Global Warming Sommerakademie Salem

Präsentation zum Thema: "Global Warming Sommerakademie Salem"—  Präsentation transkript:

1 Global Warming Sommerakademie Salem 17.08. - 30.08.2008
Sommerakademie Salem Arbeitsgruppe: Die Zukunft der Energie Referentin: Julia Hackenbruch

2 EINLEITUNG „Natürlicher Klimawandel ist untrennbar mit der Entwicklungsgeschichte der Welt verbunden. In den vergangenen 100 Jahren hat der Mensch das Klimasystem erstmals massiv beeinflusst – ein Experiment mit unbekanntem Ausgang.“ (Münchener Rück 2004, S. 17)

3 GLIEDERUNG Grundlagen Klimageschichte und Klimarekonstruktion
Klimaprognosen und Klimamodellierung Mögliche Konsequenzen für Geo- und Biosphäre Zusammenfassung, Ausblick

4 1. GRUNDLAGEN „Klima ist das statistische Verhalten der Atmosphäre, das für eine relativ große zeitliche Größenordnung charakteristisch ist.“ (HANTEL et al nach EMEIS 2000, S. 55)

5 1.1 Das globale Klimasystem
Abb. 1: Schema des Klimasystems (Quelle: Schönwiese 2003, S. 39) Klimasystem = Geobiosphäre Abb. 1: Schematisierte Darstellung des Klimasystems der Erde (Quelle: Casper 2007 nach Entwurf R. Glaser und H. Saurer, verändert nach IPCC 2001)

6 1.2 Zusammensetzung der Atmosphäre
gasförmige Lufthülle der Erde, durch die Gravitation an sie gebunden Gesamtmasse der Atmosphäre: 5,14 *1018 kg Hauptbestandteile Stickstoff: 78,08% Sauerstoff: 20,95% Argon: 0,93 % Spurengase variabler Teil an Wasserdampf (bis zu 4%) Aerosole, Wassertröpfchen und Eiskristalle

7 1.2.1 Natürliche Spurengase
Kohlendioxid CO2 Kohlenmonoxid CO Methan CH4 Terpene und Isoprene Ammoniak NH3 Stickoxide NOx Schwefelverbindungen (SO2) Methylchlorid CH3Cl , Methylbromid CH3Br Ozon Wasserdampf

8 1.2.2 Anthropogene Spurengase
messbare Veränderung der Konzentration einiger Spurengase durch Siedlungs- und Wirtschaftstätigkeit des Menschen Emissionen aus Verbrauch fossiler Brennstoffe in Hausbrand, Verkehr, Industrie, Kraftwerken; landwirtschaftlicher Düngung; Landnutzungsänderungen Anreicherung sog. Klima- oder Treibhausgase

9 CO2 Schwankungen in den letzten
Jahren zwischen 180 und 300 ppm Seit 200 Jahren Anstieg von 280 auf 379 ppm = 0,0379 % (Stand 2005) Aktuell: +1,9 ppm/Jahr (Stand 1995 – 2005) Anteil von 50 % am anthropogenen Treibhauseffekt Abb. 2: CO2-Gehalt der Atmosphäre in den letzten Jahren. (Quelle: IPCC,Working Group I, 2007)

10 Methan CH4 Anstieg von 715 auf 1774 ppb in den letzten 200 Jahren (Stand 2005) Natürliche Schwankung zwischen 320 und 790 ppb in den letzten J. 21fache CO2-Wirksamkeit Anthropogene Quellen (73%): Energiewirtschaft, Viehwirtschaft, Reisfelder, Mülldeponien, Verbrennung von Biomasse Hauptbestandteil von Erdgas und Gashydrat Abb. 3: Methan-Gehalt der Atmosphäre in den letzten Jahren. (Quelle: IPCC,Working Group I, 2007)

11 Lachgas N2O Anstieg in den letzen 200 Jahren von 270 ppb auf 319 ppb
Ein N20-Molekül ist 205mal so wirksam wie ein CO2-Molekül 1/3 aller Lachgasemissionen sind anthropogen Bildung aus Stickstoffverbindungen bei Abbau von Dünger im Boden Abb. 4: Lachgas-Gehalt der Atmosphäre in den letzten Jahren. (Quelle: IPCC,Working Group I, 2007)

12 FCKW und SF6 Flourchlorkohlenwasserstoffe Schwefelhexafluorid
lange Zeit als Kühlmittel, Aufschäummittel, Reinigungsmittel verwendet Absorbieren mal so viel Strahlung wie CO2 Ozonabbau in der Stratosphäre Schwefelhexafluorid 3,5 ppb, jährliche Zuwachsrate 6 – 9 % höchste Klimawirksamkeit keine natürlichen Quellen bekannt, industrielle Produktion

