnöte
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(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Europa:
-) Überflutungen
-) im S: mehr Hitzewellen,
Wasserknappheit, Energieknappheit
(wegen Wassermangel), Ernteausfälle
-) Zentralregionen: Hitzewellen,
Niederschlagsknappheit, erhöhte
Brandgefahr
+) N: geringere Heizkosten, bessere
Ernten, Waldwachstum
Leitner, J. J.
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Leitner, J. J.
(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Afrika:
-) Wassermangel (ab 2020 statt 75
Mio. unterversorgt, dann 250 Mio.
Menschen)
-) Ernteausfälle, Verlust von
fruchtbaren Land
-) geringere Fischfangausbeute in
großen Seen
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Leitner, J. J.
(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Kleine Inseln:
-) Steigen des Meeresspiegels 
Überflutungen
-) ab 2050 Wasserknappheit
-) Zerstörung der
Küsteninfrastruktur (
Auswirkungen auf Tourismus)
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Leitner, J. J.
(4) Projektionen zukünftiger Auswirkungen:
Bis heute ist unser Wissen um die Komplexität und um
mögliche Rückkopplungsmech. nicht ausreichend und es
verbleiben große Unsicherheiten bezüglich zukünftiger
Szenarien.
Dennoch, Pflanzen, Tiere und wir Menschen müssen mit
den Auswirkungen des eingesetzten
Klimawandels für die nächsten 1000 Jahre leben.
The Physical Science behind Climate Change
Danke für die
Aufmerksamkeit
Leitner, J. J.