globaler klimawandel und seine regionalen folgen teil i geographieseminar klimawandel am st. benno...
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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
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
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(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
19
72
19
74
19
76
19
78
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19
86
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90
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94
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19
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00
20
02
20
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20
06
Jahr
Ans
tiegs
rate
CO
2-K
onz.
[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%
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