Klimawandel

WS 05/06

Joachim CurtiusInstitut für Physik der Atmosphäre

Universität Mainz

CO

2

(pp

m)

www.staff.uni-mainz.de/curtius/Klimawandel/Login: KlimawandelPassword: CO2

Inhalt

1. Überblick

2. Grundlagen

3. Klimawandel heute: Beobachtungen

4. CO2

5. Andere Treibhausgase

6. Aerosole und Wolken

7. Solare Variabilität, Vulkane

8. Klimageschichte, Eiszeiten und Ozeanzirkulation

9. Erwarteter zukünftiger Klimawandel

10. Klimaschutz

Klimageschichte

Land-Tiere

Land-Pflanzen

Leben im WasserbakterienartigeOrganismen

Algen Mehrzeller

Lebensfeindliche Uratmosphäre

Temperaturgeschichte der Erde: Eingrenzung auf großer Zeitskala

"erlaubter Bereich"

[Crutzen, 1994]

Sauerstoffaufbau in der Atmosphäre durch Photosynthese,Ozonbildung durch UV-StrahlungOxidierung von Eisen zu langsam...

[Crutzen, 1994]

Artenschnitte

z.B.: Artenschnitt vor 65 Mio. Jahren (Übergang Kreide-Tertiär, Aussterben der Dinosaurier) durch Bolideneinschlag?

[Crutzen, 1994]

Meeresströmungen, Meeresspiegel, Albedo,...

Klimageschichte, Erdgeschichte, Kontinentaldrift

[Hauser, 2002]

Entstehung der Eiszeiten: Milankovich-Theorie

typische Perioden von 23 000, 41 000 und100 000 Jahren

[Crutzen, 1994]

Entstehung der Eiszeiten: Milankovich-Theorie

[Hauser, 2002]

Temperaturschwankungsperioden

[Crutzen, 1994]

Enge Korrelationvon Temperaturund CO2 sowie CH4

während der letzten 600 000 Jahre.

Klimazukunft

[Crutzen, 1994]

Die globale thermohaline Zirkulation, "the great conveyor belt"

Der Golfstrom

Antrieb: Wind + Wärmeausgleich + Salzgehalte

Teil der thermohalinen Zirkulation (THC), bzw. Meridional over-turning circulation (MOC)

Golfstrom: ca. 37 Sv (1 Sverdrup = 106 m3 s-1),

Tiefenwasser-neubildung im NOA: ~15 Sv

erwärmt (Nord-)Europa um 5-10°C, Energiefluss von ~1.3 PW, "~250 000 Atomkraftwerke"

Abrupter Klimawandel

[Rahmstorf, Nature, 2002]

Die selbe Zeitreihe etwas detaillierter...

nicht nur lokal, sondern globalHeinrich-Ereignisse: große Eisbergdrift im Atlantik...

farbige Linien: DO-Ereignisse aus Eisbohrkerndatenschwarze Linie: ModellrechnungAbrupter Klimawandel in der Vergangenheit:

Temperaturen ändern sich um 5-10°C in 50 Jahren

Abrupter Klimawandel während der letzten Eiszeit

Klima und Klimawandel während der letzten Eiszeit:Einfluss der Ozeanströmungen

Wahrscheinliche Erklärung für DO- und H-Ereignisse:

Es gab während der letzten Eiszeit nur einen stabilen Zustand der Ozeanzirkulation (mittleres Bild). Bei externen Störungen (z.B. leichte Veränderung des Süßwasserzuflusses) plötzliches Umschalten des Strömungsmusters (DO-Event) undRückentwicklung über einige Jahrhunderte. Periode: 1470 a = 210 x 87 a(de-Vries mal Gleißberg-Zyklus?)

Oder Strömung kommt völlig zum Erliegen (nach H-Event, unten). H-Ereignisse wahrscheinlich durch große Abbrüche (10%)von Eismassen in Nordamerika.

[Rahmstorf, Nature, 2002]

NADW= North Atlantic Deep Water FormationBifurkation "Schalterwirkung", heute vom Bifurkationspunkt weiter entfernt??

[Rahmstorf, Nature, 2002]

Abrupter Klimawandel: "Schalterwirkung"

Heinrich-Ereignisse

Kerr, Science, Oktober 2005:

Fazit einer Expertenkonferenz im Juli 2005:

“A few years ago, people thought the [Atlantic circulation]could collapse almost like The Day After Tomorrow,” said paleoclimatologist Julia Hargreaves of the Frontier Research Center for Global Change in Yokohama, Japan. “But a very rapid collapse now seems fairly unlikely under global warming.”

und

Lately, the most sophisticated and realistic model simulations of awarmer world have failed to drive the MOC anywhere nearcollapse. For example, climate modeler Peter Gent of theNational Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder,Colorado, told the workshop how the latest version of the NCAR climatemodel responded to greenhouse gas increases like those expected in thenext century or two. Over a range of rates of greenhouse strengthening, the model’s MOC slowed by an average of 25% to 30%. “That is not a collapse,” said Gent.

nur wenige Modellläufe lassen anderes erwarten...

Messungen von Bryden et al., Nature, November 2005:

Fünf Messreihen: Ozeanzirkulation im Atlantik über 24.5°N hinweg: 1957, 1981, 1992, 1998, 2004

Messungen von Bryden et al., Nature, November 2005:

Golfstrom selbst nahezu unverändert aber südwärts Rückfluss nicht mehr als Tiefenwasser!

ca. 50 % Zunahme bis 1000 m Tiefe ca. 50 % Abnahme in 3000-5000 m Tiefe

Insgesamt: Abschwächung der MOC um ~30% in 50 Jahren! aber: Unsicherheit 6 Sv und nur 5 "Stichprobenjahre"..., von Modellen überhaupt nicht erwartet...

Erwartete Änderungen im Meeresspiegel für den Zeitraum 1990-2100 [IPCC 2001]:

Thermische Ausdehnung (sterisch): 0.11 bis 0.43 m,

Abschmelzen der Gletscher (eustatisch): 0.01 bis 0.23 m

Veränderungen der Eisschilde in Grönland: –0.02 to 0.09 m

Veränderungen Antarktis: –0.17 bis 0.02 m

gesamt (sterisch+eustatisch): 0.48 0.40 m,

aber: langfristige Veränderungen...

Veränderungen der Eisschilde und des Meeresspiegels

Veränderungen der Eisschilde und des Meeresspiegels

[IPCC 2001]

Korrelation CO2 und Meeresspiegel

[Alley et al., Nature, 2005]

[Alley et al., Nature, 2005]MWP=Melt water pulse

CO2, SST und Meeresspiegel

[Alley et al., Nature, 2005]

Vorhersage: Grönlandeis in den nächsten Jahrtausenden