Klimawandel und seine Ursachen

Klimawandel und seine Ursachen

Dr.-Ing. Hans Oerter

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft (HGF)

Hans.Oerter@awi.de

foto: hans oerter, 2011

foto: hans oerter, 2011

Ökonomie ? Ökologie privater Konsum Nachhaltigkeit

Lebensstandard

Energiebedarf

einige nützliche Hinweise aufs Internet:

IPCC 4 ^th Assessment Report 2007:

http://www.ipcc.ch

The AR4 Synthesis Report/Summary for Policy Makers in Deutsch:

Deutsche IPCC-Koordinierungsstelle Univ. Stuttgart, Hessbrühlstr. 49a

70565 Stuttgart; www.de-ipcc.de

Umweltbundesamt

http://www.umweltbundesamt.de

1) Was ist Klima ?

Klima (griech.) = Neigung Wetter: heute

Witterung: Woche bis Monat

Klima: 30 Jahre (1961-1990)

Erde

Klima (griech.) = Neigung

Sonne

Energie pro Fläche

N

S

(Nordwinter)

4

3

2

Aus: Brockhaus Enzyklopädie, F.A. Brockhaus, Mannheim, 19. Aufl., 1990

Die Klimazonen der Erde nach W. Köppen

Golfstrom

2) Wie hat sich das Klima in der Vergangenheit geändert ?

2.2 Eis als Archiv für Klimaänderungen 2.1 Temperaturänderungen in den

letzten 1000 und 100 Jahren

2.3 Tiefe Eiskernbohrungen in der

Antarktis (und in Grönland)

Daten von Thermometern (rot) von Baumringen, Korallen, Eiskernen sowie historischen Aufzeichnungen (blau)

2.1 Änderung der Lufttemperatur

Abweichung der T emperatur (°C) vom Mittel der Jahr e 1961-1990

Pieter Brueghel d.J.

(1564-1638) Mittel 1961-1990

+ 0.4 °C

global

+ 0.7 °C

Nordhem.

Mittel 1961-1990

1860 AD 2000 AD

1000 AD 2000 AD

Pieter Brueghel d.J. (1564-1638): Winterlandschaft mit Vogelfalle I, 1601.

• Jahresmittelwerte der Lufttemperatur (Flächenmittelwert für die Bundesrepublik Deutschland) • Mittelwert 1961-1990 (zur Zeit gültiger Bezugszeitraum der WMO)

• Linearer Trend 1891-2009

1961-1990

zum Klima von Bremen

Quelle: www.dwd.de

Tagesmittel Monatsmittel

1961-1990 = 30 Jahre = Klima

Quelle: www.dwd.de

zum Klima von Bremen

Tagesmittel Monatsmittel

Jahresmittel

Quelle: www.dwd.de

zum Klima von Bremen

Tagesmittel

Monatsmittel

Jahresmittel

zum Klima von Bremen

Quelle: www.dwd.de

1991-1996 (6 Jahre)

Abkühlung -1.9 °C pro 10Jahre

zum Klima von Bremen

Quelle: www.dwd.de

1991-2000 (10 Jahre)

Abkühlung -1.9 °C pro 10Jahre

Erwärmung 0.9 °C pro 10Jahre

zum Klima von Bremen

Quelle: www.dwd.de

Erwärmung 0.9 °C pro 10Jahre

1991-2009 (19 Jahre) Erwärmung 0.6 °C pr

o 10Jahr e

Abkühlung -1.9 °C pro 10Jahre

2.2 Eis als Archiv für Klimaänderungen

foto: hans oerter

500 - 1000 km ca. 2000 km 100 - 700 km Summit

Akkumulation Schneezutrag

Schmelzen Ablation Eisberg- kalben

Tafeleisberge Inlandeis/

Eisschild

Fels subglaziales Schmelzen

Schelfeis Meer

Meer

grafik: h. oerter, 2009

Grönland

Gleichgewichtslinie

Antarktis

Aufsetzslinie

typisch für

Schematischer Querschnitt durch einen Eisschild

Eismächtigkeit

Eismächtigkeit

Maximal: 4775 m

Eisfließlinie Ablationsgebiet Akkumulationsgebiet

Inlandeis Antarktika entspricht 61,1m Meeresspiegeländerung

Inlandeis von Grönland entspricht 7,2 m Meeresspiegeländerung (IPCC 2001)

Ein Eisschild baut sich aus über einander

liegenden

Jahresschichten auf.

s: hans oerter

Das Klima-Archiv Eis speichert Informationen zu:

foto: h. oerter, 1973

δ ¹⁸ O, δ ² H

foto: h.oerter, 2006

CO 2

N 2 O

CH 4

O 2

N 2 Gasgehalt in der Atmosphäre

Lufttemperatur

Aerosole

Das “Isotopen-Thermometer” (δ ¹⁸ O)

Sommer/warm

Winter/kalt

2005 2004 ‘03 2002 2001 2000 1999 1998 ‘97 ‘96 1995

-44.6 °C -50.9 °C -35.1 °C

2.3 Tiefe Eiskernbohrungen in der Antarktis (und in Grönland)

, 2006

Kohnen

Dome C

Vostok Dome A Dome F

Law Dome

Talos D.

