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Polares Eis - Archiv für das Klima der Vergangenheit und Indikator für die Zukunft Hans Oerter Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtzgemeinschaft, Bremerhaven Ein kurzer Blick in eisige Landschaften. Wo und wie bohrt man Eiskerne ? Was lernen wir aus den Eiskernen über das Klima der Vergangenheit ? Was erwartet uns in der Zukunft ? 2 Alpine Gletscher Indikator für Klimaveränderung foto: hans oerter, 2010 Hintereisferner, Ötztaler Alpen 2010 3 Beispiel Vernagtferner/Ötztaler Alpen Postkarte um 1910 Aufnahme September 2010 um 1980 um 1930 Photochromiekarte No. 13503, München: Purger & Co. (um 1910) Photo: Hans Oerter, 11. September 2010 4 foto: hans oerter, 1998 Grönländisches Inlandeis Indikator für Klimaveränderung 5 Die Abbildung zeigt die Fläche des Grönländischen Eisschildes auf der, in der Zeit von 1979-2008, Eisschmelze auftrat. Die Fläche wurde aus Satellitenbildern abgeleitet. Zwischen 33 and 55% des gesamten Eismassenverlustes des Grönländischen Eisschildes stammt von der Eismenge, die an der Oberfläche schmilzt und abfließt. Die Fläche mit Eisschmelze nahm zwischen 1979 und 2008 um etwa 30% zu. Die beiden Extremjahre waren 2007, mit der maximalen Flächenausdehnung und 1992, mit der minimalen Ausdehnung. Aus Modellrechnungen und Satellitenbeobachtung ergab sich für 2007, dass die Fläche mit oberflächigem Schmelzen etwa 50% der gesamten Oberfläche des Grönländischen Eisschildes entsprach. Quelle: NSIDC/Steffen et al. 2008. 1050 km 2670 km Schmelzen des Grönländischen Inlandeises 6 foto: hans oerter, 2010 Arktisches Meereis Indikator für Klimaveränderung 7 Nordpol 60° N Arktis - Sommer Arktis - Winter + Nordpol Quelle: www.iup.physik.uni-bremen.de + 60° N 8 foto: hans oerter Antarktisches Meereis 9 + Rossmeer Rossmeer 60° S Weddellmeer Südpol + Rossmeer Quelle: www.iup.physik.uni-bremen.de Südpol Antarktis - Sommer Weddellmeer Antarktis - Winter www.iup.physik.uni-bremen.de Meereisausdehnung Antarktis 60° S 10 Arktis Die Polarregionen: und Antarktis 60° N 60° S Neumayer-Station Kohnen-Station Nordpol Südpol Dome C Nürnberg Meer von Land umgeben Nordpol liegt im Meer Google Earth, 2010 Bremerhaven Google Earth, 2010 Grönland Land von Meer umgeben Südpol liegt auf eisbedecktem Kontinent (ca. 2830 m ü.M.) 11 Arktis Die Polarregionen: und Antarktis 60° N 60° S Neumayer-Station Kohnen-Station Nordpol Südpol Dome C Nürnberg oerter 2008 Meer von Land umgeben Nordpol liegt im Meer oerter 1990 Google Earth, 2010 Bremerhaven Google Earth, 2010 Grönland Land von Meer umgeben Südpol liegt auf eisbedecktem Kontinent (ca. 2830 m ü.M.) 12 foto: hans oerter, 2006 Wo und wie bohrt man Eiskerne ? 