Letzte Maximalvereisung

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1 Letzte Maximalvereisung
Ausdehnung von Eiskappen auf der Nordhemisphäre Letzte Maximalvereisung vor Jahren Heute

2 Modellierung von Eiszeitzyklen
Rekonstruierte Eiszeitzyklen während der letzten Jahre Astronomische Theorie der Eiszeiten Ein einfaches Modell für Eiszeitzyklen  Änderung der Sonneneinstrahlung  Eisvolumenvariationen Physikalisch basierte Eismodelle Eisverteilung in Nordamerika seit der letzten Eiszeit, Eiszeiten in der Zukunft

3 Rekonstruktion des Eisvolumens mit Sauerstoffisotopen
16O (~ 99,8 %) und 18O (~ 0,2 %) 18O /16O Verhältnis im Ozean = 1 / 500 Abweichungen davon (in ‰)  Eisvolumen/Meeresspiegel Berger & Seibold (1996)

4 Rekonstruierte Eiszeitzyklen (ODP 806, W-Pazifik)
-2.1 Interglazial -1.8 -1.5 -1.2 Sauerstoffisotopenwert [‰] -0.9 -0.6 Glazial -0.3 100 200 300 400 500 600 700 800 Alter [ka] Berger et al. (1996)

5 Astronomische Theorie der Eiszeiten
Sonneneinstrahlung bei ca. 65° N im Sommer + Durchschnittswert Eisschmelze Eiswachstum ─ Zeit

6 Jahresgang der solaren Einstrahlung
Mittelwert = 342 W m-2 Tageslängen-EffeKt Erde näher an der Sonne im SH Sommer Hartman (1994)

7 Erdbahnparameter Schiefe ( Jahre) Elliptizität (~ Jahre)

8 Schiefe der Erdbahn und Saisonalität
Keine Saisonalität Maximale Saisonalität Ruddiman (2001)

9 Änderung der Lage des Frühlingspunktes
Heute Kreiselbewegung (~ Jahre) Nordwinter min. Abstand Vor Jahren Nordsommer min. Abstand

10 Sonneneinstrahlung bei 65° N im Juli
500 480 460 Q65N(Juli) [W/m2] 440 420 400 380 100 200 300 400 500 600 700 800 Alter [ka] A. Berger (1978)

11 Solare Einstrahlung und Eisschilde
Ruddiman (2001)

12 Orbitale Steuerung von Eisschilden: Milankovic Hypothese
Kritische Rolle der Sommer- Einstrahlung Ruddiman (2001)

13 Die Milankovic Hypothese Ruddiman (2001)

14 Sonneneinstrahlung Eisvolumen Klimasystem Ziel: Mathematische Beschreibung der Signalumwandlung

15 Ein einfaches Rechenschema für Eiszeitzyklen
Für ein Zeitintervall gilt: Änderung Eisvolumen = Eiswachstum – Eisschmelze Regeln: - Der im Winter gefallene Schnee muss den Sommer überdauern - Warme Sommer und großes Eisvolumen begünstigen Eisschmelze Eisschmelze = a1 · Sommereinstrahlung + a2 · Eisvolumen aus Beobachtungen (konstant)

16 Kontinentale Eisschilde und Isostasie
Ruddimann (2001)

17 Zerfall kontinentaler Eisschilde durch “Kalbung”
Eisschmelze schneller als Hebung des Untergrundes  Meerwasser dringt in Senke  Kalbung Ruddimann (2001)

18 Ein “nulldimensionales” Eismodell
Eismasse, E: a0 = Eiswachstumsrate (Schneeakkumulation) a1 = Empfindlichkeit gegenüber Einstrahlungsanomalien, Q a2 = Eiszerfallsrate  neg. Rückkopplung K = Kalbungsrate 1/a2 = 10 ka entspricht Zeitskala, auf der ein Eisschild für a0=a2=0 unter seinem Eigengewicht durch interne Deformation kollabiert (Saltzman, 2002, S. 178 )

