Globaler Klimawandel und seine regionalen Folgen Teil I

Geographieseminar Klimawandelam St. Benno Gymnasium

08.05.2008

Aktuelle Wetterlage

Klimageschichte

Klimafaktoren

Klimaschraube CO2

08.05.2008 Hochdruckgebiet von Südskandinavien bis ins westliche Mittelmeer

Hoch MARCO seit einer Woche stabil-

„Omegalage“ lässt sonnige Pfingsten erwarten

08.05.2008 Aktuelle Wetterlage:

Quelle: DWD

OMEGA-Lage am 27.04.2007

Quelle: http://www.bernd-hussing.de/klima.htm

April 2007 Omegalage April 2008 Vb-Zugbahnen

Klimageschichte

oder „Was bedeuten 1, 2, 3…6 Grad Erwärmung?“

Diagnostizierte und projizierte globale Temperaturtrends

Änderung im 20. bzw. 21. Jahrhundert

0,7 K

1,1 – 6,4 K

Diagnose1900-2000

Projektion2000- 2100

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 = EiszeitalterE (unterstrichen) = Eiszeitalter mit Eisbildungen an beiden geografischen PolenW = 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 Erdatmosphärevon einer N2/ CO2 zu einer N2/ O2 - Atmosphäre

Rekonstruktion des mittleren Temperaturverlaufs während der letzten 540 Millionen Jahre

Kontinentaldrift 300 – 50 Mill. a vh

Rekonstruktion der CO2-Konzentration

85.000 Jahre - 60 Millionen Jahre vor heute

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

59,9

55,8

52,2

50,3

46,1

44,3

40,1 23

19,9

16,7 15

13,1

11,4

9,02

6

3,31

1,49

0,09

Millionen Jahre vor heute

CO

2-K

onze

ntra

tion

(ppm

)

Max 23 Mill Jahre: 341 ppm

World Data Center for Paleoclimatology, Boulder

Pearson, P.N. and M.R. Palmer, 2003

and NO AA Paleoclimatology Program

Schließung der mittelamerikanischen Landbrücke von vor 13 Mill. bis 2,7 Mill. Jahren

Das große marine Förderband(Termohaline Zirkulation THC)

Änderungen der globalen Mitteltemperaturletzten 5 Millionen Jahre

Vorfahre derHominiden

Rekonstruktion des mittleren Verlaufs der atmosphärischen Temperaturänderung in Europa und der CO2-Konzentration

während der letzten 400.000 Jahre

Entwicklung der globalen Lufttemperaturin 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)

Drei unterschiedliche Strömungszustände:

Strömung nicht mehr vorhanden

Strömung hört schon südlich von Island auf

Nordantlantikstrom wie im

heutigen Klima

Die drei möglichen Strömungszustände des Atlantikwährend der letzten Eiszeit und heute

Eigenschaften der Dansgaard-Oeschger-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 hatunseren Planeten bewohnbar gemacht.

Den gegenwärtigen Klimawandel kann also die Erde auf die leichte Schulter nehmen.

Die Menschen können das nicht.

Klimafaktoren

KlimafaktorenExterne 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

KontinentaldriftÄquatornahe VulkaneGebirgsbildungSubduktion

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)

Rekonstruktion der CO2-Konzentration

85.000 Jahre - 60 Millionen Jahre vor heute

0

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1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

59,9

55,8

52,2

50,3

46,1

44,3

40,1 23

19,9

16,7 15

13,1

11,4

9,02

6

3,31

1,49

0,09

Millionen Jahre vor heute

CO

2-K

onze

ntra

tion

(ppm

)

Max 23 Mill Jahre: 341 ppm

World Data Center for Paleoclimatology, Boulder

Pearson, P.N. and M.R. Palmer, 2003

and NO AA Paleoclimatology Program

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

Versuch der Darstellung der für den Klimawandel mitverantwortlichen Antriebs- und Schwankungseinflüsse nach aktuellem Wissensstand

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

93 %

7 %

Anthropogen(Mensch)

Sonne

Quelle: IPCC, 2007 Gegenwart weitere Einflussfaktoren wurden in diese Darstellung nicht integriert

Klimafaktor Ozean

MeereszirkulationTHG – PoolMeerwasseremissivität

Max-Planck-Institut Hamburg

NHK Dämpfung der Erwärmung

Europa Nordamerika

SHK zusätzliche Erwärmung

Australien, SüdamerikaSüdafrika + 2 K

Pentagon-Studie, 2003Flannery, 2006

Ozean – Atmosphäre – System im Pazifik

neutraler Zustand El Nino Ereignis

Beispiele der Auswirkungen eines El Nino-Ereignisses

CO2 - Stellschraube für unser Klima

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.

Treibhausgas CO2

Beitrag zum natürlichen Treibhauseffekt

20,6

7,2

2,41,4 0,8 0,6

0

5

10

15

20

25

H2O CO2 O3 N2O CH4 andere

Tem

pera

ture

rhö

hu

ng

in

°C

Globales Mittel der LT mit THG: 15 °C

Globales Mittel der LT ohne THG: -18 °C

Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt

64

19

4 310

0

20

40

60

80

100

CO2 CH4 N2O FCKW-11 andere

Bei

trag

in%

2 % des natürlichen TH-Effekts: + 0,7 K

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, AntarcticaIce- and snow-covered plateau

89°59' S, 24°48' W, 2810 m above MSL

Jährliche Anstiegsrate der CO2-Konzentration in der Atmosphäre 1960 - 2006 (Mauna Loa)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

19

60

19

62

19

64

19

66

19

68

19

70

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74

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19

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00

20

02

20

04

20

06

Jahr

Ans

tiegs

rate

CO

2-K

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[pp

m/a

]

Von Anfang der 1960er Jahre zu heute hat sich der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre pro Jahr beschleunigt

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%