Klimawandel Gestern und heute

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1 Klimawandel Gestern und heute Hanns-Seidel-Stiftung e.v. Wochenendseminar II/2008 Wildbad Kreuth 2. Februar 2008 Ulrich Berner

2 Was man so braucht. Bild 1 Quelle: BGR

3 Was man so braucht. Bild 2 Quelle: BGR

4 Was man so braucht. Eisen- und Manganerze Kies und Sand Torf Schwerminerale in Flüssen und Strandseifen Kohle Schwerminerale in Dünen Korallenkalke Eindampfungsbecken Kalk, Gips, Salz & Kali Eisen- & Kupfererze Vulkan Granit Eisen- Erze Eisen- & Mangan- Karbonate See-Erze Bims, Zeolithe Keramikrohstoffe Verwitterungsanreicherungen auf Erzgängen Laterite Bild 3 Quelle: Berner & Streif ( )

5 Motor Sonne Treibhaus Erde langwellige Rückstrahlung kurzwellige Sonnenenergie Aufnahme langwelliger Energie kurzwellige Rückstrahlung Bild 4 Quellen: NASA

6 Treibhaus Erde Methan Stickoxid (Lachgas) Ozon Kohlendioxid 100 % Wellenlänge (μm) Gesamt Wasserdampf Bild 5 Quellen: Graedl & Crutzen (1993)

7 Treibhaus Erde Wasser Kohlendioxid Klimawirksame Gase nehmen Sonnenenergie auf und erhalten die Temperatur im System Erde auf einem Niveau, das Leben ermöglicht. Bild 6 Quelle: Berner & Streif ( )

8 Warum interessiert uns das Klima? Das Klima ändert sich regional. Bild 7 Quelle: Berner & Streif ( ); Hansen et al. (1999)

9 Reichen 200 Jahre Klimabeobachtung? menschlicher Einfluß: Veränderung der Erdoberfläche Treibhausgasemissionen Kombination Rekonstruktionen Temperatur Kohlendioxid Niederschlag etc. Messungen Temperatur Kohlendioxid Niederschlag etc. natürliche Klimavariationen Bild 8

10 1. Chance: Rekonstruktionen Geoarchive: Meer, Land & Eis Bild 9 Quellen: ODP; USGS; BGR

11 Wie entstehen Rekonstruktionen? Geoarchive Bild 10

12 Wie entstehen Rekonstruktionen? Geoscanner Multi-Elementanalyse in 50µm-Schritten Intensität (%) ,10 Kernmaterial Teufe (cm) Kalzium 82,15 Eisen Winter 82,20 Mangan Sommer Geoarchiv See 82,25 82,30 Winter Kernmaterial Schleinsee Bild 11 Quellen: KlimaSol-Projekt

13 Wie entstehen Rekonstruktionen? Geoarchiv See organischer Inhalt lässt ökologische und klimatische Entwicklung erkennen Teufe (m) Schleinsee Baumpollen (%) Erle Buche Linde Ulme Übrige Baumarten Atlantikum Subboreal 20.6 Eiche Boreal 21.0 Birke Kiefer Bild 12 Quellen: KlimaSol-Projekt

14 Wie entstehen Rekonstruktionen? doppelt gesägt ganzrandig Mittlere Jahrestemperatur ( C) Blattindikator Prozentanteile der Arten mit ganzrandigen Blättern Bild 13 Quelle: Stanley (2001)

15 Wie entstehen Rekonstruktionen? 2 10 C 15 C 20 C 25 C Karbonat δ 18 O Karbonat ( o / oo ) Alter (Mio. Jahre) Bild 14 Quelle: Veizer et al. 1999; Veizer et al. 2000

16 1.0 Verhältniswerte Alkenone (UK 37 ) μm Kalkalge Emiliania huxleyi Funktion Messpunkte Golf von Kalifornien Temperatur des Oberflächenwassers ( C) Bild 15 Quelle: Berner & Streif ( )

17 Wie entstehen Rekonstruktionen? Eiskerne Eiskerne ermöglichen sehr genaue Klimarekonstruktionen der letzten 800 Tausend Jahre. Bild 16 GISP2 Grönland Vostok & EPICA Antarktis Quellen: GISP2 Eiskern-Projekt; Vostok Eiskern- Projekt Temperatur Kohlendioxid Aerosole etc.

