Klimarisiken. 1. Atmosphäre Ozonloch. D. Langhamer. Wetterstation auf dem Schilthorn

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1 Klimarisiken 1. Atmosphäre Ozonloch D. Langhamer Wetterstation auf dem Schilthorn 1

2 Definition Klima Klima ist der Zustand der Atmosphäre an einem Ort, der über einen längeren Zeitraum (ca. 30 Jahre) durch Mittelwerte und Summen ausgewählter Klimaelementen beschrieben werden kann. Klimaelemente & Klimafaktoren Strahlung Temperatur Luftfeuchtigkeit Verdunstung Luftdruck Wind Niederschlag Bewölkung Beschreibung des Klimas eines bestimmten Ortes Geografische Breite Höhenlage Exposition Vegetation.. Räumliche Voraussetzungen erklären Klimaverlauf 2

3 Beschreibungen des Klimas anhand Durchschnittstemperaturen Niederschlagssummen mittlere Sonneneinstrahlung Hauptwindrichtungen Klima kann nicht mit Wetter gleichgesetzt werden. Das Wetter ist zwar auch ein Sammelbegriff für meteorologische Vorgänge, jedoch unterscheiden sich diese beiden Begriffe bzgl. ihrer zeitlichen Gültigkeit: Wetter Witterung Klima momentaner Zustand der Atmosphäre (1 Stunde, 1 Tag) Charakter des Wetters über einige Tage oder eine Jahreszeit mittlerer Zustand der Atmosphäre (ca. 30 Jahre) 3

4 Wetter Witterung Durchschnittlicher Jahresverlauf des Witterungsgeschehens Gemessen zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort Momentaner Zustand der Atmosphäre Gemessen über grössere Zeiträume in bestimmter Region Klima Abfolge des Wettergeschehens Gemessen während mehrerer Tage oder Wochen Am 16. Januar war das Wetter in Bern trocken und sonnig. In der Antarktis ist das Klima kalt und trocken. In der Schweiz war die Witterung im vergangenen Juli regenreich und kühl. 4

5 Die Atmosphäre schützt uns vor dem intensiven Sonnenlicht (Ozonschicht). stellt den Sauerstoff für die Atmung zur Verfügung. hält die Erde warm (Treibhauseffekt). ermöglicht Leben auf der Erde. ø Erde: km Ende der Atmosphäre: +/- 400 km Höhe Bodennahe Schicht / Troposphäre: +/- 10 km, 80% der Luftmasse (im Verhältnis 1/40 der Atmosphäre) 5

6 Der Aufbau der Atmosphäre Nach welchen Kriterien werden die Stockwerke voneinander unterschieden und gegliedert? Trine Staunte als ich Meine Thermosflasche Exte. 6

7 Der Aufbau der Atmosphäre Zusammensetzung der Luft ist bis in etwa 80km Höhe (Mesopause) konstant Stickstoff (N2): 78 % Sauerstoff (O2): 21 % Argon: 0.9 % Kohlendioxid (CO2): 0,04 % -> 390ppm Spurengase (Wasserdampf, Aerosole, Helium, Neon, Methan, Ozon ), 7

8 Chronik Ozonloch 1920er Jahre Entdeckung der Ozonschicht 1985 Entdeckung des Ozonlochs 1987 Verbot von FCKW (durch die UNO) 2006 Grösstes Ozonloch über der Antarktis gemessen 2011 Erstes grosses Ozonloch über der Arktis beobachtet Ozon-Produktion in der Stratosphäre 8

9 Natürlicher Ozonabbau Anthropogene Ozon-Zerstörung 9

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11 Polare Stratosphärenwolke Auswirkungen für Mensch und Umwelt Verringerte Ozonschicht führt zu mehr UV-Strahlung auf die Erdoberfläche -> kann beim Menschen zu Hautschäden bis hin zum Hautkrebs führen. -> Bei fehlender Ozonschicht droht sogar die Erblindung innerhalb weniger Stunden -> Schäden an Pflanzen -> geringere Ernteerträge -> Absterben von Phytoplankton (wichtiger SauerstoffLieferant an Meeresoberfläche) 11