13 fotos: hans oerter Ein Eisschild baut sich aus über einander liegenden Jahresschichten auf. 14 Akkumulation Inlandeis/ Eisschild Schmelzen Ablation Eisberg - kalben Tafeleisberge Schelfeis Meer Fels 500 - 1000 km Eisfließlinie subglaziales Schmelzen ca. 2000 km Ablationsgebiet Meer 100 - 700 km Akkumulationsgebiet grafik: h. oerter, 2009 Summit Eismächtigkeit Schneezutrag Antarktis Maximal: 4775 m Grönland Mittel: 2078 m typisch für Aufsetzlinie Gleichgewichtslinie Maximal: 3080 m Mittel: 1667 m Eismächtigkeit Schematischer Querschnitt durch einen Eisschild 15 Antarktische Halbinsel Tiefe Eisbohrkerne in der Antarktis European Project for Ice Core Drilling in Antarctica (EPICA) EPICA-DML, 2774m, >250 ka Weddellmeer Kohnen JARE 3029m, >700 ka ? Dyer Pl. Dome F B15 Berkner Is. Südpol Siple St. China, geplant Dome A Russia,F, US 3700m, 420 ka Vostok Byrd EPICA-DC, 3270m, 790 ka Siple D. Dome C Haupteisscheide der Ostantarktis Law Dome Taylor D. Rossmeer Talos D. layout: w. rack, h. oerter, AWI 16 68°S 10° W 0° Kohnen 10°E Südpol SANAE III r e e m l l e Neumayer d d e EkströmW schelfeis Nowolaserewskaja SANAE IV 70°S lya L0 5 efr on tf. Kohnen Kohnen im 76°S He 25 00 2000 1500 10 00 50 0 Traversenrouten: 74°S Amundsenisen km 0 20°W Meer 3000 We ge ne ris en DM Hall ey 30°W Schelfeis 72°S 00 30 Bruntschelfeis 74°S 200 0 25 00 Troll . pf u dr . wa Kir he Kottas Camp Wasa Dome C 1000 nv lfe is Rit Sc Riiser- Larsen- 72°S 1500 er v S U. . H erf h c s 70°S 500 Jutulstraumen European Project for Ice Core Drilling in Antarctica (EPICA) Dronning-Maud-Land 10° W Inlandeis, gegründetes Eis Großbritannien Schweden 0° 2000 500 10°E Höhenlinie Aufsetzlinie Deutschland Norwegen 17 Foto: Ude Cieluch, Alfred-Wegener-Institut, 2009 Luftaufnahme der Neumayer-Station III, im Hintergrund die Atka-Bucht. 18 Dronning-Maud-Land 10° W SANAE III r e e m l l e Neumayer d d e EkströmW schelfeis Nowolaserewskaja SANAE IV 70°S erf h c s 74°S L0 5 efr on tf. Kohnen Kohnen im 76°S 2000 25 00 km 10° W Inlandeis, gegründetes Eis Großbritannien Schweden 0° 2000 500 10°E Höhenlinie Aufsetzlinie Deutschland Norwegen fotos: hans oerter He 1500 10 00 50 0 00 30 Traversenrouten: 3000 We ge ne ris en 0 Schelfeis 72°S Amundsenisen 20°W Meer 200 0 25 00 Troll . pf u dr DM Hall ey 30°W 1000 . wa Kir he Sc Riiser- Larsen- Kottas Camp Wasa Bruntschelfeis 74°S 1500 nv lfe is Rit 70°S 500 er v S U. . H lya 72°S 10°E Jutulstraumen 68°S 0° 19 m Kohnen-Station foto: hans oerter, 2006 Zu Bo hr en 75°S, 0 °E, 2882 m 20 Werkstatt Lager Generator Schneeschmelze 2 Schlafräume á 4 Pers. Sanitärcontainer Messe Küche Funk, PC, e-mail 21 foto: hans oerter, 2006 Generator 2 Schlafräume á 4 Pers. Sanitärcontainer Küche Kohnen Station 75°00‘09“S, 00°04‘06“E, 2892 m (WGS84) Bohrzeitraum: 2001-2006 Mittlere Jahrestemperatur: -44.6 °C Akkumulationsrate: 64 kg m-2a-1 Eis-Fließgeschwindigkeit: 0,756 m/a Länge Eiskern: 2774,1 m foto: hans oerter, 2006 Eisdicke: 2782 ±10m 22 Antitorque innen: Chips-Kammer Hüllrohr Kernrohr & Bohrkrone Bohrturm foto: hans oerter, 2006 Motor & Elektronik 23 24 foto: hans oerter, 2006 Was lernen wir aus den Eiskernen über das Klima der Vergangenheit ? 