13 1.3 Natürlicher Treibhauseffekt
Erde als offenes physikalisches System, thermisches Gleichgewicht mit der kosmischen Umgebung Energieaufnahme aus kurzwelliger Einstrahlung = langwellige Ausstrahlung in den Weltraum effektive Strahlungstemperatur der Erde: – 18°C globale mittlere Lufttemperatur: 15°C

14 atmosphärische Gase, Wolken und Aerosolteilchen absorbieren und emittieren thermische Strahlung selektiv Abb. 5. (Quelle: Häckel 1999, S. 186 ) Durchlässigkeit für den kurzwelligen Anteil der Sonnenstrahlung, aber atmosphärische Gegenstrahlung hält großen Anteil der Wärmeausstrahlung der Erde zurück Durchlässigkeit für den kurzwelligen Anteil der Sonnenstrahlung, aber atmosphärische Gegenstrahlung hält großen Anteil der Wärmeausstrahlung der Erde zurück

15 1.4 anthropogener Treibhauseffekt
Ursachen: Vorgänge, die häufig unter dem Begriff globaler Wandel subsummiert werden Anstieg der Weltbevölkerung Vervielfachung der Weltprimärenergienutzung 90% der Energie gehen auf fossile Energieträger zurück Waldrodungen Emissionen Gegeneffekt durch Aerosole

16 Zusammenhang Gaskonzentrationen - Temperatur
Abb. 6: Aus Eisbohrkernen der Antarktis rekonstruierte Atmosphären- zusammensetzung der letzten Jahre (Quelle: Mauser 2007 in Gebhardt et al., S. 969)

17 Hysterese Das Zurückbleiben einer Wirkung hinter dem jeweiligen Stand der sie bedingenden veränderlichen Kraft v. a. Trägheit der Ozeane Halten der Treibhausgaskonzentrationen auf Niveau von 2000 würde noch Erwärmung von 0,2°C in den nächsten 20 Jahren nach sich ziehen Um den globalen Temperaturanstieg auf max. 2 °C zu begrenzen, müssten die anthropogenen Treibhausemissionen bis 2050 um 50 – 85% gegenüber dem Jahr 2000 gesenkt werden

18 2. KLIMAGESCHICHTE UND KLIMAREKONSTRUKTION
„Seit die Erde existiert – also seit zirka 4,6 Milliarden Jahren ändert sich das Klima, und das in unterschiedlicher Art und aus unterschiedlichen Gründen.“ (SCHÖNWIESE in GEBHARDT et al. 2007, S. 246)

19 2.1 natürliche Klimavariabilität
Extraterrestrische (Astronomische) Gründe: Regelmäßige Änderungen der Erdbahnparameter Exzentrizität der Ellipse Schiefe der Ekliptik Präzession Sonnenaktivität: Variationen der Strahlungsleistung der Sonne fortschreitende Fusion von Wasserstoff zu Helium Sonnenfleckenaktivität Meteoriten-Einschläge Ende der Dinosaurier nach Meteoriteneinschlag am Ende der Kreidezeit

20 2.1 natürliche Klimavariabilität
terrestrische (geophysikalische) Gründe: Kontinentalverschiebung: Änderung der Lage der Kontinente auf der Erdkugel zueinander, zu Polen und Äquator Vulkanismus: vulkanische Eruptionen setzen Staub und schwefelhaltige Gase bis in die Stratosphäre hinauf frei „Jahr ohne Sommer“ 1816 nach Ausbruch des Tambora (Indonesien)

21 2.1 natürliche Klimavariabilität
Interne Rückkopplungen im Klimasystem – Wechselwirkungen zwischen den Kompartimenten: Meeresströmungen und Atmosphäre Biosphäre und Atmosphäre klimatische Sondersituationen El Nino (ENSO-Phänomen) Nordatlantic Oszillation (NAO)

22 2.2 Methoden der Klimarekonstruktion
Paläoklimatologische Methoden: Phänologische Daten Dendrochorologie Pflanzenpollen-Spektren Chemisch-physikalische Methoden Geologische Methoden Geomorphologische Methoden

23 2.3 Klimageschichte: historische Klimakurven
zwei Zustände im Erdklima: akryogenes Warmklima und Eiszeitalter Eiszeitalter von einigen Jahrmillionen Dauer, dazwischen erheblich längere wärmere Warmklimaepochen Eiszeitalter: Glaziale (kalte Epochen) und Interglaziale (relativ warme Zwischeneiszeiten)

24 Abb. 7: Klimageschichte der Erde
(Quelle: Emeis 2000, S. 65) Abb. 8:Klimaschwankungen in der Erdgeschichte (Quelle: Schönwiese 2003, S. 287)

25 1906 – 2005: + 0,74°C Abb. 9: Anomalien der Jahresmitteltemperatur zum Referenzmittelwert 1961 – 1990 (Quelle: Schönwiese in Gebhardt et al. 2007, S. 247 nach Jones et al. 2005)

