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

Hauptthema: Das Klima des Holozäns 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 aktuelle Eiszeitalter : 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

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

Die Milankovic-Theorie 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

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

Die Milankovic-Theorie 2. Klima des Quartärs Die Milankovic-Theorie

Weitere Zyklen 2. Klima des Quartärs 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)

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

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

Der IPCC- Report 3. Das Klima des Holozäns Kritik : Kritikpunkte : 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

Aktuelle Messungen: 3. Das Klima des Holozäns 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

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

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

Die Isotopie des Sauerstoffes: 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

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

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

SPA 12: Klimarekonstruktion der letzten 2000 Jahre 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)

Temperaturverlauf der letzten 2000 Jahre: 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)

Temperaturverlauf der letzten 2000 Jahre 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

Ursachen: 3. Das Klima des Holozäns 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)

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

Niederschlagsisotopie 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

Der NAO-Index: 3. Das Klima des Holozäns 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

Klimaaufnahme der letzten 9000 Jahre: 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.

Klimaaufnahme der letzten 9000 Jahre: 3. Das Klima des Holozäns Klimaaufnahme der letzten 9000 Jahre: wärmer, NAO+ kälter, NAO- „Ötzi“ „Hannibal“ LIA MWP -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)

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

Vergleich überregionale Archive: 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

Vergleich mit überregionalen Archive 3. Das Klima des Holozäns Vergleich mit überregionalen Archive ITCZ

Vergleich mit überregionalen Archiven: 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