Die natürliche Variabilität des Klimas

Die natürliche Variabilität des Klimas Anne Wackerbarth 25.01.2007 Betreuer: Augusto Mangini

Gliederung: • Klimavariationen der letzten 4,5 Mrd Jahre • Klimavariationen des Quartär • Hauptthema: Das Klima des Holozäns • (Untersuchungen an Stalagmiten im Vergleich mit anderen Klimaarchiven)

1. Klima der letzten 4,5 Mrd Jahre Bildquelle: Schönwiese • Frühphase der Erde : andere Zusammensetzung • der Atmosphäre  viele Vermutungen • wenige Archive  Fehler von einigen Millionen Jahren

2. Klima des Quartärs • aktuelleEiszeitalter : Quartär (Beginn vor 2,6 Mio Jahren) • Unterscheidung zwischen Stadialen und Interstadialen (kältere und • wärmere Perioden) Bessere Informationen aufgrund von Sedimentuntersuchungen und Untersuchungen an Eisbohrkernen Bildquelle: Wikipedia

2. Klima des Quartärs Variationen • Temperaturschwankungen von ΔT=15°C (EPICA) bzw. ΔT=12°C (Vostok) • 100.000 jähriger Zyklus Vostok – Station Bildquelle:Robert A. Rohde

2. Klima des Quartärs Die Milankovic-Theorie Thema: Zusammenhang zwischen Klimaschwankungen und Sonneneinstrahlung auf der Erde Berechnung der solaren Einstrahlung aufgrund der Bahnparametern der Erde

2. Klima des Quartärs Die Milankovic-Theorie Bildquelle: Rutherford (1997) Bildquelle: Rutherford (1997)

2. Klima des Quartärs Die Milankovic-Theorie

2. Klima des Quartärs Weitere Zyklen • Ungeklärt, warum ein Zyklus dominiert • Zyklen: Exzentrizität 100.000 Jahre • Präzession 21.000 Jahre • Nutation 41.000 Jahre Bildquelle: http://www.dwd.de/ Bildquelle:Lisiecki und Raymo (2005)

Das Klima des Holozäns Aktuelles Interstadial (Warmzeit) : Holozän (Beginn vor 11.000 Jahren)

3. Das Klima des Holozäns Bekannt: IPCC- Report Bildquelle: IPCC-Report • ΔT ~ 0,5°C • kaum Variationen bis 1860  Anstieg der Temperatur/ Klimawandel von • Menschen verursacht

3. Das Klima des Holozäns • Der IPCC- Report • Kritik : • Rekord hauptsächlich erstellt aus klimarelevanten Information aus Baumringen • Kritikpunkte : • Wachstum hauptsächlich im Frühjahr und Sommer nur Archiv für Frühjahr- • und Sommer-Klimaverhältnisse • Wachstum variiert mit Alter des Baumes • Biologische Organismen anpassungsfähig für Klima  Zusammenhang mit • Temperatur nicht genau geklärt www.gtz-amazonia.org

3. Das Klima des Holozäns Aktuelle Messungen: • Moberg et al. (2005) : • Rekord aus verschiedenen Archiven (Eisbohrkerne, Meer- und Seesedimente) •  ΔT~0,9°C zwischen LIA und MWP im Gegensatz zu IPCC mit ΔT~0,3°C • Mangini et al. : • Untersuchungen zur weiteren Erforschung des Klimas des Holozäns an Stalagmiten der Spannagelhöhle Bildquelle: Vollweiler 2006 Bildquelle: lumi.zr.ruhr-uni-bochum.de

3. Das Klima des Holozäns Die Spannagelhöhle : Lage: Österreich (Tirol) am Hintertuxer Gletscher Länge L=10km Temperatur T=1,8°C Luftfeuchtigkeitnahezu 100% Bildquelle: www.mamilade.at Bildquelle: Vollweiler 2006

3. Das Klima des Holozäns Grundlagen Stalagmiten: Bildquelle: McGarry et al. 2004

3. Das Klima des Holozäns Die Isotopie des Sauerstoffes: • Sauerstoff besitzt verschiedene Isotope • 16O mit 99,7% • 18O mit 0,2% Untersuchtersuchung Stalagmiten  verschiedene Sektoren haben verschiedene Isotopenverhältnisse • Isotopie des Sektors abhängig von: • Isotopie des Niederschlags • Kinetische Effekte, d.h. Anreicherung schwerer Isotope • Temperatur (-0,23‰/°C) Bildquelle: Vollweiler 2006

Das Klima des Holozäns Die Isotopie des Sauerstoffes: Isotopie des Sauerstoffes wird durch dieDelta-Notation ausgedrückt Beispiel: δ18O Niedrige δ18O-Werte -8‰ ↕ -7‰ -6‰ -5‰ Höhere δ18O-Werte