26 (Quelle: Schönwiese in Gebhardt et al. 2007, S. 248)
Abb. 10: Temperaturtrends der bodennahen Lufttemperatur von 1891 – 1990 (Quelle: Schönwiese in Gebhardt et al. 2007, S. 248)

27 Erhöhung der Atmosphären-temperatur
Anstieg des Meeresspiegels (20. Jhd.: 17 cm) Verringerung der Schneedecke auf Nordhemisphäre Abb. 11: Globale Veränderungen seit 1850 (Quelle: Casper 2007 nach IPCC, Working Group I 2007)

28 3. KLIMAPROGNOSEN UND KLIMAMODELLIERUNG
Schäden als Folge extremer Wetterereignisse in den letzen 10 Jahren: 16,5 Mrd. Euro Klimawandel-Kosten bis 2050: 137 Mrd. Euro allein in Deutschland (Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung) Ziel: Risikowahrnehmung in Wirtschaft und Verwaltung, Anpassung an den Klimawandel

29 3.1 Klimamodellierung Computermodelle als Abbilder des Erdsystems beschreiben über mathematische Gleichungen die Wechselwirkung zwischen physikalischen und biogeochemischen Prozessen in Atmosphäre, Ozean, Meereis und Landoberflächen quantitativ / numerisch Eingabeparameter: Entwicklung der Konzentrationen atmosphärischer Treibhausgase Rekonstruktion der Vergangenheit und Berechnungen für mögliche Klimaentwicklungen

30 Unsicherheiten Ergebnisse hängen entscheidend von jeweiligen Eingabe-Annahmen der Klimagas-Konzentrationen ab. Nicht-Berücksichtigung möglicher anthropogener Einflussfaktoren: Aerosole, Ozonchemie Nicht-Berücksichtigung natürlicher Einflüsse Lediglich angenäherte Simulation des sehr komplexen realen Klimasystems Aussagekraft der Modelle umso geringer, je kleiner das betrachtete Gebiet

31 3.2 Klimaszenarien keine Vorhersagen, sondern verschiedene Entwürfe der Zukunft, die in sich konsistent, aber nicht notwendig wahrscheinlich sind Entwicklungskorridore Ziel: Verantwortungsträger mit möglichen zukünftigen Situationen konfrontieren

32 IPCC: Erstellung verschiedener Szenarien mit sehr detaillierten Storyboards
Kriterien: Bevölkerungsentwicklung, Effizienz der Energienutzung, technologische Entwicklung Abb. 12: Emissionsentwicklungen in den IPCC-Szenarien (Quelle: Cubasch in Münchner Rück 2005, S. 65 nach IPCC 2001)

33 IPCC-Szenarien: Prognose einer globalen Erwärmung von 1,1 – 6,4 °C relativ zur Situation (IPCC 2007) Abb. 13: Erwartete Änderung der mittleren Lufttemperatur von bis Oben: A2 „regional-ökonomisch“ Unten: B2 „regional-ökologisch“ (Quelle: Von Storch in Gebhardt et al. 2007, S. 254 nach Danmarks Meteorologiske Institut)

34 3.3 Regionale Klimamodellierung
Einbettung hoch auflösender regionaler Klimamodelle in globale Klimamodelle Detailuntersuchungen Grundlagendaten für Hydrologen, Biologen, Energietechniker, Medizinmeteorologen, Bauphysiker, Katastrophenschützer, Agrarwissenschaftler…. Berücksichtigung globaler Informationen und lokaler Gegebenheiten bei der Berechnung regionaler Klimaänderungen

35 3.3.1 Ergebnisse für Europa regionale und saisonale Unterschiede (A1B)
Mittelmeerraum: Anstieg der Sommertemperaturen um mehr als 2,5 °C Mitteleuropa: Erwärmung weniger als 1,5 °C Osteuropa: Erwärmung weniger als 1 °C Wintermonate: Temperaturanstieg um etwa 1,5 – 2 °C von Skandinavien bis zum Mittelmeer Trend zur N-abnahme von bis zu 50 % im Mittelmeerraum in allen Jahreszeiten Abnahme der N in den Sommermonaten höhere N in Winter und Herbst in weiten Teilen Europas

36 3.3.2 Ergebnisse für Deutschland: REMO
Abb. 14: Relative Termperaturänderung im Sommer (links) und Winter (rechts) für die Jahre 2071 – 2100 gegenüber 1961 – 1990 (Quelle: Hagemann, Jakob o.J., S. 7)

