Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Historische Einführung Die wissenschaftlichen Grundlagen Ein Überblick über Geoengineering- Konzepte Aerosol- basierte Vorschläge Bewertungsmaßstäbe Climate.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Historische Einführung Die wissenschaftlichen Grundlagen Ein Überblick über Geoengineering- Konzepte Aerosol- basierte Vorschläge Bewertungsmaßstäbe Climate."—  Präsentation transkript:

1 Historische Einführung Die wissenschaftlichen Grundlagen Ein Überblick über Geoengineering- Konzepte Aerosol- basierte Vorschläge Bewertungsmaßstäbe Climate Engineering: Ist der Globale Wandel aufzuhalten Thomas Leisner, Institut für Meteorologie und Klimaforschung FZ Karlsruhe und Institut für Umweltphysik, Uni Heidelberg Ulrich Platt, Institut für Umweltphysik, Universität Heidelberg Herzlichen Dank an Dr. Michael Höpfner, IMK, FZK für zahlreiche Beiträge

2 Klimawandel – was tun? Abwendung (Mitigation) Rasche Reduktion der Treibhausgasemission Anpassung (Adaptation) Umsiedelung, Änderung der Landwirtschaftsstruktur, höhere Deiche... Climate Engineering Verringerung der Sonneneinstrahlung, Entfernung von Treibhausgasen aus der Atmosphäre

3 Geschichtliche Hintergründe -Geoforming, Geoengineering Enteisung des Nordpolarmeeres durch Beringstraßen- Damm und Umleitung der großen sibirischen Ströme zur Bewässerung Zentralasiens P.M. Borisov, Bulletin of the Atomic Scientists, March, 1969, pp Wetter und Niederschlagskontrolle zu kommerziellen und militärischen Zwecken (USA, UdSSR, China, 1950 ~ 1980) As our civilization steadily becomes more mechanized and as our population density grows the impact of weather will become ever more serious....The solution lies in... intelligent use of more precise weather forecasts and, ideally, by taking the offensive through control of weather... I shudder to think of the consequences of a prior Russian discovery of a feasible method for weather control. Henry Houghton, MIT, 1957

4 Definition “Gezielte Klimabeeinflussung” (Geoengineering, Climate engineering) Absichtliche, großskalige Manipulation der Umwelt, um unerwünschten Effekten des anthropogenen Klimawandels entgegenzuwirken (Keith, 2000): Fossile Energiegewinnung CO 2 Emission Klimasystem Einfluss von Klimaänderungen auf den Menschen Vermeidung, Verminderung durch Alternative Energien Rationelle Nutzung (Mitigation) Industrielles Kohlenstoff- management Geoengineering Anpassung (Adaptation)

5 Neues Interesse durch anthropogenen Klimawandel P. Crutzen Climatic Change, 2006

6 Reduktion in % goals Datenquelle: BMU 3/2003 und Koalitionsvereinbarung Nov CO 2 -Emissionen in Deutschland

7 Datenquelle: bis 2000: Energiebericht Baden-Württemberg 2001 ab 2010 Gutachten des IER im Auftrag der Landesregierung BW März 2001 Factor: /1990 Biomass Wind Photovoltaic Water Potential für Elektrizitätserzeugung aus Erneuerbaren Quellen, in Baden-Württemberg,

8 Datenquelle: bis 2000: Energiebericht Baden-Württemberg 2001 ab 2010 Gutachten des IER im Auftrag der Landesregierung BW März /1990 Faktor: Elektrizitätserzeugung in Baden Württemberg, optimistisches Szenario

9 Is there a quick fix? March 24, 2008

10 Die physikalischen Grundlagen Der Strahlungshaushalt der Erde

11 L = S 0 /4 (1-A) = 238 W/m 2 T B : Temperatur Boden Solarkonstante (1360 W/m 2 ) Planetare Albedo (~0,3)  A : IR Absorptionsgrad (= Emissionsgrad), T A : Temperatur Atmosphäre  : Stefan-Boltzmann-Konstante Die physikalischen Grundlagen Ein 0-dimensionales Klimamodell Sichtbare (kurzwellige) Strahlung