3. Das Klima des Holozäns Alters-Datierung U/Th-Methode „Mutter-zu-Tochter“-Verhältnis

3. Das Klima des Holozäns SPA 12: Klimarekonstruktion der letzten 2000 Jahre Spannagelhöhle: niedrige Temperatur und hohe Tropfrate  kinetische Effekte ausschließbar  δ18O Rückschluss auf Temperatur und Niederschlagsisotopie Temperatureichkurve: Anhand von fünf Messpunkte bekannter Temperatur Mangini et al. (2005)

3. Das Klima des Holozäns Temperaturverlauf der letzten 2000 Jahre: Vergleich: SPA 12: ΔT~2,7°C IPCC : ΔT~0,5°C Moberg: ΔT~0,9°C Bildquelle: Mangini et al. (2005)

3. Das Klima des Holozäns Temperaturverlauf der letzten 2000 Jahre Vergleich: Schwankung der Größe des großen Aletschgletschers (Schweiz) (z.B. Holzhauser et al. 2005) Bildquelle: Wikipedia Rote Kurve: Gletscher Schwarze Kurve: SPA12 Bildquelle: Mangini et al. 2005

3. Das Klima des Holozäns Ursachen: • Relativ unbekannt • Vermuteter Zusammenhang mit der Aktivität der Sonne Comparison Delta14C – SPA12 Rote Kurve: Delta14C • Δ14C vermutlich • Funktion solarer • Abstrahlung • niedriger Δ14C •  leichtere • Isotopie Schwarze Kurve: SPA12 Bildquelle: Mangini et al. (2005)

3. Das Klima des Holozäns Ursachen: Solares Magnetfeld schirmt hochenergetische Strahlung ab. Strahlung erzeugt Reaktion: • Je höher Sonnenaktivität umso niedriger Δ14C

3. Das Klima des Holozäns Niederschlagsisotopie • δ18O abhängig von Temperatur • δ18O abhängig von Niederschlagsisotopie • Es gilt: • je mehr Ausregnung umso leichter • je länger Weg über den Kontinent umso leichter • je niedriger Temperatur, umso leichter Isotopie  Winterniederschlag leichter als Sommerniederschlag  Rückschlüsse auf NAO-Index Bildquelle: Wikipedia

3. Das Klima des Holozäns Der NAO-Index: Auswirkungen des Druckgradienten zwischen Islandtief und Azorenhoch auf den resultierenden Westdrift auf Europa  Niedriger δ18O-Wert  Beitrag Winterniederschlag höher  NAO+ Situation Niedriger Druckgradient Hoher Druckgradient

3. Das Klima des Holozäns Klimaaufnahme der letzten 9000 Jahre: • Drei Stalagmiten • (SPA12, SPA128, SPA70) • aus überlappenden • Wachstumsperioden • entnommen im Abstand von • maximal 50m Bildquelle: Vollweiler et al.

3. Das Klima des Holozäns wärmer, NAO+ „Ötzi“ „Hannibal“ MWP LIA kälter, NAO- Klimaaufnahme der letzten 9000 Jahre: -9,0 ΔT~3,2°C -8,5 -8,0 δ18O [‰] -7,5 -7,0 -6,5 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Age [kyr] Age [kyr] tuned curve (to the level of SPA 12) Bildquelle: Vollweiler et al. (2006)

3. Das Klima des Holozäns Vergleich mit anderen Archiven: Aletschgletscher (Holzhauser et al. 2001) Seespiegel Westalpen (Magny 2004) Bildquelle: Vollweiler et al. (2006)

3. Das Klima des Holozäns Vergleich überregionale Archive: HSG: Hematite Stained Grains (Bond et al. 2001) = Maß für Eisdrift auf dem Nordatlantik Bildquelle: www.wissen.swr.de Bildquelle: Mangini et al. 2006

3. Das Klima des Holozäns ITCZ Vergleich mit überregionalen Archive

3. Das Klima des Holozäns Vergleich mit überregionalen Archiven: TROJA Siedlungsphasen Bildquelle: Vollweiler (2006) Bildquelle: Mangini (2006)

Zusammenfassung: • Über die frühe Zeit der Erde ist nur wenig bekannt  wenig Archive • Innerhalb der besser erforschten Zeit erkennt man zyklische Variationen, die möglicherweise mit der Variation der Bahnparametern der Erde zusammenhängen • Möglicherweise ist der Verlauf des Klimas des Holozäns weniger glatt als angenommen und starke Temperaturschwankungen existieren nicht erst seit der Industrialisierung • Mit Hilfe von Stalagmiten wurden Klimaaufzeichnungen des Holozäns erstellt, die eine Temperaturschwankung von ca. 3,2°C nahe legen • Möglicherweise wurde der Einfluss der natürlichen Variabilität bisher unterschätzt

Die natürliche Variabilität des Klimas