Geoengineering: Cooler Plan oder Größenwahn?

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Gefördert durch Dr. Claudia Wieners,

ScientistsforFuture

Version: 22. August 2021

Inhalt finalisiert Oktober 2020

Geoengineering: Cooler Plan oder Größenwahn?

Spotlight zum Thema

Klima

CC BY-SA 4.0; einige Grafiken, Fotos, Logos abweichend lizenziert bzw. unter Zitatrecht; vollständige Dokumentation ist

unter info-de.scientists4future.org/praesentationen/

in den Foliennotizen der Originaldateien verfügbar.

(2)

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A: D

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Zur Autorin

Dr. Claudia Wieners

Assistenzprofessorin am

Institute for Marine and Atmospheric Research, Utrecht (IMAU)

Fachgebiet: Physikalische Ozeanographie

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Wichtige Information:

Spotlights sind Kurzvorträge zu einem Thema. Zu den meisten Spotlights gibt es einen Screencast auf Youtube.

Ihr könnt die Folien einzeln für eure Vorträge nutzen. Wer mithelfen möchte, das Spotlight zu einer größeren

Foliensammlung auszubauen, meldet sich bitte bei Gregor

(g.m.hagedorn@gmail.com).

Weitere Informationen über Copyright, Lizenzen,

Nachnutzung in eigenen Vorträgen, Mithilfe, etc. finden sich auf weiteren Folien mit blauem Hintergrund (= für

Vortragende, nicht Zuhörende) am Ende dieses Foliensatzes.

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Geoengineering Cooler Plan oder

Größenwahn?

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Geoengineering Cooler Plan oder

Größenwahn?

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Das bekannte Problem …

Temperaturänderungen im Jahr 2100:

Selbst wenn alle Länder ihre

Versprechen von Paris einhalten, werden wir das 2-Grad-Ziel verfehlen.

4,8°C

1990 ²⁰²¹2030 2050 2100

0

2,73,1 4,1

2,01,5 Pfad für 1,5 °C →

Negative CO₂-„Emissionen“↑ °C°C

°C

°C Prognosen der

weltweiten jährlichen Treibhausgas- emissionen

Keine Maßnahmen:

„Business as Usual“

2,4°C

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Können wir den Treibhausgasausstoß schnell genug reduzieren?

Oder müssen wir die Erde künstlich abkühlen?

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„Tanz auf dem Vulkan“

Physikalische Grundlagen

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Die Erde abkühlen – Anregung aus der Natur

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Die Erde abkühlen – Anregung aus der Natur

: © Claudia Wieners CC BY-SA 4.0 | Bild: Public Domain

Explosiver Ausbruch Pinatubo (1991):



knapp 20 Megatonnen (Mt) Schwefeldioxid (SO

₂

) in die Stratosphäre



SO

₂

reagiert zu Schwefelsäure…

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Die Erde abkühlen – Anregung aus der Natur

Dünne Schwefelsäurewolke oberhalb des normalen

Wettergeschehens

reflektiert Sonnenstrahlung

→ Abkühlung

(≈ ½ Grad für ≈ 1 Jahr)

Schwefelsäurewolke

Gewitterwolken

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Pinatubo: 20 Mt SO

₂

→ 0.5 Grad Abkühlung

Wenn Pinatubo das kann … warum nicht wir?

 jährlich regelmäßig einige Mt SO₂ in die Stratosphäre einbringen

 zum Vergleich:

jährliche industrielle SO₂-Emissionen: ≈ 100 Mt SO₂

(in tieferen Luftschichten, wo es schneller ausgewaschen wird → saurer Regen)

Können wir das auch?

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Vorgeschlagene Techniken:



Spezielle (unbemannte) Flugzeuge



Ballons



Injektionsturm oder Mast?

Im Augenblick technisch nicht möglich, aber

wahrscheinlich erreichbar!

Transport in Stratosphäre technisch möglich?

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Vorgeschlagene Techniken:



Spezielle (unbemannte) Flugzeuge



Ballons



Injektionsturm oder Mast?

Im Augenblick technisch nicht möglich, aber

wahrscheinlich erreichbar!

Wenn wir Menschen wollen, können wir es versuchen.

Transport in Stratosphäre technisch möglich?

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Es gibt viele sogenannte Geoengineering-Methoden

In diesem Spotlight:

Schwefelsäurewolke

„Stratospheric Aerosol Injection“ (SAI)

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Andere Geoengineering-Methoden

1. CO₂ aus der Luft holen („Carbon Capture“)

Aufforstung, künstliche Verwitterung, Ozean düngen … 2. Sonnenlicht reflektieren („Solar Radiation Management“)

 Weiße Dächer / Straßen: Unzureichend (gut gegen lokale Hitzewellen?)