18 Wie entstehen Rekonstruktionen? Bild 17 Quelle: Berner & Streif ( )

19 Keine Chance: Rekonstruieren und Extrapolieren 22 Juli-Temperatur ( C) Eem Holozän Holstein heutiges Temperaturniveau Ruhme Jahre seit Beginn der Warmzeit Bild 18 Quellen: Berner & Streif ( )

20 2. Chance: Prozesse verstehen & Modellieren Bild 19 Quelle: Hiete (1999); PIK (2002)

21 Gute Zeiten - schlechte Zeiten Meer Gletscher Tundra Gemäßigte Breiten Tropen Trockengebiete N Breitengrad S W Längengrad E Bild 20 Quellen: PaleoMap Project Scotese et al. (2000)

22 Kontinental- Gletscher Alter (Mio. Jahre) Kambrium Ordovizium Silur Devon Karbon Permi Trias Jura Vereisungsindikator (Breitengrad) Kreide Tertiär Gute Zeiten - schlechte Zeiten Heißzeit Eiszeit Bild 21 Quelle: Frakes et al heutige Eiszeit

23 Gute Zeiten - schlechte Zeiten Energy balance model 3.0 dtemp (K) barren continent scenario docean area (%) Bild 22 Quellen: Berner & Hiete (2001)

24 Gute Zeiten - schlechte Zeiten 28 Eisrandlagen (Breitengrad) Kambrium Ordovizium Silur Devon Karbon Perm Trias Jura Kreide Alter (Millionen Jahre) Tertiär Temperatur ( C) Bild 23 Quellen: Frakes et al. (1991); Veizer et al. (2000); Berner et al. (2001)

25 Gute Zeiten - schlechte Zeiten CO 2 (Berner et al. 2001) Eisrandlagen (Breitengrad) atmosphärisches Kohlendioxid (ppm) Eis Kambrium Ordovizium Silur Devon Karbon Perm Trias Juras Kreide 100 Tertiär Temperatur ( C) Alter (Mio. Jahre) Bild 24 Quellen: Veizer et al. (2000); Berner et al. (2001)

26 Gute Zeiten - schlechte Zeiten GISP2 Eiskern Grönland Holozän-Warmzeit atmosphärisches CO 2 (ppmv) Weichsel-Kaltzeit Dansgaard-Oeschger-Ereignisse Temperaturabweichung ( C) warm kalt Alter (1000 Jahre) Bild 25 Quellen: GISP2 und Vostok Eiskern-Projekte

27 Gute Zeiten Schlechte Zeiten Gilgamesch Epos / Sintflut Assyrische Keilschriften aus Ninive Bild 26 Quelle: Berner & Streif (2000); Hildebrandt (2004)

28 Gute Zeiten Schlechte Zeiten Nordseeküste Überflutung Deichbau vor Christus nach Christus Jahr Meeresspiegel Bild 27 Quellen: Berner & Streif ( )

29 Kohlendioxid (ppm) Gute Zeiten Schlechte Zeiten Arabisches Meer Holozän Optimum Holozän-Warmzeit nach Doose-Rolinski et al. (2001) Oberflächentemperatur ( C) Alter (Jahre v.h.) Bild 28 Quellen: Doose-Rolinskie et al. (2001)

30 5 Gute Zeiten Schlechte Zeiten Holozän-Warmzeit 285 Klima-Optimum Schmelzereignisse pro 100 Jahre Grönland (GISP2 Eiskern) Kohlendioxid (ppm) Alter (Jahre vor heute) Bild 29 Quelle: GISP2 Eiskern-Projekt

