Klimawandel und Auswirkungen auf die Ostsee

Transkript

1 Klimawandel und Auswirkungen auf die Ostsee Joachim W Dippner Leibniz Institut für Ostseeforschung Warnemünde Interdisziplinäre Ringvorlesung Die Ostseeküste eine Region im Wandel

2

3

4 Reaktion in den Medien Palmen auf Helgoland Eisbären in der Mönckebergstrasse Hilfe, Sylt versinkt im Meer Werden wir alle Neger?

5

6 Klimaänderung ESF (2007)

7 Warum Ostsee? Die Klimaänderung ist stärker in nördlichen Breiten: Arktische See, Barentssee, GIN See, Ostsee Abgeschlossene Seegebiete reagieren sehr viel empfindlicher: Schwarzes Meer, östliches Mittelmeer, Ostsee

8

9 Inhalt Was treibt das System Ostsee an? Wetter und Klima Klimavariabilität (Blick zurück) Klimaänderung (Blick in die Zukunft) Auswirkungen der Klimaänderung

10 Was treibt die Ostsee an? Der subpolare Wirbel Die nordatlantische Oszillation

11 Extreme NAO Situationen

12 Salzwassereinbrüche Matthäus & Frank 1992

13 Zirkulationsmuster Elken & Matthäus 2005

14 Wetter Wetter beschreibt den aktuellen bzw. über wenige Stunden anhaltenden Zustand der Atmosphäre. Wetter beschreibt den Ist-Zustand!

15 von Storch et al Klima Klima ist das Langzeitverhalten atmosphärischer Größen wie Temperatur, Wind, Strahlung, Feuchte, Bewölkung und Niederschlag, jeweils bezogen auf ein bestimmtes Gebiet und auf einen längeren Zeitraum. Klima ist die Statistik von Wetter!

16 Klimavariabilität & Klimaänderung Klimavariabilität wird durch natürliche Prozesse hervorgerufen. Klimaänderung wird durch Treibhausgase hervorgerufen. IPCC (2007)

17 Klimavariabilität Externe Prozesse Auswirkung Milankovitch Zyklen global Sonnenaktivität global Vulkanismus Hemisphäre Interne Prozesse Integration von weißem Rauschen Beckenskala Nichtlineare Wechselwirkung Beckenskala von Storch & Hasselmann (1995)

18 Klimavariabilität Externe Prozesse Auswirkung Milankovitch Zyklen global Sonnenaktivität global Vulkanismus Hemisphäre Interne Prozesse Integration von weißem Rauschen Beckenskala Nichtlineare Wechselwirkung Beckenskala von Storch & Hasselmann (1995)

19 Milankovitch Zyklen Zeitskala: 100,000 Jahre 41,000 Jahre 23,000 Jahre 19,000 Jahre

20 Milankovitch Zyklen

21 Klimavariabilität Externe Prozesse Auswirkung Milankovitch Zyklen global Sonnenaktivität global Vulkanismus Hemisphäre Interne Prozesse Integration von weißem Rauschen Beckenskala Nichtlineare Wechselwirkung Beckenskala von Storch & Hasselmann (1995)

22 Sonnenaktivität ~11 Jahre ~87 Jahre

23 Klimavariabilität Externe Prozesse Auswirkung Milankovitch Zyklen global Sonnenaktivität global Vulkanismus Hemisphäre Interne Prozesse Integration von weißem Rauschen Beckenskala Nichtlineare Wechselwirkung Beckenskala von Storch & Hasselmann (1995)

24 Vulkanismus

25 Vulkanismus Schwefelhaltige Dämpfe führen in der Atmosphäre zur Tröpfchenbildung. Diese Tröpfchen, der Staub und die Asche reduzieren die kurzwellige Sonneneinstrahlung. Fazit: Die Erde kühlt ab!