Taylor D.

Siple D.

Byrd Siple St.

Dyer Pl.

B15 Berkner Is.

Südpol

JARE

3029m, >700 ka

Russl., F, US

3600m, 420 ka

China,

I, F, D, UK Weddellmeer

Rossmeer Antarktische

Halbinsel EPICA-DML,

2774m, >250 ka

EPICA-DC,

3270m, 890 ka

Eiskerntief- bohrungen in

der Antarktis

Neumayer

foto: hans oerter, 2006

Wie bohrt man einen tiefen Eiskern?

Logistik und Bohrtechnik

10° W 0° 10°E

10° W 0° 10°E

20°W 30°W

74°S 72°S 70°S 68°S

74°S 72°S 70°S

76°S

3000 2500

2000 1500 1000

500

500 1000 1500 2000

2500 3000

Neumayer

SANAE IV

Troll

Wasa

Kottas

Camp DML

05

Amundsenisen

Wegenerisen

Brunt- schelfeis

iiseR

r- Sch

elfeis

Larse n-

Heime frontf.

Kirwanv.

H.U.Sve

rdrupf.

Dronning-Maud-Land

Ritscherflya

Weddellmeer

Ju tulstraume

n

0 km 500

SANAE

Hall

III

ey

Nowolaserewskaja

Meer Schelfeis Inlandeis, gegründetes Eis 2000 Höhenlinie Aufsetzlinie

Kohnen

Kohnen

Südpol

10° W 0° 10°E

10° W 0° 10°E

20°W 30°W

74°S 72°S 70°S 68°S

74°S 72°S 70°S

76°S

3000 2500

2000 1500 1000

500

500 1000 1500 2000

2500 3000

Neumayer

SANAE IV

Troll

Wasa

Kottas

Camp DML

05

Amundsenisen

Wegenerisen

Brunt- schelfeis

iiseR

r- Sch

elfeis

Larse n-

Heime frontf.

Kirwanv.

H.U.Sve

rdrupf.

Dronning-Maud-Land

Ritscherflya

Weddellmeer

Ju tulstraume

n

0 km 500

SANAE

Hall

III

ey

Nowolaserewskaja

Meer Schelfeis Inlandeis, gegründetes Eis 2000 Höhenlinie Aufsetzlinie Großbritannien

Traversenrouten: Schweden Deutschland Norwegen

Kohnen

Kohnen

fotos: hans oerter

Ankunft bei Kohnen (9. Jan. 2008)

foto: hans oerter, 2008

Basler BT67 (DC-3)

to: hans oerter, 2006

EPICA-Bohrcamp Kohnen-Station

W erkstatt Generator Schneeschmelze 2 Schlafräume á 4 Pers.

Sanitär container Küche Messe Funk, PC, e-mail

Kohnen-Station

75°S, 0 °E, 2882 m

Zum Bo hren

, 2006

, 2005

Hüllrohr

Kernrohr & Bohrkrone Bohrturm

Motor & Elektronik Antitorque

innen: Kammer f. Bohrmehl

foto: hans oerter, 2006

Erste Inspektion des frischen Kerns

Twin-Otter von British Antarctic Survey (BAS)

, 2006

Probenzuteilung aus dem Eiskern

33 x 33 mm

15 mm 24 mm

54 mm 44 mm

55 mm

98mm

foto: hans oerter, 2006

10 mm

Dünnschnitte CFA δ ¹⁸ O

10 Be Archiv

Gase,

Staub

$QWDUFWLFLFHFRUHUHFRUGV9RVWRNDQG(3,&$&2

&+

DQG D '

7L[P[L[HS =VZ[VR:PLNLU[OHSLYL[HS+VTL**6 :WHOUPL[HS+VTL**/,70*(JVTT\UP[`TLTILYZD+

&2 SSPY

*VSK

>HYT

D'LFHÆ

$JHN\U%3

&+ SSEY

,70*(+VTL*KH[H

=VZ[VRISHJRHUK+VTL*IS\LKH[H

=VZ[VRISHJRHUK+VTL*IS\LKH[H

,70*(KH[HHYLWSV[[LKVU,+*=VZ[VRKH[HVU.;[PTLZJHSL

100 300 500 700

heute=1950 AD

vor 1850 AD heute 387

Jedes antarktische Isotopen Maximum (AIM) im EDML- Kern entspricht einem Dansgaard/