19 Isostatische Absenkung des Untergrundes, D
Kalbungsrate, K: Positiv wenn “offene” Senke unterhalb des Meerespiegels existiert Null sonst Isostatische Absenkung des Untergrundes, D H = Mächtigkeit des Eisschildes = f(E) e1 = Zeitkonstante f. Einsinken (e1/e2 ≈ 1/4) e2 = Zeikonstante f. Entlastung (1/e2 = 22 ka)

20 Zusammenfassung des Eismodells
Zwei prognostische Gleichungen für E und D Diagnostische Gleichungen für K und H  Erfordern weitere Annahmen Mehrere unbekannte Parameter (ai, ei) Größenordnung abgeschätzbar Anfangsbedingungen: E0 = 0 kg; D0 = 0 m Einstrahlungsanomalien: Berger (1978), Rauschen, Sinusschwingung Saltzman und Verbitsky (1992): Asthenospheric ice load effects in a global dynamical-system model of the Pleistocene climate. Climate Dynamics, 8: 1-11.

21 D:\Fazies_Klima\Ice0D.gsp

22 Achtung: Modell benutzt physikalischeZeitachse!
1 Ma 0 Ma Zukunft

23 Experimente mit dem Eismodell 1
Starten Sie das Modell mit den Standardeinstellungen Vergleichen Sie den modellierten Meeresspiegel mit den rekonstruierten Werten. Gibt das Modell die Daten gut wieder? Welche Kriterien sind für den Vergleich sinnvoll? Für welchen Zeitpunkt in der Zukunft sagt das Modell eine zukünftige Eiszeit voraus?

24 Wie gut ist das Modell? Kriterien: - Glazial-Interglazial Hub (± ok)
- Zeitpunkt der Terminationen () - Lage der Stadiale/Interstadiale ()

25 Die nächste Eiszeit 60 ka in der Zukunft 0 Ma

26 Experimente mit dem Eismodell 2
Starten Sie das Modell nacheinander mit folgenden Einstellungen für Antrieb und Kalbung: Orbital Sinus Rauschen Kalbung Ref.  - 1 2 3 4 Welchen Einfluss haben Antrieb und Kalbung auf die Entstehung des “100-ka” Zyklus und die Lage der Terminationen?

27 Reaktion auf den Antrieb
Orbital Terminationen treten unabhängig vom Antrieb auf Der Antrieb bestimmt den Zeitpunkt der Terminationen (“Phasenlage”) Sinus Rauschen

28 Bedeutung der Kalbung Orbital + Kalbung In diesem Modell ist das Auftreten von Terminationen (und damit des “100-ka” Zyklus) vom Kalbungs-mechanismus abhängig. Orbital Ohne Antrieb/Kalbung

29 Nulldimensionales Eismodell
Nur wenige Regeln sind notwendig, um die Abfolge der Eiszeiten aus der Sommereinstrahlung in hohen Breiten zu berechnen: Der im Winter gefallene Schnee muss den Sommer überdauern Eisschmelze wird begünstigt durch extrem warme Sommer extrem großes Eisvolumen in Gegenwart und Vergangenheit (Einsinktiefe)

30 Wozu eignet sich solch ein Modell?
Grundsätzliche Eigenschaften des Klimasystems lassen sich analysieren Alter vergangener Eiszeiten können berechnet werden ABER: - keine physikalischen Gesetzmäßigkeiten liegen zugrunde - keine Aussage über die räumliche Eisverteilung - unrealistische Parameterwerte  Unbefriedigend

31 Physikalische Eismodelle
Herterich (1989)

32 Letzte Maximalvereisung
Modellierte Eisverteilung in Nordamerika Letzte Maximalvereisung vor ~ Jahren vor Jahren vor Jahren vor Jahren Marshall & Clarke (1999)

33 Eiszeiten in der Zukunft
vergangene Werte ( ppmv) eiszeitlicher Wert (210 ppmv) Treibaus-Wert (750 ppmv) CO2-Gehalt der Atmosphäre Zukunft Vergangenheit Berger & Loutre (2002)