klima gestern und morgen – einsichten der klimaforschung · 2010-04-29 · das morgen beginnt...
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4/28/2010
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Studium generaleKlimawandel und Energiewende –das Morgen beginnt heute
Klima gestern und morgen –Einsichten der Klimaforschung
Michal KuceraI tit t fü G i h ft U i ität TübiInstitut für Geowissenschaften, Universität Tübingen
2 CH2 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O
Die Atmosphäre
2 CH2 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O Atmosphäre: 750 Gigatonnen Kohlenstoff
Vegetation: 600 Gt C
Der globale Kohlenstoffkreislauf
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2
2 CH2 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O
Industrielle Revolution um 1750: fossile Brennstoffe
James Watt (1736-1819) und seine Dampfmaschine
2 CH2 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O Atmosphäre: 750 Gigatonnen Kohlenstoff
Vegetation: 600 Gt C
Fossile Brennstoffe: 4000 Gt C
Der globale Kohlenstoffkreislauf
2 CH2 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O
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Emission des CO2 im Jahr 2000:~ 1 % des Gehalts der Atmosphäre pro Jahr
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mis
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, Gt/J
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Global annual fossil fuel carbon dioxide emissions, in million metric tons of carbon.Original data: Marland, G., T.A. Boden, and R. J. Andres. 2003. "Global, Regional, and National CO2 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
2 CH2 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O
CO2 absorbiert kurzwellige Strahlung: Treibhauseffekt
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O2,
ppm Sauerstoffgehalt
sinkt ab
2 CH2 + 3 O2 → 2 CO2 + 2 H2O
sion
, Gt/J
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CO
IsotopischeSignatur fossiler Brennstoffe
Quelle: IPCC 2007
Beobachtung 1: Kohlenstoff in der Atmosphäre steigt
CO
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Gasbläschen im Eis: Atmosphäre der Urzeit
pmC
O2,
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Quelle: IPCC 2007
Gasbläschen im Eis: Atmosphäre der Urzeit
Zeit, Jahre vor Heute
April 2010: 389 ppm
Gasbläschen im Eis: Atmosphäre der Urzeit
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Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer
Quelle: IPCC 2007
1.77°C/100 Jahre
0.45°C/100 Jahre
Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer
Quelle: IPCC 2007
Die globale Erderwärmung schreitet schneller voran als natürliche V äVorgänge:
• Eiszeit – Warmzeit: 1°C per 1000 Jahre• Letzte 50 Jahre: 1°C per 100 Jahre
Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer
Ohne menschlichen Einfluss lässt sich der Klimatrend nicht erklären
Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer
Quelle: IPCC 2007
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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
Eingriff in einer Komponente beinflusst das gesamte System
Rückkopplungs-mechanismen
System ErdeBeobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer
Verstärkung durch Rückkopplungsmechanismen
Beobachtung 2: Das Klima auf der Erde wird wärmer
Steuerung,Ursache Effekt
Das System Erde ist zu komplex und nicht für experimentelle Ansätze geeignet
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Das System Erde ist zu komplex und nicht für experimentelle Ansätze geeignet
• Klimasimulation
• Untersuchung natürlicher Experimente inExperimente in der Erdgeschichte
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Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
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2, pp
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Das Supertreibhausder Kreide- und Jura-Zeit
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.
Viel
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Zeit, Millionen Jahre vor heute
Salzwasserkrokodil Crocodylus porosus
Fossilien als Klimaindikatoren
Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
Das Supertreibhausder Kreide- und Jura-Zeit
Meereskrokodile des Schwäbischen JuraSchwäbischen Jura
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Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
Das Supertreibhaus der Kreide- und Jura-Zeit:Krokodile in der Arktis
Champsosaurus
Tarduno et al., 1998
Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
Axel Heiberg Insel heute
Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
Das Supertreibhaus der Kreide- und Jura-Zeit:Krokodile in der Arktis
Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
Das Supertreibhaus der Kreide- und Jura-Zeit
Erste Lektion:
CO2 ist nicht der Feind des Lebens auf der Erde. Lebewesen passen sich an.
Die Treibhaus-Erde sieht aber ganz anders aus....