12 Änderung der Solarkonstanten Vergrößerung der planetaren Albedo Reduktion des Absorptionsgrads der Atmosphäre Streuer im Weltraum Änderung der Erdumlaufbahn Streuer in der Stratosphäre Absorber in der Stratosphäre Streuer in der Troposphäre Änderung der Albedo von Land- und Meeres - Oberflächen Geochemische CO 2 – Abscheidung im Meer Düngung der Meere CO 2 - Abscheidung aus der Luft CO 2 - Aufnahme terrestrischer Ökosysteme Einteilung (Taxonomie)

13 Einteilung der „Climate Engineering“ Verfahren Vergrößerung der planetaren Albedo Änderung der Solarkonstanten Reduktion des Absorptionsgrads der Atmosphäre Streuer in der Stratosphäre Absorber in der Stratosphäre Streuer in der Troposphäre Änderung der Albedo von Land- und Meeres -Oberflächen Streuer im Weltraum Änderung der Erdumlaufbahn Geochemische CO 2 – Abscheidung im Meer Düngung der Meere CO 2 - Abscheidung aus der Luft CO 2 - Aufnahme terrestrischer Ökosysteme Erdoberflächen -temperatur:

14 „Climate Engineering“ Methoden - Übersicht T.M. Lenton and N.E. Vaughan, The radiative forcing potential of different climate geoengineering options, Atmos. Chem. Phys., 9, 5539–5561, 2009

15 r rErE M S, Leuchtkraft L S MEME 1.Ort: L1-Punkt (instabil) 2.Implementation: Wolke aus vielen Scheiben, stabilisiert durch Modulation des Strahlungsdrucks, Scheibengröße: ~1 m, Gewicht: 1g, Anzahl: 1,6  Optisches Design: transparentes brechendes Material, niedrige Flächendichte, Gesamtmasse: 20 Mt 4.Transport: elektromagn. Start, Ionenantrieb, Kosten: 50 $/kg (zur Zeit $/kg) Änderung der Solarkonstanten: (Angel, PNAS, 2006) Gesamtkosten einige Billionen $(100 Mrd. $/a)

16 Die biologische Pumpe S.W. Chisholm, Nature 407, (2000)

17 Boyd, 2007 CO 2 Abscheidung durch Düngung geeigneter Meere … it is difficult to see how ocean iron fertilization with such a low C sequestered : Fe added export efficiency would easily scale up to solve our larger global C imbalance problems… It would scale up to a region of 10 9 km²—more than an order of magnitude larger than the entire area of the Southern Ocean. K. O. Buesseler et al., Science 2002 and 2008 Nebenwirkungen: erhöhte Produktion von klimawirksamen Gasen wie DMS, COS, org. Halogenverb. M. Lawrence, Science,2001

18 Aerosole und Wolken im Klimasystem

19 Das atmosphärische Aerosol Nano- bis mikrometergroße luftgetragene Partikel aus Ammoniumsulfat, Seesalz, Mineralstaub, Ruß und größeren organischen Molekülen. Konzentration: particles per cm³ in the low atmosphere adapted from: W. Rödel, Physik unserer Umwelt – die Atmosphäre, Springer

20 Secondary aerosol: Kondensation aus flüchtigen Vorläufersubstanzen Sulfatpartikeln, Organisches Aerosol Primary aerosol: Teilchen, die von der Erdoberfläche emittiert werden: Mineralstaub, Gischt, Biomassen- Brände, Vulkanasche Prozesse: Koagulation, Sedimentation, Wolkenprozesse Aerosol sources and processes Size distribution

21 optical properties and lifetime U. Platt, Uni Heidelberg

22 Indirekter (Wolken-) Einfluss der Aerosole auf das Klima Mehr Kondensationskeime erzeugen Wolken, mit mehr, aber kleineren Tröpfchen. Diese streuen das Licht effizienter. (Erster indirekter Effekt) Solche Wolken regnen seltener und haben daher eine längere Lebensdauer (Zweiter indirekter Effekt)