31 Gute Zeiten Schlechte Zeiten Alpengletscher 1904 Gepatschferner Kaunertal (Österreich) Bild 30 Quellen: Gesellschaft für ökologische Forschung, München,

32 Gute Zeiten Schlechte Zeiten Alpengletscher Gepatschferner Kaunertal (Österreich) Bild 30 Quellen: Gesellschaft für ökologische Forschung, München,

33 Gute Zeiten Schlechte Zeiten Alter Gletscherstand Gletscherausdehnung Wald & Moore Schweizer Alpengletscher Schweizer Zentralalpen: 8 Rückzugsphasen während der letzten Jahre über den heutigen Rückzugsstand hinaus! Wald & Moor zerstört heutiger Gletscherstand Überreste Wald & Moor Bild 31 Quellen: Hormes et al. (2001)

34 Gute Zeiten - schlechte Zeiten Holozän-Warmzeit Schweizer Alpengletscher Kohlendioxid (ppm) Optimum Gletscher-Rückgang (%; Bezug 1850) Alter (Jahre vor heute) Bild 32 Quellen: Gamper & Suter (1982); Holzhauser (1995)

35 Gute Zeiten Schlechte Zeiten Grönland Bermuda Deutschland atmosphärisches CO 2 (ppmv) Tibet Bild 33 Quellen: GISP2-Eiskern Projekt; Keigwin (1999); Glaser (2000); v. Grafenstein (1998); Esper (2000); CDIAC (2005)

36 Der Mensch, ein Klimamacher? 30 Braunkohle CO 2 -Emissionsfaktoren (kg C / GJ) Hartkohle Erdöl Erdgas 0 Bild 34 Quellen: Hiete (1999)

37 Der Mensch, ein Klimamacher? 10 CO 2 Emissionen (Mrd. tc) Gesamtemissionen Landnutzung Gas Öl Kohle Jahr Bild 35 Quellen: BGR Emissionsdatenbank 2006

38 Der Mensch, ein Klimamacher? Atmosphäre Senken (Wälder, Ozean.) Bild 36 Quellen: BGR; Tans et al. (1999); Houghton (2002)

39 Der Mensch, ein Klimamacher? Jahr ,2 6,6 5,6? Mrd. Tonnen C 3,2? 36 % Quellen Senken Bild 37 Quellen: BGR, ergänzt nach div. Publikationen

40 Der Mensch, ein Klimamacher? Jahr ,2 6,6 2,3? Mrd. Tonnen C 6,5? 74 % Quellen Senken Bild 38 Quellen: BGR, ergänzt nach div. Publikationen

41 Der Mensch, ein Klimamacher? 8 Daten: Senkenstärke (Mrd. tc) Ozeane Vegetation 1 0-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Temperaturabweichung ( C) Bild 39 Quellen: Berner (im Druck)

42 Der Mensch, ein Klimamacher? Senkenstärke (Mrd. tc) ! Pinatubo-Ausbruch! El Nino 1991/92 La Nina 1999/2000 Daten: El Nino 1997/ ,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Temperaturabweichung ( C) Bild 40 Quellen: Berner (im Druck)

43 Der Mensch, ein Klimamacher? Gesamt-Treibhauseffekt menschlicher Treibhausanteil seit 1750 Treibhauseffekt ( W / m 2 ) Wasserdampf 66 +-? % Kohlendioxid ,1 % ,8 % übrige Treibhausgase 1,2 % 0,9 % Kohlendioxid übrige 0,25 9,3% FCKW 0,28 10,4% 1,56 Wm -2 5,2% 57,8% 17,4% übrige Treibhausgase 1,14 W m -2 Stickoxide 0,14 Methan 0,47 Bild 41 Quellen: Raval & Ramanathan (1989); Bengtson (1997)