25 Zeugen des Klimawandels der Vergangenheit: Eisbohrkerne Das Klima-Archiv Eis speichert Informationen zu: δ18O, δ2H Lufttemperatur O2 N2O CO2 Gasgehalt in der Atmosphäre CH4 Aerosole foto: h. oerter, 1973 Mt. Pinatubo 1991 foto: NOAA 26 Das Eislabor am Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven Horizontalsäge Line-Scan Längs- und Querschnitte foto: hans oerter, 2002 Auspacken des Kerns Vorbereitung für Line-Scan 27 foto: hans oerter, 2009 im Eislabor 28 10 mm CFA SC 33 x 33 mm 15 mm 54 mm 24 mm δ18O, δ2H 10Be 44 mm Archiv 55 mm Zeugen des Klimawandels der Vergangenheit: Eisbohrkerne: Probenzuteilung aus dem Eisbohrkern Dünnschnitte Gase, Staub 98mm foto: hans oerter, 2006 29 &2SSPY =VZ[VRISHJRHUK+VTL*IS\LKH[H vor 1850 AD ,70*(+VTL*KH[H >HYT D'LFHÆ heute 385 *VSK &+SSEY Zeugen des Klimawandels der Vergangenheit: Eisbohrkerne: $QWDUFWLFLFHFRUHUHFRUGV9RVWRNDQG(3,&$&2&+DQGD' =VZ[VRISHJRHUK+VTL*IS\LKH[H heute 100 300 $JHN\U%3 500 700 ,70*(KH[HHYLWSV[[LKVU,+*=VZ[VRKH[HVU.;[PTLZJHSL 7L[P[L[HS =VZ[VR:PLNLU[OHSLYL[HS+VTL**6 :WHOUPL[HS+VTL**/,70*(JVTT\UP[`TLTILYZD+ 30 foto: hans oerter, 2003 Was erwartet uns in der Zukunft ? 31 Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre Zeit (Jahre vor 2005) Strahlungsantrieb (W m-2) Kohlendioxid (ppm) heute Messung an Luftproben seit 1958 Messung an Eisproben Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch) 32 Globale Erwärmung an der Erdoberfläche (°C) Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch) Der Blick in die Zukunft Informationen aus dem IPCC- Report 2007: Erhöhung der mittleren globalen Lufttemperatur konstante Jahr-2000-Konzentrationen 20. Jahrhundert CO2 konstant wie 2000 AD Mittel 1980-1999 Jahre AD 33 Meeresspiegelanstieg Globale Erwärmung an der Erdoberfläche (°C) Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch) Der Blick in die Zukunft Informationen aus dem IPCC- Report 2007: Erhöhung der mittleren globalen Lufttemperatur 51cm konstante Jahr-2000-Konzentrationen 20. Jahrhundert 38cm 23cm 18cm CO2 konstant wie 2000 AD Mittel 1980-1999 Jahre AD 34 Mögliche Konzentrationen in der Zukunft nach den IPCC AR4 Rechnungen für das Jahr 2100. ~3500 ppbv IPCC AR4 Scenarios for 2100 AD Vergleich mit atmosphärischen Werten von 2008 AD ##! 2008 1855 ppbv %$#! %"#! '!! &#! &!! %!!! "#! $#! "!! %#! #!! %!! "#! #! ! ! )!! $!! (!! #!! '!! &!! "!! %!! Age (thousand years before 1950) Figure updated from Alverson et al., 2002 see http://www.pages-igbp.org/cgi-bin/WebObjects/products.woa/wa/type?id=6 for full citation ! Monnin et al., 2001: Science, 291: 112-114. Petit et al., 1999: Nature, 399: 429-236. Pepin et al., 2001: J. Geophysical Res. 106: 31,885-31,892. Raynaud et al., 2005: Nature, 436: 39-40. Siegenthaler et al., 2005: Science, 310: 1313-1317. Luethi et al., 2008: Nature, 453: doi:10.1038/ nature06949 Loulergue, L., et al., 2008: Nature, 453: 383-386. CO2 (ppmv) CH4 (ppbv) #!! '#! 