Klima gestern und morgen Einsichten der Klimaforschung

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1 Studium generale Klimawandel und Energiewende das Morgen beginnt heute Klima gestern und morgen Einsichten der Klimaforschung Michal Kucera Institut t für Geowissenschaften, Universität ität Tübingen 2 CH O 2 2 CO H 2 O Die Atmosphäre 2 CH O 2 2 CO H 2 O Atmosphäre: 750 Gigatonnen Kohlenstoff Vegetation: 600 Gt C Der globale Kohlenstoffkreislauf 1

2 2 CH O 2 2 CO H 2 O Industrielle Revolution um 1750: fossile Brennstoffe 2 CH O 2 2 CO H 2 O Atmosphäre: 750 Gigatonnen Kohlenstoff Vegetation: 600 Gt C Fossile Brennstoffe: 4000 Gt C James Watt ( ) und seine Dampfmaschine Der globale Kohlenstoffkreislauf 2 CH O 2 2 CO H 2 O 2 CH O 2 2 CO H 2 O Emission des CO 2 im Jahr 2000: ~ 1 % des Gehalts der Atmosphäre pro Jahr 2 Emission, Gt/Ja ahr CO 2 Global annual fossil fuel carbon dioxide emissions, in million metric tons of carbon. Original data: Marland, G., T.A. Boden, and R. J. Andres "Global, Regional, and National CO 2 Emissions." In Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy, Oak Ridge, Tenn., U.S.A. CO 2 absorbiert kurzwellige Strahlung: Treibhauseffekt 2

3 2 CH O 2 2 CO H 2 O CO 2 Emiss sion, Gt/Jahr CO 2, ppm Sauerstoffgehalt sinkt ab Isotopische Signatur fossiler Brennstoffe Quelle: IPCC 2007 ek (2006) Quelle: Riebee Beobachtung 1: Kohlenstoff in der Atmosphäre steigt Gasbläschen im Eis: Atmosphäre der Urzeit April 2010: 389 ppm pm CO 2, pp Zeit, Jahre vor Heute Quelle: IPCC 2007 Gasbläschen im Eis: Atmosphäre der Urzeit Gasbläschen im Eis: Atmosphäre der Urzeit 3

4 1.77 C/100 Jahre 0.45 C/100 Jahre Quelle: IPCC 2007 Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer Quelle: IPCC 2007 Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer Ohne menschlichen Einfluss lässt sich der Klimatrend nicht erklären Die globale Erderwärmung schreitet schneller voran als natürliche Vorgänge: Eiszeit Warmzeit: 1 C per 1000 Jahre Letzte 50 Jahre: 1 C per 100 Jahre Quelle: IPCC 2007 Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer 4

5 Eingriff in einer Komponente beinflusst das gesamte System Die globale Erderwärmung schreitet schneller voran als natürliche Vorgänge: Eiszeit Warmzeit: 1 C per 1000 Jahre Letzte 50 Jahre: 1 C per 100 Jahre Sie ist dem menschlichen Einfluss zuzuschreiben und hat daher keine natürliche Parallelen. Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer Rückkopplungsmechanismen System Erde Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer Verstärkung durch Rückkopplungsmechanismen Das System Erde ist zu komplex und nicht für experimentelle Ansätze geeignet Steuerung, Ursache Effekt Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer 5

6 Das System Erde ist zu komplex und nicht für experimentelle Ansätze geeignet Klimasimulation Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte CO 2, ppm Das Supertreibhaus der Kreide- und Jura-Zeit hes der prä-industriellen Konzetration Vielfac Zeit, Millionen Jahre vor heute Estimates of the changes in carbon dioxide concentrations during the Phanerozoic. Three estimates are based on geochemical modeling: GEOCARB III (Berner and Kothavala 2001), COPSE (Bergmann et al. 2004) and Rothman (2001). These are compared to the carbon dioxide measurement database of Royer et al. (2004) and a 30 Myr filtered average of those data. Fossilien als Klimaindikatoren Salzwasserkrokodil Crocodylus porosus Das Supertreibhaus der Kreide- und Jura-Zeit Meereskrokodile des Schwäbischen Jura 6