44 Der Mensch, ein Klimamacher? atmosphärisches CO 2 (ppm) Temperaturabweichung ( C) Jahr Bild 42 Quellen: Jones et al. (2001); CDIAC (2001)

45 1. Zwischenbilanz Das Klima der Vergangenheit hat eine regelrechte Achterbahnfahrt absolviert. Treibhaus -Gase sind ein wichtiger Bestandteil des Klimasystems, waren aber in der Vergangenheit nicht der Antrieb. Der Mensch beeinflusst den Kohlenstoffzyklus und das Klima durch Emissionen. Wie groß die Auswirkungen sind, ist allerdings ungewiss. Bild 43 Quelle: BGR, Berner & Streif ( )

46 Motor Sonne Der Fusionsreaktor + = + Neutronen Protonen Helium Energie Teleskop des Yohkoh-Satelliten (Japan) 1. Juni 2000 Bild 44

47 Motor Sonne heute heller dunkler Zeit (Millionen Jahre) Vergangenheit Zukunft Sonnenstrahlung (Watt pro m 2 ) Bild 45 Quellen: Berner & Streif ( )

48 Motor Sonne Exzentrizität Erde b a Sonne Obliquität N 23.5 e b ca. 40 ka a Sonne ca. 100 ka Präzessionskreis der Erd- Rotationsachse S Rotationsachse N Y Orbitalbahn Sonne Präzession der Orbitalbahn Sonne a c S Rotationsachse d Erde ca. 19 bis 25 ka Bild 46 Quellen: Berner & Streif ( )

49 Motor Sonne Bild 47 Quellen: Berner & Streif ( )

52 Motor Sonne 243 Mio Jahre 100 ka 245 Mio Jahre Bild 50 Quellen: Berner & Streif ( )

53 Motor Sonne δ 18 O-SPECMAP ( o / oo ) Energiemenge Exzentrizität (Watt pro m2) 0.00 Bild 51 Quellen: Berner & Streif ( )

54 Motor Sonne Die Launen der Sonne Kosmische Strahlung Sonnenwind Gasausbrüche Erdmagnetfeld Bild 52 Quellen: NASA

55 Motor Sonne Stickstoff 14 N-Atom Neutron kosmische Strahlung Beryllium 10 Be-Atom Neutron Sauerstoff 16 O-Atom Bild 53 Quellen: Vonmoos (2005)

56 Motor Sonne Bild 54 Quellen: Sharma (2002)

57 Motor Sonne GRIP Eiskern Bild 55 Quellen: Vonmoos (2005)

58 Motor Sonne kosmische Strahlung Stickstoff 14 N-Atom Die Launen der Sonne Neutron Proton Kohlenstoff 14 C-Atom atmosphärisches Kohlendioxid Sauerstoff 14 C Sauerstoff Bild 56

59 Motor Sonne Die Launen der Sonne 14 C Produktionsrate (Atome pro cm 2 pro sec) Holozän Warmzeit Alter (Jahre vor heute) Eisbergdrift Indikator (%) Bild 57 Quellen: Bond et al. (2001)

60 Motor Sonne Die Launen der Sonne Δ 14 C ( o / oo ) -20 Klima-Optimum des Holozän -15 Sonnenaktivität Sonnenaktivität hoch Niederschlag niedrig Alter (Jahre vor heute) Niederschlag Höhlensinter Oman Bild 58 Quellen: Neff et al. (2001)

61 Motor Sonne Klima-Optimum Vulkane / Sonne Klima-Optimum Holozän Einstrahlung (Watt pro m 2 ) Vulkanausbrüche Alter (Jahre vor heute) Bild 59 Quellen: Berner (unpubliziert)