12 Große Sonnenbrandgefahr am Wochenende Die Ozonschicht ist so stark geschrumpft wie noch nie. Die betroffenen Luftmassen erreichen Hamburg am Wochenende. Die Sonne wird dann gefährlich Neues Ozonloch beunruhigt Forscher Das Ozonloch über der Arktis hat etwa die fünffache Größe Deutschlands und wurde im Frühjahr erstmals nachgewiesen. 12

13 Klimarisiken 2. Repetition Ozonschicht, Strahlung & Treibhauseffekt D. Langhamer 13

14 Wie beeinflusst der Mensch die Ozonkonzentration? Es wurden Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) freigesetzt, welche Ozon in der Stratosphäre zerstören -> FCKWs waren vorhanden in: Kühlmittel, Lösungsmittel Treibgas für Spraydosen Was ist das Ozonloch und wo wurde dieses zuerst beobachtet? Ausdünnung der Ozonschicht in der Stratosphäre Ozonloch = Ozonkonzentration etwa 30% niedriger als Durchschnittswert (durchschn. Ozonkonzentration = 300 DU entspr. 3mm reinem Ozon am Boden) 14

15 Ozonkonzentration auf der Südhalbkugel Auswirkungen Mensch / Massnahmen UV-Schutz Hautkrebs 15

16 Auswirkung auf Umwelt Geringere Ernteerträge Zerstörung von Phytoplankton - Steht am Anfang der Nahrungskette - Produziert bis zu 70% des weltweiten Sauerstoffs Ozon in der Stratosphäre = lebenswichtig ABER Ozon in der unteren Troposphäre = gesundheitsschädlich 16

17 Sommer-Smog (enthält auch Ozon) 17

18 Was ist Strahlung? Die Ausbreitung von Wellen oder Teilchen Wo findet man Strahlung? Jeder Körper strahlt Wärmestrahlung / Infrarot-Strahlung Wovon hängt die Intensität der Strahlung ab? Der Temperatur 107 W/m2 Solarkonstante: 1365 W/m2 Kurzwellige Strahlung 342 W/m2 235 W/m2 Langwellige Strahlung Nach diesem Modell würde die Durchschnittstemperatur auf der Erde -18 Celsius sein! 18

19 Der Treibhauseffekt Durchschnittstemperatur auf der Erde mit natürlichem Treibhauseffekt: 15 Celsius! Was passiert, wenn Strahlung die Atmosphäre durchläuft? 19

20 Die Wirkung der Treibhausgase Klimarisiken 3. Repetition Strahlung Anthropogener Treibhauseffekt D. Langhamer 20

21 Strahlung UV-Strahlung: sehr energiereiche kurzwellige Strahlung Kurzwellig sichtbares Licht Infrarotstrahlung: spürbare langwellige Wärmestrahlung langwellig 21

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23 Absorption & Reflexion Absorption bedeutet, dass der Körper (Gegenstand) Energie aufnimmt (Strahlung "schluckt") was zu einer Temperaturerhöhung führt. Ein dunkler Körper absorbiert mehr Strahlung als ein heller Körper. Reflexion bedeutet, dass die einfallende Strahlung zurückgespiegelt wird. Ein heller Körper reflektiert auftreffende Strahlung nur. Quellen für Treibhausgase 23

24 Der anthropogene Treibhauseffekt (Nr.2) Beitrag der Gase zum anthropogenen Treibhauseffekt 24

25 Entwicklung der Konzentration von Treibhausgasen 25

26 Entstehung CO2 Braunkohlekraftwerk, Ruhrgebiet Woher kommt das meiste anthropogene CO2? Verbrennung von Erdöl 26

27 Fossile Energieträger: Woher kommen diese? Der Kohlenstoffkreislauf 27

28 Gesamteintrag CO2 pro Jahr: Milliarden Tonnen Durch menschlichen Einfluss haben die Treibhausgase in der Atmosphäre Konzentrationen erreicht, die für die letzten Jahrmillionen beispiellos sind. Insbesondere Kohlendioxid ist von 280 ppm (Millionstel der gesamten Lufthülle) im Jahr 1750 auf heute etwa 390 ppm angestiegen. Dadurch wird der Erde ein massiver zusätzlicher Treibhauseffekt aufgezwungen. 28