 Sahara weiß machen: Unzureichend; Austrocknung Sahel

 Ozean mit weißem Schaum bedecken: Möglich? Marine Ökosysteme?

 Ozeanische Wolken heller machen durch Salzstaub: Effizienz unsicher

 Künstliche Schwefelsäurewolke: Technisch am ehesten möglich.

3. Schadensbegrenzung

 Antarktische Eisschelfs mit Dämmen stabilisieren: Technisch möglich??

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SAI: Heilmittel für die fiebernde Erde?

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: © Claudia Wieners, CC-BY-SA 4.0

Heilt SAI das Klimaproblem?

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Die Ursache des Klimawandels:

Steigende Treibhausgas-Konzentrationen in der Atmosphäre.

Heilt SAI das Klimaproblem?

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Die Ursache des Klimawandels:

Steigende Treibhausgas-Konzentrationen in der Atmosphäre.

Das Symptom des Klimawandels:

Steigende Erdtemperatur.

Heilt SAI das Klimaproblem?

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Die Ursache des Klimawandels:

Steigende Treibhausgas-Konzentrationen in der Atmosphäre.

Das Symptom des Klimawandels:

Steigende Erdtemperatur.

→ SAI ist für den Klimawandel wie Paracetamol für Grippepatienten:

Es senkt die erhöhte Temperatur – nur Symptombekämpfung.

Heilt SAI das Klimaproblem?

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Heilt SAI das Klimaproblem?

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Heilt SAI das Klimaproblem?

Geoengineering durch SAI könnte trotzdem wertvoll sein, sofern

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Heilt SAI das Klimaproblem?

Geoengineering durch SAI könnte trotzdem wertvoll sein, sofern



es (einige) gefährliche Folgen des Klimawandels

hinreichend mindert,

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Heilt SAI das Klimaproblem?

Geoengineering durch SAI könnte trotzdem wertvoll sein, sofern



es (einige) gefährliche Folgen des Klimawandels hinreichend mindert,



die Nebenwirkungen nicht zu gravierend sind,

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Heilt SAI das Klimaproblem?

Geoengineering durch SAI könnte trotzdem wertvoll sein, sofern



es (einige) gefährliche Folgen des Klimawandels hinreichend mindert,



die Nebenwirkungen nicht zu gravierend sind,



die Kosten nicht zu groß sind,

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Heilt SAI das Klimaproblem?

Geoengineering durch SAI könnte trotzdem wertvoll sein, sofern



es (einige) gefährliche Folgen des Klimawandels hinreichend mindert,



die Nebenwirkungen nicht zu gravierend sind,



die Kosten nicht zu groß sind,

 politisch verantwortungsvoll damit umgegangen wird.

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

0 20 40 60 80 100

Injection Rate [Tg(S)/year]

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Radiative Forcing [W/m2 ]

Radiative forcing per annual SO2 injection

Niemeyer & Timmreck, 2015 Kleinschmitt et al., 2017

37 Mt (S)/yr ≈ 3.7 Pinatubo / Jahr

5W/m²: Kompensation für CO₂ = 2x vorindustriell

(eine von mehereren Modelstudien)

Strahlungsantrieb vs jährlichem SO₂-Eintrag

Wieviel Abkühlung ist möglich?

Kleinschmitt et a. 2018; Niemeier &Timmreck 2015

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Benötigte Aerosolmasse steigt mehr als linear mit erwünschtem Strahlungsantrieb!

0 20 40 60 80 100

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Niemeyer & Timmreck, 2015 Kleinschmitt et al., 2017

37 Mt(S)/yr 5W/m²

(eine von mehereren Modelstudien)

2.5W/m²

15 Mt(S)/yr

Strahlungsantrieb versus jährlichem SO₂-Eintrag

Wieviel Abkühlung ist möglich?

Grund:

Mehr Aerosolmasse

→ Tröpfchen „kleben mehr zusammen“

→ Tröpfchen-Größe steigt

statt nur die Tröpfchen-Anzahl.

→ Das Reflexionsvermögen sinkt Stärke des Effekts unsicher…

Kleinschmitt et a. 2018; Niemeier &Timmreck 2015

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Mögliche Begrenzung:

Abkühlung steigt weniger als linear mit Aerosolmasse!

Stärke des Effekts sehr unsicher:

Zwischen „keine Abschwächung“

und „Strahlungsantrieb < 2W/m

²

“!