62 Motor Sonne GISP2 Eiskern Die Launen der Sonne Δ 14 C ( o / oo ) -30 Temperaturabweichung ( C) Wolf Aktivitätsminima der Sonne Spörer Maunder Dalton Jahr -20 hoch niedrig 20 Sonnenaktivität Bild 60 Quellen: GISP2 Eiskern-Projekt; Stuiver et al. (1998)

63 Motor Sonne Vulkane / Sonne Klimaantrieb (Watt pro m 2 ) Sonne Vulkanausbrüche Jahr Bild 61 Quellen: Crowley (2000); Zorita et al. (2003)

64 Temperaturabweichung [ ] (K) Motor Sonne Mittelalter- Optimum ECHO-G Nordhemisphäre 11-jähriges gleitendes Mittel Modellierung (ECHO-G) Jahr Kleine Eiszeit Vulkane / Sonne Sonneneinstrahlung (Watt pro m 2 ) Bild 62 Quellen: Zorita et al. (2003); Ming Tan et al. (2003)

65 Motor Sonne Jahr 1612 Die Launen der Sonne Christoph Scheiner (Ingolstadt) an Markus Welser (Augsburg) Jahr 1611 Helioscopicum von Christoph Scheiner Bild 63

66 Motor Sonne Sonnenflecke Die Launen der Sonne Sonnenfleckenanzahl Jahr Bild 64 Quelle: SIDIC Brüssel (2006)

67 Motor Sonne Die Launen der Sonne Getreidepreise (Mariengroschen pro 100 Kg) Königreich Hannover Sonneneinstrahlung Getreidepreis Jahr Sonneneinstrahlung (Watt pro m 2 ) Bild 65 Quellen: Oberschelp (1986); mod. nach Hoyt & Schatten (1997)

68 Motor Sonne Die Launen der Sonne Sonnenstrahlung (Watt pro m 2 ) Sonnenstrahlung Temperaturabweichung ( C) Jahr Bild 66 Quellen: Jones et al. (2001); Solanki (2001)

69 Motor Sonne Die Launen der Sonne Modell 1 nur Treibhausgase Temperaturabweichung ( C) gemessen Modell 3 Treibhausgase Aerosole Sonne Modell 2 Treibhausgase & Aerosole Jahr Bild 67 Quellen: Wigley (1999)

70 Motor Sonne Abweichung Solar (Watt pro m 2 ) NH Temp.abweichung (K) Modell ECHO-G II Bezug: Bild 68 Quellen: Zorita et al. (2003); CDIAC (2003) ECHO-G Jahr Die Launen der Sonne NH Temp.abweichung (K) NCEP Daten Kohlendioxid (ppm) Modellierung ECHO-G

71 Motor Sonne 2 Max. Maximum Sonnenflecken Die Launen der Sonne Max. Wolkenbedeckung (%) Wolkenbedeckung kosmische Strahlung Wolkenbed. korrigiert Kosmische Strahlung (% bezogen auf 1965) Bild 69 Quellen: Marsh & Svensmark (2003)

72 2. Zwischenbilanz Die Sonne steuert das Klima, dies zeigen Rekonstruktionen der Vergangenheit und heutige Beobachtungen. Die Mechanismen der solaren Einflussnahme sind in Teilbereichen noch wenig verstanden. Bild 70

73 Fazit Klima wird sich auch in Zukunft ändern,..... es lässt sich nicht schützen. An die vielen noch kommenden Klimawandel muss sich die menschliche Gesellschaft immer wieder erneut anpassen. Dies bedeutet nicht, dass wir mit unseren Rohstoff- Ressourcen sorglos umgehen dürfen. Die Steigerungen der Energieeffizienz stellt einen verantwortungsbewussten Beitrag zum Umgang mit unseren fossilen Energieträgern dar. Bild 71

74 Klimafakten Der Rückblick - Ein Schlüssel für die Zukunft Hrsg.: Ulrich Berner & Hansjörg Streif 4. Auflage 2004 Schweizerbart sche Verlagsbuchhandlung Stuttgart ISBN