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Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
Wie empfindlich auf CO2 ist das Klima der Erde
Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
CO
2, pp
m
Ende des Treibhausklimas
Treibhausklima
Zachos et al., Nature 451, 279-283 (17 January 2008)Zeit, Millionen Jahre vor heute
Eiszeit
Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
Zeit, Millionen Jahre vor heute
CO Mä 2010
CO
2, pp
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CO2 der letzten 800,000 Jahre
CO2 März 2010
Tripati et al., Science 4 December 2009: Vol. 326. no. 5958, pp. 1394 - 1397
Eisvolumen
Antarktis von Eisvoll bedeckt
Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
Wie empfindlich auf CO2 ist das Klima der Erde
Zweite Lektion:
Bei niedrigem CO2 reagiert das Klima empfindlicher.
D CO G h lt i t h t i d iDas CO2 Gehalt ist heute niedrig.
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Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteDas Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO2 zu letzt über 350 ppm lag...
Fossilien als Klimaindikatoren
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteDas Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO2 zu letzt über 350 ppm lag...
Oberflächentemperatur der Meere, Pliozän - Heute
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteDas Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO2 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, 1066-1070(25 February 2010)
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteDas Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO2 zu letzt über 350 ppm lag...
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Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteDas Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO2 zu letzt über 350 ppm lag...
Abstieg des CO2 in Klimasimulationen notwendig für die Vergletscherung der nordlichen Hemsiphäre.
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteDas Pliozän vor 3 Millionen Jahren, als das CO2 zu letzt über 350 ppm lag...
Dritte Lektion:
Das CO2 liegt seit einige Jahren über dem des Pliozäns.
Das konnte reichen um das Eiszeitalter an der nördlichen Hemisphäre zu beenden.
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteStabilität der Eisschilde
Quelle: IPCC 2007
Abschmelzrate entsprechend 0.5 mm/Jahr in Meeresspiegelanstieg
Grünland: 7 m Meeresspiegeläquivalent von Eis
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteStabilität der Eisschilde
WAIS: weitere 5 m Meeresspiegel
Naish et al., Nature 458, 322-328 (19 March 2009)
Meeresspiegel-äquivalent von Eis
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Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteStabilität der Eisschilde
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David Pollard & Robert M. DeConto, Nature 458, 329-332 (19 March 2009)Naish et al., Nature 458, 322-328 (19 March 2009)
Zeit, Millionen Jahre vor heute
WAIS zeitweise komplett abgeschmolzen
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bis 1930:< 1 mm/Jahr
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteStabilität der Eisschilde
m)
heuteMee
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3.1 ± 0.7 mm/JahrM
IPCC 2007
58 cm
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteStabilität der Eisschilde
(cm
)
Prognosen der Weltklimarat
19 cm
Differenz: 39 cm
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IPCC 2007
Mee
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Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteStabilität der Eisschilde
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Gleichgewichtverpflichtete
Reaktion
Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
CO2Heizung
an
Stabilität der Eisschilde
VorübergehendeReaktion
Temperatur
Reaktion
ReaktionszeitZeit
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteStabilität der Eisschilde
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteStabilität der Eisschilde
Mee
ress
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el (m
) Gleichgewicht~ + 25 m
Ausgleichsrate:
Rohling et al., 2009
M
Temperatur auf Antarktis (Unterschied von heute, °C)
VorübergehendeReaktion
~0.5 – 1.5 cm/Jahr
Heute + 10 m ~ Jahr 2500 – 3000?
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Present day + 67 m ~ Jahr 5350 – 6700?
Vierte Lektion:
Untersuchung natürlicher Experimente in der ErdgeschichteStabilität der Eisschilde
Vierte Lektion:
Die Eisschilde sind instabil. Sie schmelzen langsam und die langsamme
Reaktion kann täuschen.
Das langfristige Gleichgewicht für das heutige CO2 liegt bei + 25 m Meeresspiegelequivalent.
Fazit
Untersuchung natürlicher Experimente in der Erdgeschichte
Mit CO2 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...
ahr
Und was machen wir?
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t/Ja
Die Krise
Corinne Le Quéré, et al. Nature Geoscience 2, 831 - 836 17 November 2009
CO
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Studium generaleKlimawandel und Energiewende –das Morgen beginnt heute
Klima gestern und morgen –Einsichten der Klimaforschung
Michal KuceraI tit t fü G i h ft U i ität TübiInstitut für Geowissenschaften, Universität Tübingen
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