29 CO2 und mittlere Temperatur 29

30 Anthropogener Treibhauseffekt Der anthropogene (vom Menschen verursachte) Treibhauseffekt ist eine Verstärkung des natürlichen Treibhauseffekts Die Klimaerwärmung der letzten Jahrzehnte lässt sich nur anhand des anthropogenen Treibhauseffektes erklären 30

31 Die derzeitige Konzentration an Treibhausgasen (insbesondere CO2) in der Atmosphäre ist höher als in den vergangenen Jahren. Stimmt diese Aussage? Eisbohrung in der Antarktis als Klimaarchiv 31

32 Hängen CO2 und die globale Durchschnittstemperatur zusammen? Der Klimarat der UN (IPCC) geht davon aus, dass bei einer CO2 Konzentration von 450ppm die kritische Grenze von 2 Grad Celsius erreicht Dies würde zu unabsehbare Folgen führen Momentane CO2 Konzentration: 390ppm (Teilchen pro eine Million Teilchen) 32

33 Klimapolitik in Rio 1992 unterschrieben an UN-Konferenz über Umwelt und Entwicklung mit dem Ziel, die globale Erwärmung zu verlangsamen Klimapolitik 1997 Weltklimagipfel (UN-Klimakonferenz) in Kyoto Kyoto-Protokoll tritt 2005 in Kraft: Zielwerte für Treibhausgasemissionen, Emissionsrechtehandel Jährlich stattfindende Konferenzen Kyoto-Protokoll läuft 2012 aus, Nachfolgeregelung unklar USA ist nicht Mitglied des Protokolls (nicht ratifiziert) Ziele: Reduktion der Treibhausgasemissionen Schutz der Wälder Förderung alternativer Energien Nachhaltige Entwicklung 33

34 Filmtipp: Eine unbequeme Wahrheit Gruppenarbeit Klasse Wie viel und wodurch CO2 wird verursacht? Was können wir machen um CO2 einzusparen? 34