26 Klimavariabilität Externe Prozesse Auswirkung Milankovitch Zyklen global Sonnenaktivität global Vulkanismus Hemisphäre Interne Prozesse Integration von weißem Rauschen Beckenskala Nichtlineare Wechselwirkung Beckenskala von Storch & Hasselmann (1995)

27 Klimavariabilität Externe Prozesse Auswirkung Milankovitch Zyklen global Sonnenaktivität global Vulkanismus Hemisphäre Interne Prozesse Integration von weißem Rauschen Beckenskala Nichtlineare Wechselwirkung Beckenskala von Storch & Hasselmann (1995)

28 Nicht-lineare Wechselwirkung Der Ozean hat ein Gedächtnis, die Atmosphäre nicht. - Der Ozean kann Wärme speichern Der Ozean hat Ränder, die Atmosphäre nicht.

29 Klimavariabilität CLIVAR (2001)

30 Variation der Solarkonstanten durch Vulkanismus Crowley 2000

31 1000 Jahre in 60 cm LSR = 0.6 mm/a; 60 cm = 1000 Jahre Jahr (ca.) 2000 Heutiges Klima 1850 Kleine Eiszeit 1250 Mittelalterliche Warmperiode 1000 Hohe Produktivität, anoxisches Bodenwasser, laminiertes Sediment, hoher Salzgehalt anthropogene Schadstoffe Niedrige Produktivität, oxisches Bodenwasser, ungeschichtete Sedimente, Niedriger Salzgehalt, durschmischter Wasserkörper Hohe Produktivität, anoxisches Bodenwasser, laminiertes Sediment, hoher Salzgehalt Photos: Thomas Leipe

32 Cyanobacterien Blüte

33 Fossile im LIA Sediment Cladocerans (Bosmina longispina) Foraminifera (Reophax) Sauerstoff am Boden; niedriger Salzgehalt (4-8 psu) Photos: Thomas Leipe

34 Die kleine Eiszeit Fischer-Bruns (2003)

35 Golfstrom und Azorenhoch Golfstromintensität in 100m Tiefe; Abweichung vom Mittel Golfstromintensität Azorenhochintensität Zorita et al. (2004)

36

37 Klimaänderung Klimaänderung wird durch Treibhausgase hervorgerufen Wasserdampf H 2 O Kohlendioxid CO 2 Ozon O 3 Lachgas N 2 O Methan CH 4 IPCC (2007)

38

39 Temperature change ( O C) Globale Erwärmung Scenarios A1B A1T A1FI A2 B1 B2 IS92a (TAR method) AII IS Years Bars show the range in 2100 produced by several models IPCC 2007

40 IPCC Szenarien IPCC 2007

41 Gitterauflösung in Modellen Dynamisches Downscaling

42 Zukünftige Klimaänderungen Globales Klimamodell Regionales Klimamodell Hydrologisches Modell Flusseinträge Auswirkungen In der Ostsee global Skala Ostseemodell lokal BACC 2008

43 Eisausdehnung Kontrolllauf SRES-B2 SRES-A2 BACC 2008

44 Projektion der Klimaänderung Zunahme der Lufttemperatur 3 5 C Zunahme der Oberflächentemperatur 2-4 C Abnahme der Eisausdehnung um 50% - 80% Abnahme des Salzgehaltes um 8% - 50% Das Risiko von Überflutung steigt an Süd- und Ostküsten Winter werden feuchter, Sommer trockener Zunahme der Flusseinträge im Winter um 50% Abnahme der Flusseinträge im Sommer um 20% BACC 2008

45 Erderwärmung: Ostsee statt Mittelmeer Auf der ITB in Berlin stellte Philipp Elmer, Zukunftsforscher der Deutschen Bank Research, die Gewinner und Verlierer des Klimawandels im Jahr 2030 vor. Die Ostsee könnte zur neuen Badewanne Europas mit Palmenstränden werden, so der Experte. Bild

46 Auswirkung auf das marine Ökosystem Nährsalze Schadstoffe Phytoplankton Zooplankton Benthos Fisch Marine Säuger

47 Konsequenz der Klimaänderung Höhere Wintertemperaturen unterbinden Konvektion im Frühjahr Konvektion Dichte 7 psu 2.5 C Ausbildung der Sprungschicht Dichte 7 psu 2.5 C Ausbildung der Sprungschicht Temperatur Temperatur