23 Der semidirekte Effekt durch absorbierende Partikel h No soot T h With soot T

24 Erhöhte Wolkenreflektivität durch Schiffsverkehr Niedrigliegende Stratocumulus- Wolken bedecken etwa 30% der Meeresfläche Eine 2% Erhöhung ihrer Albedo würde einem Klimaantrieb von 4W/m² entsprechen. (Latham 2002)

25 Cloud seeding with sea-salt particles (J. Latham) Große Erhöhung der Albedo (~20%) möglich d=300nm (m= kg) NaCl Teilchen sind optimal funktioniert am besten in mariner Reinstluft es ist leichter, große Flächen schwach zu beeinflussen als kleine Flächen stark. Vorschlag: Windgetriebene unbemannte Schiffe, die per Satellitennavigation an die besten Orte gelotst werden. Versprühen Meerwassertröpfchen d~ 0.8 µm in aufsteigende Luftmassen. Einige tausend Einheiten müssten pro Jahr vom Stapel laufen.

26 Stratosphärisches Aerosol Mt.Pinatubo, Streuer in der Stratosphäre

27 From Robock (2000) Effekte des Vulkanaerosols auf die Strahlungsbilanz

28 Pinatubo: SO 2, H 2 S bis in die Stratosphäre km Mt S Oxidation zu Schwefelsäure: SO 2 + OH  HSO 3 HSO 3 + O 2  HO 2 + SO 3 SO 3 + H 2 O  H 2 SO 4 Nukleation + Koagulation + Kondensation  H 2 SO 4 / H 2 O –Teilchen (r  0.4 µm) Aufenthaltszeit in der Stratosphäre: 1-2 Jahre Minderung der globalen Mitteltemperatur um 0,5 K Stratosphärische Albedoänderung Budyko, 1982, Crutzen, 2006 Mt.Pinatubo, Geoengineering: Benötigter Massenfluss: 1,5-2 Mt S/a (Industrie: 55 Mt S/a) Ort: Tropen Transport: Geschütze, Raketen, hochfliegende Flugzeuge, Ballons,… Kosten: Mia $/a Alternativen: Metallische Streuer, kleine Ballons (4 mm) (Teller et al., 1997) Streuer in der Stratosphäre

29 Räumliche und zeitliche verteilung von: (a) x4 CO2 Strahlungsantrieb (b) Strahlungsantrieb durch stratosphärisches Aerosol Govindasamy et. al. Global and Planetary Change 37 (2003) 157–168 Nebenwirkungen hinsichtlich der räumlichen und zeitlichen Verteilung des Klimaantriebes

30 Govindasamy et. al. 2003, Global and Planetary Change 37, 157–168 Auswirkungen auf Temperaturverteilung

31 Auswirkungen auf Niederschlag change in daily precipitation column, (mm), J. Feichter et al. submitted

32 Side effects wrt. cirrus cloud formation pure mineral dust H 2 SO 4 coated mineral dust AIDA Lab. Experiments

33 The AIDA cloud simulation chamber at FZK

34 Fragen über technische Machbarkeit und Kosten hinaus Was sind die meteorologischen Konsequenzen bzw. Nebenwirkungen? Welchen Effekt hat die zunehmende CO 2 Konzentration auf das (marine) Leben? Wer entscheided über Abbruch oder Fortsetzung der Klimabeeinflussung falls es zu Problemen kommt? Wer kann die Durchführung der Maßnahme über Jahrhunderte (bis Jahrtausende) garantieren? Was passiert, wenn die Maßnahme abgebrochen werden muss?  Marsilius Projekt, Universität Heidelberg


Herunterladen ppt "Historische Einführung Die wissenschaftlichen Grundlagen Ein Überblick über Geoengineering- Konzepte Aerosol- basierte Vorschläge Bewertungsmaßstäbe Climate."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen