Klimawandel CO2 (ppm) 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)

Nachtrag: Methanquellen Keppler et al., Nature, 2006 Pflanzen selbst emittieren Methan! Nicht nur Mikroben im Boden in anaeroben Prozessen (z.B. Methanemissionen aus Sümpfen und Reisfeldern), wie bisher gedacht! Völlig unerwartet! Mechanismus ungeklärt. grobe Schätzung: 10-30% (~62-236 Mt/yr) der globalen Quellen! Methanemission der Pflanzen ist temperaturabhängig: CH4-Emissionen verdoppeln sich pro 10°C T-Anstieg Prozess könnte mehrere Beobachtungen erklären, z.B.: a) Methan über tropischen Regenwäldern b) Methanschwankungen Eiszeit-Warmzeit c) Methanzunahmeraten in den 90er Jahren Relevant für zukünftige Klimaprognosen: Wälder zur CO2-Speicherung...  Es gibt immer noch große Überraschungen...

BILD-Schlagzeile: Daraufhin veröffentlichten die Autoren eine Gegendarstellung: ...nein, die Bäume sind nicht selber schuld...

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

Solare Variabilität 0.3  0.2 W m-2

Die Sonne

Die Sonne Sonnenflecken magnetische Aktivität, Flecken: 1000-2000 K kühler als Umgebung Rotation des Kerns... 11-Jahres-Zyklus Rotation Pole vs. Rotation Äquator

Solare Variabilität: Solarkonstante ist nicht konstant! 11-Jahres-Zyklus und weitere Zyklen und Trends. Sonnenflecken reduzieren TSI, aber Fackeln und Flares vergrößern TSI, insgesamt TSI  bei SRZ . Messung: problematisch... TSI = Total Solar Irradiance änderte sich weniger als 0.1% in den letzten 25 Jahren [C. Fröhlich]

Sonnenflecken-Relativzahlen Maunder- Minimum

Solare Variabilität Maunder- Minimum SRZ normiert durch Hoyt and Schatten [Hoyt and Schatten, 1993, 1999] [Lean et al., 1995] Rekonstruktion der TSI nach verschiedenen Autoren [IPCC 2001] grau: Anzahl Sonnenflecken, normiert. Strahlungsantrieb durch solare Variabilität (+0.3 W m-2) geht auf Anstieg der TSI zwischen 1744 und 1996 zurück.

weitere mögliche Klimaänderungen durch solare Variabilität: Svensmark hypotheses weitere mögliche Klimaänderungen durch solare Variabilität: Svensmark-Hypothese [Laut, 2003] increase in solar activity  reduction of Galactic Cosmic Rays (GCR)  ? Reduced cloud coverage less cloud forcing warmer climate increase in solar activity  reduction of Galactic Cosmic Rays (GCR)  ? Reduced cloud coverage less cloud forcing warmer climate [Svensmark, 1998] [Marsh and Svensmark, 2000]

Ion sources in the atmosphere: Galaktische kosmische Strahlung Galactic cosmic rays Höhenabhängige Produktion von <30 Ionenpaaren cm-3 s-1 durch galaktische kosmische Strahlung (hauptsächlich schnelle Protonen und alpha-Teilchen). Strahlung wird durch den Sonnenwind (11-Jahres Zyklus) moduliert. Atmospärische Ionen-Konzentration: ~ 2000 Ionen cm-3 Rekombination: ~ 350 s

Ionen-induzierte Nukleation Delta G IIN Ionen-induzierte Nukleation Effiziente Aerosol-Neubildung, da Energiebarriere kleiner. klassische Beschreibung durch Thomson-Gleichung: Wilsonsche Nebelkammer C.T.R. Wilson 1869-1959 ion-induced nuc: theory//Wilson particle radius

Ion-induced and hom nucleation Ionen-induzierte Nukleation galactic cosmic rays cluster ion critical cluster H2O H2O - H2O - H2SO4 - HSO4¯ H2SO4 cloud droplet H2SO4 H2SO4 NO3¯ cloud condensation nucleus aerosol particle O2¯ neutral cluster critical cluster H3O+ H2O H2O H2O ion pairs H2SO4 SO42- N2+ H3O+ 0.3 nm 1 nm 100 nm > 1 µm

solare Variabilität weitere mögliche Einflüsse: Änderung der UV-Strahlung, dadurch Änderungen im stratosphärischen Ozon; erklärt ggf. auch niedrige NAO-Werte während des Maunder-Min. und daher –1.5°C Durchschnittstemperaturen in Europa, während globales Mittelnur –0.2 bis –0.3°C [Shindell et al., Science, 2001]. Änderungen von Eiskeimen durch Änderungen der galaktischen kosmischen Strahlung (Tinsley)

Vulkane Können für 1-3 Jahre klimakühlend wirken [AGU, spec. report, 1992] Können für 1-3 Jahre klimakühlend wirken Klimaeffekte durch Vulkane: SO2-Emissionen, nicht Ascheemissionen sind der Grund für abkühlende Wirkung! Wichtige Beispiele: - Pinatubo, 1991; 5 km3, 20-30 Mt strat. Aerosol - Tambora, 1815, dann 1816 "Jahr ohne Sommer", ca. 50-150 km3 Asche, bis zu 50 km hoch, ~300 Mt strat. Aerosol

Vulkane und stratosphärisches Aerosol ("Junge-Schicht") [Deshler, JGR,2002]

Vulkane [AGU, spec. report, 1992]

Vulkane [AGU, spec. report, 1992]

Vulkane Temperaturänderungen durch Vulkane: Deutliche Erwärmung in der Stratosphäre Abkühlung am Boden um 0.1 bis <1°C

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

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

geologische Zeitskalen Klimageschichte geologische Zeitskalen [Crutzen, 1994]

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

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

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

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

Klimageschichte Klima in "Hessen" vor 50 Mio. Jahren: subtropisch-tropisch warm... [Hauser, 2002]

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

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

Temperaturschwankungsperioden [Crutzen, 1994]

Klimazukunft [Crutzen, 1994]