35 Mobilität Auto, Bus, Flugzeug, Fahrrad: Anteile am Verkehr Der Verkehr verursacht derzeit etwa ein Fünftel der gesamten CO2-Emissionen der Schweiz. Das Problem ist, dass die Emissionen aus dem Verkehrsbereich noch massgeblich zunehmen. Verursacht wird dies vor allem durch das seit Jahrzehnten anhaltende Verkehrswachstum. Gleichzeitig ist der Kraftstoffverbrauch der einzelnen Fahrzeuge nicht wesentlich geringer geworden. In der Schweiz entfallen auf fast 8 Millionen Einwohner rund 4 Millionen Pkw. Die Schweiz weist damit eine der höchsten Motorisierungsraten der Welt auf. Zwei Drittel des Personenverkehrs ist Autoverkehr, 20 % entfallen auf öffentliche Verkehrsmittel, 8 % auf Wege zu Fuss oder mit dem Fahrrad. Einen immer grösseren Anteil macht der Flugverkehr aus. In zwanzig Jahren, von 1976 bis 1995, hat sich die Zahl der Passagiere verdreifacht. Die Zahl der Urlauber, die mit dem Flugzeug reisen, war 1995 fast fünfmal so hoch wie Mitte der siebziger Jahre. Auf lange Sicht könnte die Klimabeeinträchtigung durch den Flugverkehr grösser werden als durch den Autoverkehr. [...] 7 Millionen Fahrräder gibt es in der Schweiz. Nur die wenigsten werden für die alltäglichen Wege von und zur Arbeit, zum Einkaufen oder sonstige Erledigungen genutzt. Dabei ist die Hälfte aller Wege kürzer als drei Kilometer. Keine Parkplatzsuche, kein Fussweg zum Parkplatz: In diesem Entfernungsbereich ist das Fahrrad insgesamt sogar schneller als das Auto. Ein Viertel aller Wege ist nicht länger als 1 Kilometer, - ca. 10 Minuten Fussweg. Täglich 30 Minuten Gehen oder Radfahren (es können auch zweimal 15 Minuten oder dreimal 10 Minuten sein) wirken sich zudem sehr positiv auf die Gesundheit aus. Der Flugverkehr belastet das Klima in zweifacher Weise: Zum einen ist der Energieverbrauch für die gleiche Transportleistung (Personen-Kilometer) beim Flugzeug höher als bei den übrigen Verkehrsmitteln. Dies bedeutet auch höhere Treibhausgasemissionen. Zum anderen wirken die gesamten Flugzeugabgase (CO2, Wasserdampf, Stickoxide) für das Klima in grosser Höhe etwa dreimal so schädlich wie am Boden. Wer auf die Bahn umsteigt, verbraucht weniger Energie und produziert weniger Schadstoffe. Ein Vergleich zeigt: Auf der Strecke Zürich - München braucht die Bahn pro Person nur ein Drittel der Energie, die ein Flugzeug benötigt. Von Zürich nach München benötigt die Bahn etwa 3½ Stunden. Für eine Flugreise auf dieser Strecke müssen mit Ein- und Auschecken 1 Stunde und 40 Minuten einkalkuliert werden. Hinzu kommen An- und Abfahrt. Benutzen Sie öfter Bus und Bahn! Öffentliche Verkehrsmittel sparen die Hälfte bis zwei Drittel der Energie bei gleichem Transportangebot. Heizen Energieeinsparungen beim Heizen Ein Drittel der Energie wird der Schweiz für das Heizen verbraucht und hier liegt auch das grösste Potenzial der Energieeinsparung. Heizung ist jedoch nicht gleich Heizung - das Spektrum reicht vom offenen Feuer im Kamin, über moderne Zentralheizungen oder Gasetagenheizungen bis zu energiesparenden Luftheizungen, durch Solarwärme unterstützte Heizungssysteme oder Holzpelletheizungen. Allein das Ersetzen eines alten Gas- oder Ölkessels durch einen modernen Brennwertkessel senkt die Kosten erheblich. Darüber hinaus kann man heute sogar ganz auf fossile Energieträger verzichten, beispielsweise mit einer Holzpelletheizung mit Solarunterstützung oder durch eine mit Ökostrom betriebene Wärmepumpe. Verbunden mit den richtigen Dämmassnahmen kann die Sanierung einer alten Heizungsanlage und der Einbau einer kontrollierten Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung die Heizkosten um bis zu % verringern. Die Möglichkeiten "neu und anders" zu heizen sind inzwischen sehr vielfältig. So kann man heute problemlos auf fossile Energieträger verzichten und beispielsweise auf eine Wärmepumpe oder Pelletheizung umsteigen. Aber auch das Ersetzen eines alten Gas- oder Ölkessels durch einen modernen Brennwertkessel senkt die Kosten erheblich. Die möglichen Massnahmen hängen aber immer von verschiedenen Faktoren ab. So kann z. B. das geplante Investitionsvolumen mit entscheidend sein, die Verfügbarkeit bestimmter Brennstoffe eine Rolle spielen oder die Ausrichtung des Hauses über den sinnvollen Einsatz einer Solarwärmeanlage mit bestimmen. Aber nicht nur die Technik entscheidet: Auch durch "richtiges" Heizen und - noch wichtiger - Lüften während der kalten Jahreszeiten, lässt sich ein nicht unerheblicher Teil an Energie einsparen, ohne dabei auf den gewohnten Komfort verzichten zu müssen. Lüften in der Heizperiode Falsches Lüften in der Heizperiode wirkt sich stark auf den Energieverbrauch und damit auf die Betriebskosten aus. Kurzes Querlüften bei weit geöffneten gegenüberliegenden Fenstern ist die effektivste Methode, einen kompletten Luftaustausch herzustellen. Ersatzweise bewirken auch gekippte Fenster einen gewissen Luftaustausch. Allerdings sollten die Fenster beim Kipp- genau wie beim Stosslüften nach einer Weile wieder geschlossen werden. 35