Oeschger (DO ) Ereignis in

Grönland (NGRIP)

In der Antarktis beginnt die

Erwärmung in einer Kaltphase (Stadial) des Nordens, die Abkühlung in

einer Warmphase (Interstadial)

Quelle: EPICA community members: Nature ,Vol. 444, 2006)

Vergleich Antarktis (EDML) - Grönland (NGRIP)

AIM

DO

NGRIP members, Nature (2004)

NGRIP

EDML Antarktis

Grön-

land

3) Was sind die Ursachen für Klimaänderungen ?

3.1 “Orbital forcing”

3.2 Albedo der Erdoberfläche 3.3 Treibhausgase

3.4 Bevölkerungswachstum

Sonne

23.5°

Erde

Erdschiefe Exzentrizität

Präzession

4. Jan. 3. Juli

Erdumlaufbahn Erdumlaufbahn

22-24.5°

(23.000 Jahre)

(100.000 Jahre) (41.000 Jahre)

3.1 “Orbital forcing”

5040 3020 100

x1 0

-800 -700

-600 -500

-400 -300

-200 -100

0

Kilo-Jahre vor heute (1950 A.D.) 25.0

24.0 23.0 22.0

-40-2020400

x1 0

500 480 460 440 420 400

Exzentrizität

Schiefe

Präzession

Einstrahlung (W/m ²) 65° N, Juli

65° S, Januar

Quelle: Berger & Loutre (1991), Quatern.Sci.Rev, 10(4)

Die Sonneneinstrahlung ändert sich mit der Zeit

3.2 Albedo der Erdoberfläche

(Rückstrahlungsvermögung einer Oberfläche)

Albedo der Erdoberfläche

Schnee ~80 % Wald ~20% Wasser~5 %

foto: h. oerter, 2007 foto: h. oerter, 1996 foto: h. oerter, 1996

Treibhauseffekt

Erde

Atmosphäre

kurzwellig langwellig

Sonne

H 2 O

N 2 O CO 2

CH 4

+15°C

mit

-18°C

ohne

Treibhausgase

Schichtdicke Atmosphäre nicht maßstäblich!

3.3 Treibhausgase

Treibhauseffekt

Erde

Atmosphäre

H 2 O

kurzwellig langwellig

Sonne

Schichtdicke Atmosphäre nicht maßstäblich!

CO 2

CH 4

N 2 O

44

Kohlendioxid-Gehalt in der Atmosphäre

Summary for Policymakers IPCC WGI Fourth Assessment Report

(23.5 [22.0 to 25.0] GtCO ₂ ) per year in the 1990s, to 7.2 [6.9 to 7.5] GtC (26.4 [25.3 to 27.5] GtCO ₂ ) per year in 2000–2005 (2004 and 2005 data are interim estimates). Carbon dioxide emissions associated with land-use change are estimated to be 1.6 [0.5 to 2.7] GtC (5.9 [1.8 to 9.9] GtCO ₂ ) per year over the 1990s, although

these estimates have a large uncertainty. {7.3}

FIGURE SPM-1. Atmospheric concentrations of carbon dioxide, methane and nitrous oxide over the last 10,000 years (large panels) and since 1750 (inset panels). Measurements are shown from ice cores (symbols with different colours for different studies) and atmospheric samples (red lines). The corresponding radiative forcings are shown on the right hand axes of the large panels. {Figure 6.4}

Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch)

Zeit (Jahre vor 2005)

heute

Messung an Eisproben

Beitrag zu Vorl. Wirtschaftsethik, Hochschule Bremerhaven, 01. April 2011

Messung an Luftproben

seit 1958

1835 1864 1886

Kyoto

1835 1864 1886

3.4 Wachsende Weltbevölkerung

4) Status quo und Szenarien für die Zukunft (IPCC Report 2007)

4.1 Lufttemperatur 4.2 Meeresspiegel

www.ipcc.ch

Beitrag zu Vorl. Wirtschaftsethik, Hochschule Bremerhaven, 01. April 2011 47

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Eos, Vol. 91, No. 37, 14 September 2010

VOLUME 91 NUMBER 37 14 SEPTEMBER 2010

PAGES 325–332

Questions about global warming concern climate scientists and the general public

alike. Specifically, what are the reliable sur- face temperature reconstructions over the past few centuries? And what are the best predictions of global temperature change the Earth might expect for the next century?