0 20 40 60 80 100

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Niemeyer & Timmreck, 2015 Kleinschmitt et al., 2017 Tilmes et al., 2018 (estimate)

Strahlungsantrieb vs jährlichem SO₂-Eintrag

Wieviel Abkühlung ist möglich?

→ Vermutlich „mindestens 1 Grad“ (Unsicherheit!)

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Modellexperiment: CO

₂

-Zunahme

MIT

und OHNE Geoengineering

Temperatur

(global gemittelt)

Modelljahr Erwärmung über vorindustriellem Niveau (ºC)

Wenn wir mit SAI die Temperatur konstant halten …

Simulation 1:

CO₂ nimmt stetig zu (1 %/Jahr)

→ Erwärmung Simulation 2:

Mit SAI wird die Temperatur 50 Jahre lang festgehalten.

Danach hört SAI auf.

SAI = Zurück ins vorindustrielle Klima?

MacMartin & Kravitz, 2016

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Temperatur

(global gemittelt)

Modelljahr Erwärmung über vorindustriellem Niveau (ºC)

Modellexperiment: CO

₂

-Zunahme

MIT

und OHNE Geoengineering

SAI = Zurück ins vorindustrielle Klima?

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Temperatur

(global gemittelt)

Modelljahr

Erwärmung über vorindustriellem Niveau (ºC) Niederschlag

(global gemittelt)

Modelljahr

Niederschlagszunahme (mm/Jahr)

Wenn wir mit SAI die Temperatur konstant halten, …

Modellexperiment: CO

₂

-Zunahme

MIT

und OHNE Geoengineering

SAI = Zurück ins vorindustrielle Klima?

wird die Erde trockener!

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Modellexperiment: CO

₂

-Zunahme

MIT

und OHNE Geoengineering

Niederschlag

(global gemittelt)

Modelljahr

Grund für Niederschlagsabnahme:

SAI kühlt vor allem die Erdoberfläche;

CO₂ erwärmt vor allem die Luft in einigen Kilometer Höhe

→ stabilere Schichtung, weniger Schauerbildung.

SAI = Zurück ins vorindustrielle Klima?

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Temperatur

(global gemittelt)

Modeljahr

Erwärmung über Vorindust.(ºC)

Niederschlag

(global gemittelt)

Modeljahr

Wenn wir mit SAI die Temperatur konstant halten, …

Modelexperiment: CO

₂

-Zunahme

MIT

und

OHNE

Geoengineering SAI = Zurück ins vorindustrielle Klima?

wird die Erde trockener!

→ Wir können mit SAI nicht alle Aspekte des Klimawandels aufheben.

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Hilft SAI gegen „Kipppunkte“?

SO₂ SO₂

SO₂

Nein! NEIN! Nicht kippen!

Kippelement:

Gravierende Veränderung durch kleinen extra “Schubs” bzw. Überschreiten eines Kipppunktes, oft selbstverstärkend.

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Mögliche Kippelemente:

 Abschmelzen von Eiskappen

 Abschwächung des Golfstroms

 Austrocknung Amazonas-Regenwald

Hilft SAI gegen „Kipppunkte“?

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Hilft SAI gegen „Kipppunkte“?

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Hilft SAI gegen „Kipppunkte“?

(41)

Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Hilft SAI gegen „Kipppunkte“?

Gut möglich (Abkühlung)

Kann SAI helfen? Vermutlich

(laut Klimamodellen) Fraglich

(SAI → weniger Niederschlag)

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Hilft SAI gegen „Kipppunkte“?

Gut möglich (Abkühlung)

Kann SAI helfen? Vermutlich

(laut Klimamodellen) Fraglich

(SAI → weniger Niederschlag) Möglicher Vorteil SAI:

Wirkt sehr schnell. → Notlösung, wenn Tipping droht?

Aber: Noch viele offene Fragen zu erforschen!

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Kann SAI Klimawandelsymptome lindern?

Wieviel Abkühlung ist möglich?

Vermutlich „mindestens 1 Grad“ (Unsicherheit!)

Bringt SAI uns zurück ins vorindustrielle Klima?

Nicht exakt.

Zum Beispiel werden Regenmengen bzw. Regenverteilung sich ändern.

Kann SAI das Überschreiten von Kipppunkten verhindern?

SAI könnte zumindest in einigen Fällen die Wahrscheinlichkeit verringern, aber es besteht noch viel Forschungsbedarf.

Zusammenfassung

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Hat SAI gefährliche Nebenwirkungen?

Abhängigkeit: SAI abbrechen → Sehr schnelle Erwärmung!