36 Strom Stromverbrauch im Haushalt Geräte und Lampen werden immer sparsamer und trotzdem steigen Stromverbrauch und Stromrechnung der deutschen Haushalte. Ursache sind zusätzliche Geräte wie DVD-Rekorder, Satellitenantenne, Spülmaschine, Wäschetrockner usw. Gut 600 CHF pro Jahr zahlt ein durchschnittlicher Haushalt für den Stromverbrauch. Strom ist die aufwändigste Energie im Haushalt, denn im Kraftwerk und beim Transport bis zur Steckdose gehen zwei Drittel der Energie verloren. Dabei trägt jede verbrauchte Kilowattstunde Strom im Durchschnitt mit 0,65 kg Kohlendioxid (CO2) zum Treibhauseffekt bei. Denn Strom wird immer noch meist aus nicht erneuerbaren Energieträgern wie Kohle, Öl und Gas gewonnen, auch wenn der Anteil der Erneuerbaren Energien aus Wind, Wasser, Sonne und Biomasse stetig zunimmt. Gut die Hälfte des Stroms verbrauchen Kühlen, Kochen, Waschen und Spülen. Ihre Heizungspumpe ist für mindestens ein Zehntel des Stromverbrauchs verantwortlich. Der Anteil elektronischer Geräte TV, HiFi, Computer, usw. steigt seit Jahren rasant und hat den Verbrauch für Beleuchtung fast erreicht. Alle Schweizer Privathaushalte zusammen verbrauchen mehr Energie als die Industriebetriebe ein Viertel des Schweizern Energieverbrauchs. Einsparungen sind notwendig, nicht zuletzt damit die Schweiz ihren Beitrag zur Senkung der TreibhausgasEmissionen erreicht. Stand-by-Modus frisst mehr Strom als der Betrieb Der Stand-by-Modus belastet den Geldbeutel stärker als bislang angenommen. Die Energiesparweisheit kennt jeder: Elektrogeräte im Stand-by-Modus sollten ganz ausgeschaltet werden. Wie viel sich dabei tatsächlich einsparen lässt, hat nun eine Studie der Elektroindustrie ergeben. So zahlen Verbraucher am Jahresende für Fernseher und Stereoanlagen in Bereitschaft mehr als für den eigentlichen Betrieb. Gerade bei den steigenden Strompreisen ein wertvoller Tipp: Wer den Stecker zieht, kann den Energiebedarf seiner Unterhaltungselektronik um mehr als zwei Drittel verringern. Ernährung Ob Anbau, Verarbeitung oder Transport von Lebensmitteln, ob das Lagern, Kühlen oder Zubereiten von Speisen oder das Heizen der Räume, in denen wir essen unsere Ernährung hat Auswirkungen auf die Umwelt. Sie machen rund 16 Prozent aller Umweltauswirkungen aus, die ein Haushalt pro Jahr verursacht. Umgerechnet sind das 4295 Kilogramm Treibhausgase pro Jahr und Haushalt. Nur knapp die Hälfte davon entfallen auf die Bereitstellung von Lebensmitteln, also die landwirtschaftliche Produktion, Verarbeitung und die damit verbundenen Gütertransporte. Die andere Hälfte geht zu Lasten der Energie, die zum Beispiel für das Kühlen oder Zubereiten von Lebensmitteln oder die Beheizung von Restaurants benötigt wird. Weniger stark ins Gewicht fallen die Gütertransporte von Lebensmitteln: Sie haben einen Anteil von weniger als drei Prozent an den Treibhausgasemissionen, die durch unsere Ernährung entstehen. Der Anteil der Gütertransporte ist je nach Lebensmittel jedoch unterschiedlich: Bei Obst und Gemüse liegt er bei knapp 15 Prozent, bei Milch nur etwa bei zwei Prozent. Wer Lebensmittel kauft, die der Saison entsprechen und aus der Region stammen, sorgt dafür, dass weniger Treibhausgase entstehen. Weiterverarbeitung, Transport und Verpackung sorgen für Energieverbrauch und somit für unnötige Emissionen von Treibhausgasen. Diskussionen über Kühe als Klimakiller und der Aufruf zum Vegetariersein laden ein, die Ökobilanzen der Lebensmittel näher zu betrachten. Wünschenswert wäre es, wenn schon der Kunde im Supermarkt mit einem Blick erfassen könnte, wie die Ökobilanz eines Produktes ausfällt. Wissenschaftler des Ökoinstituts Freiburg haben einige Lebensmittel nach freigesetzten Treibhausgasen und Luftschadstoffen benotet sowie den Energieaufwand bewertet (Noten: 1-6) und kommt zu folgenden Ergebnissen: bei allen Lebensmitteln beläuft sich der Unterschied zwischen Bioprodukten und konventionellen Produkten auf nicht mehr als 1,5 Noten, mehrheitlich nur geringe Notenunterschiede (0,5-0) Fleisch und Butter schneiden am schlechtesten ab: hauptsächlich Noten 4,5-1 Käse und Sahne rangieren auf dem 2. Platz mit Noten 4-3 Backwaren und Gemüse kommen auf gute Noten: 6-4,5. Eine Ausnahme bilden Pommes frites. 36

