Klimawandel WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz

1. Klimawandel WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz www.staff.uni-mainz.de/curtius/Klimawandel/ Login: Klimawandel Password: CO2 CO2 (ppm)

2. Inhalt Überblick Grundlagen Klimawandel heute: Beobachtungen CO2 Andere Treibhausgase Aerosole und Wolken Solare Variabilität, Vulkane Klimageschichte, Eiszeiten und Ozeanzirkulation Erwarteter zukünftiger Klimawandel Klimaschutz

3. Klimageschichte Land-Tiere Lebensfeindliche Uratmosphäre Land-Pflanzen Leben im Wasser bakterienartige Organismen Algen Mehrzeller

4. Temperaturgeschichte der Erde: Eingrenzung auf großer Zeitskala "erlaubter Bereich" [Crutzen, 1994]

5. [Crutzen, 1994] Sauerstoffaufbau in der Atmosphäre durch Photosynthese, Ozonbildung durch UV-Strahlung Oxidierung von Eisen zu langsam...

6. Artenschnitte [Crutzen, 1994] z.B.: Artenschnitt vor 65 Mio. Jahren (Übergang Kreide-Tertiär, Aussterben der Dinosaurier) durch Bolideneinschlag?

7. Klimageschichte, Erdgeschichte, Kontinentaldrift [Hauser, 2002] Meeresströmungen, Meeresspiegel, Albedo,...

8. Entstehung der Eiszeiten: Milankovich-Theorie typische Perioden von 23 000, 41 000 und 100 000 Jahren [Crutzen, 1994]

9. Entstehung der Eiszeiten: Milankovich-Theorie [Hauser, 2002]

10. Temperaturschwankungsperioden [Crutzen, 1994]

11. Enge Korrelation von Temperatur und CO2 sowie CH4 während der letzten 600 000 Jahre.

12. Klimazukunft [Crutzen, 1994]

13. Die globale thermohaline Zirkulation, "the great conveyor belt"

14. Der Golfstrom • Antrieb: Wind + Wärmeausgleich + Salzgehalte • Teil der thermohalinen Zirkulation (THC), bzw. Meridional over- turning circulation (MOC) • Golfstrom: ca. 37 Sv (1 Sverdrup = 106 m3 s-1), • Tiefenwasser- neubildung im NOA: ~15 Sv • erwärmt (Nord-)Europa um 5-10°C, Energiefluss von ~1.3 PW, "~250 000 Atomkraftwerke"

15. Abrupter Klimawandel

16. Die selbe Zeitreihe etwas detaillierter... [Rahmstorf, Nature, 2002] nicht nur lokal, sondern global Heinrich-Ereignisse: große Eisbergdrift im Atlantik...

17. Abrupter Klimawandel während der letzten Eiszeit farbige Linien: DO-Ereignisse aus Eisbohrkerndaten schwarze Linie: Modellrechnung Abrupter Klimawandel in der Vergangenheit: Temperaturen ändern sich um 5-10°C in 50 Jahren

18. Klima und Klimawandel während der letzten Eiszeit: Einfluss der Ozeanströmungen

19. Wahrscheinliche Erklärung für DO- und H-Ereignisse: Es gab während der letzten Eiszeit nur einen stabilen Zustand der Ozeanzirkulation (mittleres Bild). Bei externen Störungen (z.B. leichte Veränderung des Süßwasserzuflusses) plötzliches Umschalten des Strömungsmusters (DO-Event) und Rückentwicklung über einige Jahrhunderte. Periode: 1470 a = 210 x 87 a (de-Vries mal Gleißberg-Zyklus?) Oder Strömung kommt völlig zum Erliegen (nach H-Event, unten). H-Ereignisse wahrscheinlich durch große Abbrüche (10%) von Eismassen in Nordamerika. [Rahmstorf, Nature, 2002]

20. Abrupter Klimawandel: "Schalterwirkung" [Rahmstorf, Nature, 2002] NADW= North Atlantic Deep Water Formation Bifurkation  "Schalterwirkung", heute vom Bifurkationspunkt weiter entfernt??

21. Heinrich-Ereignisse

22. Kerr, Science, Oktober 2005: Fazit einer Expertenkonferenz im Juli 2005: “A few years ago, people thought the [Atlantic circulation] could collapse almost like The Day After Tomorrow,” said paleoclimatologist Julia Hargreaves of the Frontier Research Center for Global Change in Yokohama, Japan. “But a very rapid collapse now seems fairly unlikely under global warming.” und Lately, the most sophisticated and realistic model simulations of a warmer world have failed to drive the MOC anywhere near collapse. For example, climate modeler Peter Gent of the National Center for Atmospheric Research (NCAR) in Boulder, Colorado, told the workshop how the latest version of the NCAR climate model responded to greenhouse gas increases like those expected in the next century or two. Over a range of rates of greenhouse strengthening, the model’s MOC slowed by an average of 25% to 30%. “That is not a collapse,” said Gent. nur wenige Modellläufe lassen anderes erwarten...

23. Messungen von Bryden et al., Nature, November 2005: Fünf Messreihen: Ozeanzirkulation im Atlantik über 24.5°N hinweg: 1957, 1981, 1992, 1998, 2004

24. Messungen von Bryden et al., Nature, November 2005: • Golfstrom selbst nahezu unverändert • aber südwärts Rückfluss nicht mehr als Tiefenwasser! • ca. 50 % Zunahme bis 1000 m Tiefe • ca. 50 % Abnahme in 3000-5000 m Tiefe • Insgesamt: Abschwächung der MOC um ~30% in 50 Jahren! • aber: Unsicherheit 6 Sv und nur 5 "Stichprobenjahre"..., • von Modellen überhaupt nicht erwartet...

25. Veränderungen der Eisschilde und des Meeresspiegels • Erwartete Änderungen im Meeresspiegel für den Zeitraum 1990-2100 [IPCC 2001]: • Thermische Ausdehnung (sterisch): 0.11 bis 0.43 m, • Abschmelzen der Gletscher (eustatisch): 0.01 bis 0.23 m • Veränderungen der Eisschilde in Grönland: –0.02 to 0.09 m • Veränderungen Antarktis: –0.17 bis 0.02 m • gesamt (sterisch+eustatisch): 0.48  0.40 m, aber: langfristige Veränderungen...

26. Veränderungen der Eisschilde und des Meeresspiegels [IPCC 2001]

27. Korrelation CO2 und Meeresspiegel [Alley et al., Nature, 2005]

28. CO2, SST und Meeresspiegel MWP=Melt water pulse [Alley et al., Nature, 2005]

29. Vorhersage: Grönlandeis in den nächsten Jahrtausenden [Alley et al., Nature, 2005]