7 Das Supertreibhaus der Kreide- und Jura-Zeit: Krokodile in der Arktis Champsosaurus Tarduno et al., 1998 Axel Heiberg Insel heute Das Supertreibhaus der Kreide- und Jura-Zeit: Krokodile in der Arktis Das Supertreibhaus der Kreide- und Jura-Zeit Erste Lektion: CO 2 ist nicht der Feind des Lebens auf der Erde. Lebewesen passen sich an. Die Treibhaus-Erde sieht aber ganz anders aus... 7

8 Wie empfindlich auf CO 2 ist das Klima der Erde CO 2, ppm Ende des Treibhausklimas Treibhausklima Zeit, Millionen Jahre vor heute Eiszeit Zachos et al., Nature 451, (17 January 2008) Zeit, Millionen Jahre vor heute Wie empfindlich auf CO 2 ist das Klima der Erde CO 2, ppm CO 2 der letzten 800,000 Jahre CO 2 März 2010 Zweite Lektion: Bei niedrigem CO 2 reagiert das Klima empfindlicher. Antarktis von Eis voll bedeckt Das CO 2 Gehalt ist heute niedrig. i Eisvolumen Tripati et al., Science 4 December 2009: Vol no. 5958, pp

9 Das Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO 2 zu letzt über 350 ppm lag... Das Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO 2 zu letzt über 350 ppm lag... Fossilien als Klimaindikatoren Oberflächentemperatur der Meere, Pliozän - Heute Das Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO 2 zu letzt über 350 ppm lag... Das Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO 2 zu letzt über 350 ppm lag... Heute Pliozän Simulation tropischer Zyklone im Pliozän (durchschnitt über 2 Jahre) Alexey V. Fedorov, Christopher M. Brierley & Kerry Emanuel Nature 463, (25 February 2010) 9

10 Das Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO 2 zu letzt über 350 ppm lag... Das Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO 2 zu letzt über 350 ppm lag... Dritte Lektion: Das CO 2 liegt seit einige Jahren über dem des Pliozäns. Das konnte reichen um das Eiszeitalter an der nördlichen Hemisphäre zu beenden. Abstieg des CO 2 in Klimasimulationen notwendig für die Vergletscherung der nordlichen Hemsiphäre. Abschmelzrate entsprechend 0.5 mm/jahr in Meeresspiegelanstieg WAIS: weitere 5 m Meeresspiegeläquivalent von Eis Grünland: 7 m Meeresspiegeläquivalent von Eis Quelle: IPCC 2007 Naish et al., Nature 458, (19 March 2009) 10

11 WAIS zeitweise komplett abgeschmolzen Zeit, Millionen Jahre vor heute geläquivalent (m) Meeresspieg Naish et al., Nature 458, (19 March 2009) David Pollard & Robert M. DeConto, Nature 458, (19 March 2009) Meeresspiegel (mm m) bis 1930: < 1 mm/jahr heute 3.1 ± 0.7 mm/jahr IPCC cm Prognosen der Weltklimarat 19 cm Differenz: 39 cm (cm) Meere esspiegelanstieg ( IPCC

12 CO 2 Heizung an verpflichtete Reaktion Gleichgewicht Temperatur Vorübergehende Reaktion Reaktionszeit Zeit Heute + 10 m ~ Jahr ? Meeresspiegel (m) Vorübergehende Reaktion Gleichgewicht ~ + 25 m Ausgleichsrate: ~ cm/jahr Temperatur auf Antarktis (Unterschied von heute, C) Rohling et al.,

13 Present day + 67 m ~ Jahr ? Vierte Lektion: Die Eisschilde sind instabil. Sie schmelzen langsam und die langsamme Reaktion kann täuschen. Das langfristige Gleichgewicht für das heutige CO 2 liegt bei + 25 m Meeresspiegelequivalent. Und was machen wir? Fazit Mit CO 2 ist nicht zu spielen. Das Klima der Erde ist sehr empfindlich. Es kann sich schnell und nachhaltig ändern. Es wird keine Katastrophe für die Erde sein, aber für uns... CO 2 Emission, Gt/Ja ahr Die Krise Corinne Le Quéré, et al. Nature Geoscience 2, November

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