37 Internet-Links: Wie viel CO2 verbrauche ich? Beim Fliegen: Bei der Ernährung: energiespar-ratgeber/konsumcheck.html Fazit Der Kohlenstoff-Kreislauf ist massgeblich vom Menschen beeinflusst Die Klimaerwärmung der letzten Jahrzehnte lässt sich nur anhand des anthropogenen Treibhauseffektes erklären Wir können durch Änderung von unserem Verhalten den CO2 Ausstoss verringern 37

38 Klimarisiken 3. Der Golfstrom und unser Klima D. Langhamer 38

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40 Glattalp (SZ): -37 C 40

41 05. Februar 2012 In der gesamten Schweiz wird ein Eistag verzeichnet Sibirische Kaltluft 41

42 Seerauch Kontinentalklima (Landklima) Grosse Temperaturschwankungen: Heisse Sommer und kalte Winter 42

43 Maritimes Klima (Seeklima) Geringere Temperaturschwankungen: Im Sommer vom Meer gekühlt und im Winter vom Meer erwärmt Januar-Temperaturen 60 N Breitengrad Montréal: -10 C Biel: -0,3 C 43

44 Der Golfstrom Januar-Temperaturen 60 N Breitengrad Montréal: -10 C Biel: -0,3 C 44

45 Globale Meereszirkulation Nordatlantik als Pumpe der gesamten Zirkulation Klima ist durch den Golfstrom sehr stabil in den letzten Jahren 45

46 Zusammenbruch des Golfstroms vor etwa Jahren Laurentisches Eisschild Jahre v. h. Bleibt der Golfstrom stabil? 46

47 Mögliche Änderungen der thermohalinen Zirkulation Salzgehalt Eisschmelze Süsswasserzuflussmenge Niederschlagsmenge Temperatur Lufttemperatur Wasseroberflächentemperatur 47

48 Der Golfstrom Süden Norden Zukunft Golfstrom Abschwächung um 20-50% in den nächsten 100 Jahren Der anthropogene Treibhauseffekt ist in Europa vermutlich stärker -> Europa erwärmt sich langsamer Erwärmung in der Arktis wird beschleunigt 48