Der Klimawandel

12.02.2007 Nicholas Domes

Fortgeschrittenen-Praktikum

Betreuer: Prof. Dr. Konrad Kleinknecht

Gliederung

• Zeichen des Klimawandels– mittlere Erdtemperaturverlauf, Hurrikans, Gletscherschwund

• Milankovic - Zyklen• Der Treibhauseffekt

– Funktionsweise des Treibhauseffekts– Leistungsbilanz der Erde– Natürlicher Treibhauseffekt – Anthropogener Treibhauseffekt– CO2-Emission und Ausblick

• Grönlandeis• Vergleich mit Venus • Mögliche Auswege• Fazit

Die Zeichen des KlimawandelsErhöhung der mittleren Temperatur auf der ErdeVon 1900 bis 2000 ist die mittlere Temperatur der Erde um 0,6K

gestiegen.

Die Zeichen des KlimawandelsAllen 1988

Andrew 1992 Mitch 1998

Charley, Frances, Ivan 2004Dennis, Katrina, Rita, Stan, Vince und Wilma 2005

Daniel, Ioke, John 2006

2005 war das aktivste Jahr seit Beginn der Beobachtungen im Nordatlantik.Höhere Wassertemperatur -> mehr starke Hurrikans

 1975-1989

1990-2004

Karibik undGolf von Mexiko 16 23östl. Pazifik 36 49ind. Ozean 24 57

Die Zeichen des KlimawandelsGletscherschwund

Auf alten Postkartenbildern sind Gletscher zu sehen, die heute wesentlich kleiner sind. (www.gletscherarchiv.de)

Kilimanjarogletscher hat zwischen 1912 und 2000 ca 80% seiner Eismasse verloren.

Albedo vermindert sich (positive Rückkopplung)

Die Zeichen des Klimawandels

1904 2004

Gletscherschwund

Gepatschgletscher (Quelle: WDR, Q21)

1993 2000

Die Zeichen des KlimawandelsGletscherschwund

Kilimanjaro (Quelle Wikipedia commons)

Milankovic - Zyklen• 1941 hat Milutin Milankovic die Variation der einstrahlenden Energie

beschrieben. (Exzentrität 100000Jahre; Neigungswinkel 41000 Jahre; Präzession 20000 Jahre)

• Die Abweichung der eingestrahlten Energie liegt dabei insgesamt in einer Größenordnung von 5 bis 10 Prozent.

• Die langen Zeiten für einen Zyklus deuten darauf hin, dass dieser Effekt nicht für den schnellen Klimawandel der letzten hundert Jahre verantwortlich gemacht werden kann.

Die im Mittel einfallende Strahlung (342W/m²) wird zum Teil an Wolken und zum Teil am Boden reflektiert. Diesen Effekt nennt man Albedo.

Die übrige Strahlung wird von der Erde und der Atmosphäre absorbiert und erhitzt beide.

Der TreibhauseffektFunktionsweise des Treibhauseffekts

Erde strahlt Schwarzkörperstrahlung ab.

Die Atmosphäre nimmt zusätzlich noch einen Teil dieser Strahlung auf und erwärmt sich.

Atmosphäre gibt mehr

Schwarzkörperstrahlung ab

-> Wärmere Atmosphäre gibt zusätzliche Energie ab, ein Teil wird auf die Erde abgestrahlt und erwärmt diese.

Der Treibhauseffekt

Absorptionsspektren von CO2 und Methan im Vergleich zum Emissionsspektrum schwarzer Körper

CO2

Methan

Der TreibhauseffektTreibhausgase sind für kurzwelliges Sonnenlicht durchlässig

Erde absorbiert kurzwellige Licht abzüglich des Albedos Energieabstrahlung der Erde nach Stefan-Boltzmann Treibhausgase absorbieren langwellige Wärmestrahlung und

erwärmen sich Wärmestrahlung in alle Richtungen

(also auch auf die Erde)

zusätzlicher Wärmeantrieb = Treibhauseffekt

Der Treibhauseffekt

Leistungsbilanz der Erde

- Absorbierte Leistung:mittlere Solarkonstante s=342 W/m²Albedo (reflektierter Anteil) a = 0,3Pa = (1-a)·s·4·π·R² = 1,2·1017 W

- Abgestrahlte Leistung:Stefan-Boltzmann-Gesetz Pe = σ·Te

4·4·π·R²

Der Treibhauseffekt

Leistungsbilanz der Erde

Mit Pa = Pe erhält man T = -18°C

Aber: TErdoberfläche = 15°C

Der natürliche Treibhauseffekt erhöht die Temperatur also um 33K.

Der TreibhauseffektAnthropogener Treibhauseffekt

Mensch erzeugt CO2 und andere Treibhausgase stärkere Absorption der Wärmestrahlung in der Atmosphäre 0,6K höhere Temperatur seit 1900

Den Anstieg der CO2-Konzentration sieht man an den Daten der Messstation Mauna-Loa auf Hawaii. Hier wurden ab 1958 Daten zum CO2-Gehalt der Luft aufgenommen.

Die andere Kurve zeigt den Anstieg des CO2-Gehaltes über einen Zeitraum von 1000 Jahren. Man erkennt eine deutliche Erhöhung mit Beginn des Industriezeitalters.

CO2 Emission in der Welt und Ausblick

Emission pro Einwohner und Jahr

Was wenn das Grönlandeis komplett geschmolzen ist?

Oberfläche Erde 5E14m²

Oberfläche der Ozeane 3,62E14m²Fläche Grönland 2,166E12m²

Eisedeckte Fläche (85%) 1,841E+12m²Höhe Grönlandeis

(zwischen 1 und 3 km) 1000m 3000mVolumen Grönlandeis 1,84E15m³ 5,52E15m³Erhöhung Meeresspiegel 5m 15m

untere Grenze obere Grenze

Vergleich Erde - Venus

Erde VenusSolarkonstante [W/m²] 1368 2580

Albedo 0,3 0,8Übrigbleibende Strahlungsenergie

[W/m²] 957,6 516Erwartete Temperatur (Stefan-

Boltzmann) [°C] -18 -57Tatsächliche

Oberflächentemperatur [°C] 15 460Temperaturdifferenz

[K]33 517

CO2-Konzentration

[%]0,0038 96

Quelle: Rahmstorf, Schellenhuber: Der Klimawandel

Vermeide Emission von CO2

in die Atmosphäre!!

Mögliche Auswege

• Abscheidung und Lagerung von CO2

• Kraftwerke ohne Emission von CO2

• Ausnutzung regenerativer Energiequellen

• Energie einsparen

• Öffentlichkeit über Umweltproblematik informieren

Fazit• Das Klima wird wärmer

• Dadurch mehr Naturkatastrophen wie Hurrikans und Überschwemmungen

• Lösung ist CO2-Reduktion

• Dazu mehr im nächsten Vortrag (Diskussion am Ende)