Wir können also nicht (plötzlich) wieder aufhören …

Temperatur

(global gemittelt)

Modelljahr

Erwärmung über vorindustriellem Niveau (ºC)

Simulation 1:

CO₂ nimmt stetig zu (1 %/Jahr)

→ Erwärmung

Simulation 2:

Mit SAI wird die Temperatur 50 Jahre lang festgehalten.

Danach stoppen wir SAI.

→ Erwärmung wird binnen ca. 10 Jahren „nachgeholt“!

(45)

Hat SAI gefährliche Nebenwirkungen?

Abhängigkeit:

SAI abbrechen → Sehr schnelle Erwärmung!

Schäden:

→ Ozonschicht

vermutlich verzögert sich die Heilung des jetzigen Ozonlochs

→ Saurer Regen

geringer als der Effekt schwefelhaltiger Industrieabgase

→ Diffuse statt direkter Sonneneinstrahlung

gut für Pflanzen, Effizienzeinbußen für Solaranlagen!

→ Unvorhergesehene Effekte?

(46)

Hat SAI gefährliche Nebenwirkungen?

Abhängigkeit:

SAI abbrechen → Sehr schnelle Erwärmung!

Schäden:

→ Ozonschicht

vermutlich verzögert sich die Heilung des jetzigen Ozonlochs

→ Saurer Regen

geringer als der Effekt schwefelhaltiger Industrieabgase

→ Diffuse statt direkter Sonneneinstrahlung

gut für Pflanzen, Effizienzeinbußen für Solaranlagen!

→ Unvorhergesehene Effekte?

 Bekannte Nebenwirkungen reichen vielleicht nicht, um SAI auszuschließen – aber unbedenklich ist SAI nicht!

(47)

Oft behauptet: SAI ist billiger, als CO

₂

-neutral zu werden.

Preis SAI

„1 Pinatubo pro Jahr“ Hauptkostenfaktor:

Gas auf ca. 20 km Höhe bringen, z. B. mit (unbemannten) Flugzeugen.

Abschätzung:

2-8 Mrd. USD pro 5 Megatonnen

→ ≈ 8-32 Mrd. USD für „1 Pinatubo“

(0.01-0.04 % Welt-GDP pro Pinatubo)

Bedenke:

Es braucht vielleicht mehrere „Pinatubo pro Jahr“;

Kosten sind laufend (nicht Investition)

SAI – ein billiger Ausweg?

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SAI – ein billiger Ausweg?

… definitiv bezahlbar

… Investition für die Zukunft statt ewig laufender Kosten

… gute Nebenwirkungen (sauberere Luft)

… irgendwann brauchen wir ohnehin neue Energiequellen …

SAI: Wohl kurzfristig billiger – aber vielleicht trotzdem nicht günstiger.

 Schätzung: ≈0.5 % Welt-GDP pro Jahr

 vermutlich teurer als SAI, aber … Preis CO₂-neutral

werden bis 2060

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Wer kontrolliert den Thermostat?

Politische Fragen

„Moralisches Risiko“

Konfliktpotential

Werden wir nachlässig mit CO₂-Sparen, wenn Geoengineering einen einfachen Ausweg verspricht?

 Gute/schlechte Auswirkungen von SAI sind nicht gleichmäßig verteilt.

(Ist ein langsamerer Meeresspiegelanstieg größere Trockenheit im Sahel wert?)

Wer bestimmt, wieviel Geoengineering richtig ist?

 SAI ist billig genug, dass ein Land es im Alleingang machen kann.

→ Rechtzeitig vor technischer Ausreifung internationales Regelwerk aufstellen?

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Cooler Plan oder Größenwahn?

(51)

Cooler Plan oder Größenwahn?

(52)

Cooler Plan oder Größenwahn?



SAI ist riskant, ein unerhörter Eingriff ins Weltklima, …

… aber das gilt auch für Treibhausgasausstoß!



Treibhausgasreduktion muss Priorität haben.



SAI eventuell als Ergänzung:

zusätzliche Abkühlung, schnelle Wirkung



Wir sollten SAI zumindest ernsthaft, aber kritisch erforschen.

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Cooler Plan oder Größenwahn?



SAI ist riskant, ein unerhörter Eingriff ins Weltklima, …

… aber das gilt auch für Treibhausgasausstoß!



Treibhausgasreduktion muss Priorität haben.



SAI eventuell als Ergänzung:

zusätzliche Abkühlung, schnelle Wirkung



Wir sollten SAI zumindest ernsthaft, aber kritisch erforschen.

