Energie und das globale Klima: Natur, Mensch und Technik

Transkript

1 Energie und das globale Klima: Natur, Mensch und Technik 6. Stunde Klimafakten Christoph Buchal Forschungszentrum Jülich und Universität zu Köln Köln, , Sommer 2018 PDFs der Folien: Buchal FZJ, Lectures Universität zu Köln

2 HEUTE Seminarvortrag: Fracking Universität zu Köln

3 WICHTIG! Credit Points: 1. Teilnahme an der Vorlesung mit Unterschrift und ein Prüfungsgespräch von 10 min 3 CP 2. Teilnahme am Seminar nach der Vorlesung und ein eigener Vortrag 1,5 CP Insgesamt können Sie also 4,5 CP erwerben Das SEMINAR findet statt nach der Vorlesung, hier im Hörsaal: Seminarthemen u.a.: Plattentektonik Fracking Geothermie Ozeane Photosynthese Ozon Brennstoffzellen Methanhydrat Wärmepumpe Therm. Kraftwerke PV (f. Entwicklungsländer) Universität zu Köln

4 Corioliskraft - ganz anders betrachtet Neigung der Bahn: 51 Köln-Nord liegt bei 51 nördl. Breite

5 Rückblicke: Weltall Sonne und Planeten Erdgeschichte Klimageschichte Kohlenstoffinventar

6 13,7 Milliarden Jahre

7 9,2 Milliarden Jahre später, vor 4,5 Mia. Jahren: Höllenzeit Reste von Sonnen, Supernovae (schwere Elemente), Kometen, Wasser,..

8 Anteil der eingesammelten Elemente im Sonnensystem Variation: 12 Zehnerpotenzen Wir leben von Generationen vergangener, längst explodierter Sterne Kernfusion: Helium bis Eisen, darüber hinaus in Supernova erbrütete Elemente

9 9,1 Milliarden Jahre später, vor 4,5 Mia. Jahren: Höllenzeit Glücksfall: Riesiger Klumpen Erdkruste wird zum MOND, stabilisiert die Erdachse schwere Elemente, Wasser,

10 13, 7 Milliarden Jahre Energieerhaltung E = mc² Strahlung Ausdehnung Abkühlung Elementare Materie (? Antimaterie geht verloren) Gravitation Sonnen Kernfusion Massen bis Eisen Kollaps, Supernovae (Krebsnebel... Schwere Elemente erbrütet Unser Sonnensystem ( heute Strahlungshintergrund 2,7 K ) Erde, Photosynthese, Leben im Wasser, erschafft Atmosphäre Leben auf dem Land Sie und ich

11 Der Wunder sind allzu viele Sonne: 150 Mio km; 5800 K; 4,6 Mia Jahre alt Jupiter: Unser Meteor-Fänger (fast eine 2. Sonne) Venus: run-away-treibhaus Mars: zu klein, zun kalt Weltall: 2,7 K Mond: 255 K (= - 18 C) Wir: 288 K ( = 15 C) wg. 33 K Treibhauseffekt eine wundervolle, passende Temperatur für die 3 Phasen des Wasser

12 Bakterien 3 Mrd Jahre Saurier Mio J. 1 Finger lang Letzter Millimeter 3 Mio J. unser Eiszeitalter Diese Warmzeit J Nur 4/1000 mm fast nichts

13 Schwankungen immer dominant Vor100 Mio Jahren ca. 10 C wärmer, dann 2 C kälter als heute 3 Mio Jahre: Kaltzeit bis heute! Diese Kaltzeit ist jetzt vermutlich durch fossiles CO2 abgebremst

14 Seit der Zeit der Dinos fallen die Temperaturen überall! Universität zu Köln

15 The Earth keeps going thru very unstable climate conditions Super- Chaos- Climate Universität zu Köln

16 Universität zu Köln

17 Riesige natürliche Schwankungen

18 Ich habe zwei Kaltzeiten Eiszeiten in Nordeuropa durchgemacht! ( Jahre!) Und dann diese Wechsel (KLIMA S. 112 f.) Universität zu Köln

19 Klima-Theorie: eigentlich sind nur 2 Zustände richtig stabil Total vereist oder total ohne jedes Eis Albedo: 0,3 1

20 Der ganz langsame Thermostat der Erde Vulkane: 0,2 Gt CO 2 / Jahr (z. Vgl.: derzeit sind 3200 Gt in der Luft) Regen, Verwitterung: CO 2 wird ausgewaschen, Kalkstein CaCO 3 bildet sich (s.oben) Tektonik schiebt Kalkstein in die Tiefe es wird kälter Eis, Schnee, Albedo snowball earth Jahre Vulkanismus Gt CO 2 starker Treibhauseffekt