2008 384 ppmv CO2 data is a compilation of the following records: CH4 data: "!!! %#!! Änderungen des Kohlendioxid- (CO2) und Methangehalts (CH4) während der vergangenen 800 000 Jahre, gemessen an Antarktischen Eiskernen. ~1200 ppmv CO2 and CH4 Concentrations Past, Present and Future Current atmospheric concentrations: the Carbon Dioxide Information Analysis Center (http://cdiac.ornl.gov). CO2: Pieter Tans NOAA/ESRL www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends CH4: Advanced Global Atmospheric Gases Experiment (AGAGE) Quelle: http://www.pages-igbp.org 35 Informationen aus dem IPCC- Report 2007: Was verursacht Meeresspiegelanstieg ? Ozean - Ausdehnung durch Erwärmung 1993-2003 mm pro Jahr 1.6 ±0.5 57.1% 0.77 ±0.22 27.5% 0.21 ±0.35 7.5% 0.21 ±0.35 7.5% Gletscher und Eiskappen Grönland Antarktis Summe: 2.8 mm pro Jahr 28 mm in 10 Jahren Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch) 36 Jahreszeitliche Veränderung der Meereisbedeckung Arktis Antarktis Max : Min ≈ 3 : 1 Max : Min ≈ 6 : 1 Mittel 1972-2008 Mittel 1973-2008 2010 2007 2007 ≈ -30% 2010 Quelle: www.iup.physik.uni-bremen.de 37 Abnahme des arktischen Meereises Ausdehnung des Meereises in der nördlichen Hemiphäre am Ende des Nord-Sommers (September). Dargestellt sind Ergebnisse von 15 Modellen, wie sie für unterschiedliche Szenarien im IPCC-Bericht 2007 verwendet wurden (punktierte Linien). Der Mittelwert aus den 15 Modellen ist als schwarze durchgezogene Linie dargestellt. Die aus Satellitendaten abgeleiteten Werte zeigt die dicke rote Kurve. Die Abbildung zeigt, dass die Eisfläche um 11,2% pro Dekade abnimmt, eine deutliche stärkere Abnahme als in allen IPCC-Szenarien. Am Ende des Sommers 2009 (und 2010) war die mit Meereis bedeckte Fläche in der Arktis zwar größer als in den Jahren 2007 und 2008 mit der bisher beobachteten minimalen Meereis-Ausdehnung. Man muss aber beachten, dass die meereisbedeckte Fläche noch nicht wieder den Status früherer Jahre erreicht hat und, dass die Abnahme der Eisfläche den IPCCSzenarien um 30 Jahre voraus ist ! 30 Jahre Neuere Modellläufe zeigen, dass ein im Sommer fast eisfreies Nordpolarmeer noch vor der Mitte dieses Jahrhunderts erwartet werden kann. Quelle: National Snow and Ice Data Center, University of Colorado at Boulder, USA. Updated from Stroeve et al. 2007.iii Koç N, Njåstad B, Armstrong R, Corell RW, Jensen DD, Leslie KR, Rivera A, Tandong Y & Winther J-G (eds) 2009. Melting snow and ice: a call for action. Centre for Ice, Climate and Ecosystems, Norwegian Polar Institute. 38 Die großen Eisschilde der Erde sind ein einzigartiges Klimaarchiv. Das Eis unserer Erde, sowohl Landeis wie Meereis, reagiert sichtbar auf klimatische Änderungen. Klimaveränderungen lassen sich nicht aufhalten, nur verzögern. Klimaänderung ist ein globales Problem. Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe dringend notwendig. 39 Abtauchen ist keine Lösung ! foto: hans oerter, 2008 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 40