48 Konsequenz der Klimaänderung für Nährsalzverteilung Höhere Wintertemperaturen unterbinden Konvektion im Frühjahr Zunehmender Niederschlag und erhöhte Flusseinträge bewirken höhere Nährstoffeinträge und Eutrophierung im Küstenvorfeld Erhöhung des Hintergrundsignals im Norden Erhöhung der diffusen Einträge im Süden

49 Konsequenz der Klimaänderung für Schadstoffwirkung Viele Lebewesen leben an der Grenze ihrer physiologischen Toleranz, deshalb Höhere Temperaturen und niedriger Salzgehalt führen zu Reduzierung der Fitness Reduzierung der Anpassungsfähigkeit Höherer Metabolismus (höhere Enzymaktivität) Niedriger Salzgehalt führt zu höherer Schwermetallaufnahme

50 Phytoplankton a: BMP J1, spring, diatoms Smoother & confidence interval Smoother Upper limit Low er limit b: BMP J1, spring, Smoother & confidence interval dinoflagellates Smoother Upper limit Low er limit Wasmund & Uhlig 2003

51 Konsequenz der Klimaänderung für Phytoplankton Erwärmung behindert Kaltwasserarten Erwärmung fördert Warmwasserarten Veränderung in der Artenzusammensetzung Weniger Eisbildung und frühere Stabilisation der Wassersäule verändert den Start der Frühjahrsblüte Zunahme in Blaualgenblüten

52 Konsequenz der Klimaänderung für Zooplankton Salzgehalt kontrolliert die Biodiversität Temperaturänderung beeinflußt Wachstum und Reproduktion Abnahme des Salzgehaltes und Zunahme der Eutrophierung favorisieren das kleine Nahrungsnetz Reduzierte Nahrungsqualität für Fisch

53 Konsequenz der Klimaänderung für Benthos Zunahme der Biomasse durch erhöhte Deposition von organischem Material im Küstenvorfeld Durchlüftete Gebiete haben hohe Abundanzen Tiefe anoxischer Bereiche werden zu benthischen Wüsten Invasion fremder Arten

54 Fisch Fischerei ist der stärkste menschliche Einfluss Biodiversität ist niedriger als in anderen Meeresgebieten Niedriger Salzgehalt verursacht physiologischen Stress Photos:

55 Laichgebiete Gulf of Bothnia Gulf of Finland Skagerrak Gulf of Riga Kattegat Bagge et al. 1994

56 Konsequenz der Klimaänderung für Fisch Klimaänderung beeinflusst Rekrutierung Abnahme des Reproduktionsvolumen beeinflusst das Überleben von Kabeljaueiern Die Wachstumsrate hängt von der Qualität der Nahrung ab. Fischerei und Klimaänderung führen zum Zusammenbruch der Kabeljaupopulation

57 Marine Säugetiere Schweinswal S Seehund S Ringelrobbe W Kegelrobbe W Photo: Antti Halkka

58 Konsequenz der Klimaänderung für marine Säugetiere Verschiebung der Arten nach Norden Seehund und Kegelrobbe nehmen zu Ringelrobben nehmen ab mangels Eis ACIA Report Photo: Janne Gröning

59 Zusammenfassung 1 Zunahme der Temperatur Verhindert Konvektion im Frühling Höhere Stoffwechselraten Reduzierung der Fitness Reduzierung der Anpassungsfähigkeit Verschiebung im Artenspektrum Verstärkte Blaualgenblüten Weniger Eis Ringelrobbe

60 Zusammenfassung 2 Zunahme des Niederschlags Höhere Flußeinträge Abnahme des Salzgehaltes Höhere Nährstoffeinträge Stärkere Eutrophierung der Küstengewässer

61 Zusammenfassung 3 Abnahme des Salzgehaltes Osmotischer Stress Verschiebung im Artenspektrum Überleben von Kabeljaueiern Nahrungsqualität für Fisch Verteilung von Benthos Reduzierung der Fitness Invasion fremder Arten

62 Danke für die Aufmerksamkeit!