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Zeit

Erwärmung

2ºC 4ºC

”Desaster-Szenario”

Unkoordiniertes SAI

Ungebremster Treibhausgas-

ausstoß

Cooler Plan oder Größenwahn?

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Zeit

Erwärmung

2ºC 4ºC

Zeit

Erwärmung

2ºC 4ºC

”Desaster-Szenario”

Unkoordiniertes SAI

Ungebremster Treibhausgas-

ausstoß

Mögliches sinnvolles Szenario

Mit SAI von 2.3 Grad zu 1.5 Grad

Cooler Plan oder Größenwahn?

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Ein von der Autorin eingesprochener Screencast dieses Spotlights befindet sich unter https://youtu.be/BirCaSU0IPU

Alle als Screencast verfügbaren Spotlights finden sich unter

https://www.youtube.com/ScientistsforFuture/playlists

Die Präsentationsfolien inkl. Quellen zu diesem Spotlight befinden

sich unter https://info-de.scientists4future.org/praesentationen/

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Vorlage für: Gesammelte Endnoten

Thomas, M. A., Timmreck, C., Giorgetta, M. A., Graf, H.-F., and Stenchikov, G., 2009: Simulation of the climate impact of Mt. Pinatubo eruption using ECHAM5 – Part 1: Sensitivity to the modes of atmospheric circulation and boundary conditions, Atmos. Chem. Phys., 9, 757–769,

https://doi.org/10.5194/acp-9-757-2009

Niemeier, U. and Timmreck, C., 2015: What is the limit of climate engineering by stratospheric injection of SO₂?, Atmos. Chem. Phys., 15, 9129–9141, https://doi.org/10.5194/acp-15-9129-2015

Tilmes, S., Richter, J. H., Kravitz, B., MacMartin, D. G., Mills, M. J., Simpson, I. R., Glanville, A. S., Fasullo, J. T., Phillips, A. S., Lamarque, J., Tribbia, J., Edwards, J., Mickelson, S., & Ghosh, S. (2018). CESM1(WACCM) Stratospheric Aerosol Geoengineering Large Ensemble Project, Bulletin of the American Meteorological Society, 99(11), 2361-2371. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-17-0267.1

MacMartin, D. G. and Kravitz, B., 2016 : Dynamic climate emulators for solar geoengineering, Atmos. Chem. Phys., 16, 15789–15799, https://doi.org/10.5194/acp-16-15789-2016

Justin McClellan et al., 2012 Cost analysis of stratospheric albedo modification delivery systems, Environ. Res. Lett. 7 034019 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/7/3/034019

Energy Transitions Commission (ETC), 2020 Making Mission Possible – Delivering a Net-Zero Economy https://www.energy-transitions.org/publications/making-mission-possible/

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Allgemeine Informationen

(Spotlights) S4F Folien aus Spotlights und Material-

sammlungen stehen unter offenen Lizen- zen. Sie können z. B. für eigene Vorträge, Poster oder Flyer genutzt werden.

Für eine fertige Präsentation ist es

wichtig, sorgfältig auszuwählen und die Inhalte eigenständig zu erkunden und in eigene Zusammenhänge zu bringen.

Wir ermutigen euch dazu, den eigenen Bezug zum Thema als Ausgangspunkt zu wählen und selbstbewusst den hier

aufgeführten wissenschaftlichen Konsens weiterzutragen.

Wir wünschen euch viel Erfolg!

Weitere Infos:

Viele Folien helfen, den Stand der Forschung objektiv darzustellen. Andere Folien (z. B. Handlungsoptionen, Einschätzungen, Kritik, positive Entwicklungen) erheben hingegen keinen Anspruch auf Objektivität.

Die Folien enthalten zusätzliche Informationen (z. B.

Quellen). Stellt euer Programm zur Bearbeitung der Folien bitte so ein, dass der Notes / Notizbereich sichtbar ist.

Dort sind auch Copyright/Lizenzangaben. Diese dürfen (außer bei CC0) nicht gelöscht werden (aber an anderer Stelle erscheinen). Bei Überarbeitung bitte den eigenen Namen hinzufügen („© Erstautoren, modif. EuerName“).

Mehr in „Vertiefte Informationen zu Lizenzen.pptx/pdf “.

Für einige Folien gibt es Varianten für verschiedene Zielgruppen bzw. kurz für Vortrag + lang für Druck/Web.

Folien mit blauem Hintergrund (wie hier) sind Hinweise für die Vorbereitung, nicht zur Anzeige im Vortrag.

Schriftarten (OpenSource) sind im S4F Downloadbereich als „Diese_Fonts_eventuell_installieren.zip“ verfügbar.