Recent publications [National Research Council (NRC ), 2006; Intergovernmental

Panel on Climate Change (IPCC ), 2007] per- mit these questions to be answered in a sin- gle informative illustration by assembling temperature reconstructions of the past

thousand years with predictions for the next century. The result, shown in Figure 1, illus- trates present and future warming in the

context of natural variations in the past [see also Oldfield and Alverson, 2003]. To quote a Chinese proverb, “A picture’s meaning can express ten thousand words.” Because it suc- cinctly captures past inferences and future projections of climate, the illustration should be of interest to scientists, educators, policy makers, and the public.

Surface Temperatures in the Past

Surface temperatures for Earth are most reliably known for the period 1850 to pres- ent, the time interval for which there is rea- sonable global coverage of meteorological stations measuring temperature in a system- atic manner [Hansen et al., 2001; Smith and Reynolds, 2005; Brohan et al., 2006].

The instrumental record part of Figure 1 represents global annual temperature anom- alies for 1850–2008 [Brohan et al., 2006].

Temperature during this time has increased by about 0.8°C, with much of the warming occurring since 1975. Annual records for

individual stations and for groups of stations exhibit both large (~1°C) interannual vari-

ability and decadal or longer periods of both warming and cooling.

Because temperature reconstructions are generally made in terms of a temperature change, also referred to as a temperature

anomaly, the zero point on the scale is

arbitrary. The reference level in Figure 1 is defined as the 10-year average of tempera- tures for the years 1995–2004, centered on 1 January 2000. It is a convenient reference for changes in past centuries and for view- ing temperature change in this century.

Temperatures prior to the instrumental record are derived from various proxy esti- mates such as tree rings, corals, and sedi- ments; from observations and inferences of glacier length changes; and from sub- surface temperatures measured at regular intervals within boreholes. The curves in Figure 1 are taken from NRC [2006] and rep- resent different estimates of temperature for the Northern Hemisphere. Weighted to midlatitudes, they are also smoothed ver-

sions of actual temperature changes with the degree of smoothing unique to the particular

reconstruction method [NRC, 2006, and ref- erences therein]. Differences between the various curves represent different spatial sampling, latitudinal emphasis, seasonal- ity, and methodologies. This collection of curves suggests that the Northern Hemi-

sphere was relatively warm around 1000 C.E.

(but not as warm as current temperature), that the period 1500–1850 was relatively cool, and that there has been considerable warming since 1900 [NRC, 2006].

Borehole Temperatures Confirm Long-Term Climate Change

Subsurface temperatures measured in boreholes register not only the steady state heat flowing out from the interior of the Earth but also transient departures attribut- able to past surface temperature changes [e.g., Lachenbruch and Marshall, 1986; Harris and Chapman, 2001]—in essence, the heat of the Earth’s atmosphere diffuses into the Earth’s crust such that progressively deeper regions hold signatures for the temperatures of progressively older times. Through the

Climate Change:

Past, Present, and Future

PAGES 325–326

Fig. 1. Views of temperature change in the next century are informed by temperature changes in the past. For illustrative and educational purposes, three sets of surface temperatures have been assembled: 1000-year reconstructions of past temperature change based on proxies (tree rings,

Climate Change: Past, Present, and Future 4.1

EOS, Transactions, American Geophysical Union, Vol.91, No. 37, 14 Sept. 2010

Mittel 1980-1999

Informationen aus dem IPCC- Report 2007:

Erhöhung der mittleren globalen Lufttemperatur

Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch)

18cm 38cm

23cm 51cm Meeresspiegelanstieg

Mittel 1980-1999

CO

konstant wie 2000 AD

Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch)

Anthropogen Natürlich

Gletscher und Eiskappen Grönland

Antarktis

Informationen aus dem IPCC- Report 2007:

Meerespiegelerhöhung und Ursachen

1961-2003

mm pro Jahr

38.2%

45.4%

4.5%

12.7%

0.42 ±0.12

0.50 ±0.18

0.05 ±0.12 0.14 ±0.41

1993-2003

mm pro Jahr

27.5%

7.5% 7.5%

57.1%

1.6 ±0.5

0.77 ±0.22 0.21 ±0.35 0.21 ±0.35

Summe Modell: 1.1 ±0.5

Summe Messung: 1.8 ±0.5

Differenz: -0.7 ±0.5

(100%) 2.8 ±0.7

3.1 ±0.7 -0.3 ±1.0

(100%)

Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch)

4.2

Ozean -

Ausdehnung

durch Erwärmung

Süddeutsche Zeitung 24. Sept. 2009

foto: hans oerter, 2010

Wo bleibt der Mensch ?

Sie müssen sich dieser Frage stellen !

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

, 2008

Abtauchen ist keine Lösung !