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22 Eisbohrkern aus dem Hohlbohrer

23 Sensationell: Eisbohrkerne aus 4000 m Tiefe, Antarktis, ca. 1 Mio Jahre

24 Die Klimawissenschaften sind nicht so eindeutig wie Experimentalphysik oder Mathematik, sondern so komplex wie die Medizin. Sie haben aber nur einen einzigen Patienten, die Erde. Ex. viele unterschiedliche Parameter: Orte (Stadt, Land, Kontinent, ) Zeitspannen (Klimaperioden, Jahre, Jahreszeiten) Messgrößen ( T, Wind, Regen, Hochwasser, Vereisung) Je größer eine Zusammenfassung wird, desto unübersichtlicher Universität zu Köln

25 Klimaerwärmung veranschaulicht durch die statistische Verteilung

26 Klima Statistik ist eine eigenständige Kunst für Temperaturen

27 S. 125: Skala: 5,5 C Mittelung für ganze Jahre, dagegen

28 Klima S. 125 Sommer: 7 C Winter: 14 C (Warum?) Man kann sehr viele unterschiedliche Statistiken aufstellen viele Trends

29 Geschätzte Kohlenstoff - Flüsse (ca.2008) CO2 = C x 3,7

30 3200 Gt CO2

31 KLIMA S. 163: Die fossilen Vorräte Gt C Milliarden Tonnen Kohlenstoff Verbraucht Noch in der Erde Für 2-Grad erlaubte Restmenge: Gt C (20-40 Jahre) modellabhängig 400 ppm CO ppm. Oder mehr?

32 IPCC Technical Summary No. 5 (2014) ab 1850 Luft ü. Land: + > 1 C Ozean Oberfl: + > 0,5 C Luft ü. Ozean: + > 0,5 C Meeresspiegel: ca. +25 cm Arkt. Eis: abnehmend Universität zu Köln

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34 Was erwartet man, wenn sich das Klima erwärmt? Wo erwartet man maximale Effekte?

35 Isobaren und Windpfeile für Sommer- Hoch bei uns Tief links liegen lassen, Hoch dagegen rechts (hier: Blockierendes Hoch)

36 Feucht Trocken (H) Feucht (T) Trocken (H) Feucht

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38 Planckscher Strahler, Stefan-Boltzmann: Leistung ~ T hoch 4

39 Wärmestrahlung, Sättigung, Wasserdampf und CO 2 IR-Absorption durch IR-Molekülschwingungen (existieren nicht bei O 2, N 2 ) 100%: vollständige Absorption der IR-Strahlung, Sättigung jedoch: Fenster bei 10 µm Weiterer Anstieg (Verdopplung) der CO 2 - Konzentration bewirkt immer weniger Erwärmung (3 C statt 8,6 C) Universität zu Köln

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41 Sonne: hochwertige Photonen, MEHR als Wärme H2O und CO2 und andere: + 33 C Universität Erdoberfläche zu Köln im Mittel 15 C warm (Unser Mond: - 18 C)

42 Bessere Isolierung Abstrahlung sinkt Skintemperatur (Atmosphäre in 6 km) sinkt SKIN - Temp.: -18 C = 255 K H2O: 2,6% 20 C; CO2: 0,04%= 400 ppm 8,6 C; O3: 0,04 ppm 2,3 C; N2O: 0,32 ppm 1,3 C; CH4: 1,8 ppm 1 C Erdoberfläche im Mittel 15 C warm (Unser Mond: - 18 C) Universität zu Köln

43 Aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaiaaaaa Aa Aaa aa Energie: Lebensnotwendig unser Alltag. LuxusDroge

44 Atmosphäre: 400 ppm = 3200 Gt CO 2 = 865 Gt C Jährliche Emiss: ca. 36 Gt CO 2 = 10 Gt C CO 2 gelöst in den Ozeanen: ca. 50 x mehr als in der Atmosphäre Universität zu Köln

45 Kleine Eiszeit: Die letzten Jahre

46 Universität zu Köln

47 The Earth keeps going thru very unstable climate conditions Super- Chaos- Climate Universität zu Köln

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