37 Auswirkungen auf Waldbrandgefahr, Landwirtschaft, Binnenschifffahrt
Abb. 15: Relative Niederschlagsänderung in Sommer (links) und Winter (rechts) für 2071 – 2100 gegenüber 1961 – 1990 (Quelle: Hagemann, Jakob o.J., S. 8) Auswirkungen auf Waldbrandgefahr, Landwirtschaft, Binnenschifffahrt Auswirkungen auf Tourismus an Küsten und in den Alpen

38 4. MÖGLICHE KONSEQUENZEN FÜR GEO- UND BIOSSPHÄRE
Global Change: mit der Klimaänderung zusammenhängende Veränderungen im sozialen, ökonomischen und ökologischen Gefüge der Welt (vgl. EMEIS 2000, S. 155) Weil die Menschheit und die gesamte Biosphäre abhängig von günstigen Klimabedingungen sind, haben Klimaänderungen z. T gravierende ökologische und sozioökonomische Folgen

39 sensibelster Klimaindikator der Erde
4.1 Arktis sensibelster Klimaindikator der Erde Abb. 16: Arktische Eislandschaft (Quelle:

40 Klimaänderung Anstieg der Oberflächentemperatur in der Arktis in den vergangenen 56 Jahren 1,6°C (global: 0,4°C) Abb. 17: Jährlich gemittelte Lufttemperaturen nördlich von 70°N für den Zeitraum 1948 bis 2003 (Quelle:

41 Antarktische Meereisbedeckung hat leicht zugenommen
In den vergangenen 30 Jahren hat das Packeis im Sommer 1/5 seiner Fläche verloren, die Dicke des Meereises ist um 10 – 15 % geschrumpft, in stark betroffenen Gebieten um bis zu 40% Nordpolarmeer könnte bis Mitte des Jahrhunderts, spätestens bis 2080 im Spätsommer eisfrei sein Antarktische Meereisbedeckung hat leicht zugenommen Ausgeprägte Variabilität, der Trend ist sehr abhängig von den betrachteten Zeitskalen Abb. 18: Meereiskonzentration am 15. August 2004 und Meereiskanten am selben Tag 1998, 2002, (Quelle: Abb. 19: Änderungen des Eisvolumens in den vergangenen 50 Jahren (Rekonstruktion) (

42 Folgen der Erwärmung Häufigere Niederschläge zerstören Flechten
Eisbär auf Roter Liste bedrohter Tierarten „neue“ Vogelarten und Insekten Permafrostdegradation gefährdet Verkehrswege, Gebäude, Pipelines Freisetzung großer Mengen CH4 und CO2 Positive Effekte: verlängerte Schiffsaison, mehr Baumbewuchs, ergiebigere Fischgründe erleichterter Zugang zu arktischen Rohstoffen (Gefahr: neue Umweltprobleme)

43 4.2 Alpengletscher Temperaturanstieg in den Alpen in doppelter Geschwindigkeit Verschwinden vieler kleiner Gebirgsgletscher möglich Viele Gletscher zerfallen vor Ort Geo- und Ökosysteme nicht mehr im Gleichgewicht steigendes Risiko an Naturgefahren: Steinschlag, Fels- und Bergstürze, Murgänge, Lawinen kurzfristig steigende Hochwassergefahr langfristig sinkende See- und Grundwasserspiegel, Engpässe bei Trink- und Brauchwasserversorgung Abb. 20: Gletscher in den Alpen (Quelle: BMU 2007, S. 1)

44 Quelle: Braun, Weber in BMU 2007, S. 53
maximale Ausdehnung der Gletscher nach der „kleinen Eiszeit“ 1850 50% Verlust bis 1975 durchschnittlich 1% pro Jahr zwischen 1975 und 2000 2003: Verlust von 8% des verbliebenen Eises Quelle: Braun, Weber in BMU 2007, S. 53 Abb. 21: Vernagtferner-Gletscher

45 4.3 Meere und Küsten Thermische Trägheit der Ozeane trägt zur Persistenz des Klimasystems bei Transport großer Mengen Wärme und Bewegungsenergie Stoffspeicher, v. a. für Kohlenstoff Wirtschaftliche Aktivitäten des Menschen an den Küsten Steigende Gefahr von Sturmfluten an der Nordsee Mensch muss Besiedlung an der Küste anpassen

46 Wattenmeer Rückzug des Schlickwatts Planktonproduktion
Das flache Wattenmeer reagiert äußerst sensibel auf den Klimawandel und die dadurch höheren Wasserstände Abb. 22: Die Pazifische Auster überwächst die Miesmuschelbänke (Quelle: Abb. 23: Das Sylter Wattenmeer (Quelle:

47 Anstieg des Meeresspiegels
Schmelzen aller kontinentalen Gletscher: Meeresspiegelerhöhung um einen halben Meter Schmelzen des grönländischen Eisschildes: Meeresspiegelanstieg von sieben Metern völliges Abschmelzen des grönländischen Inlandeises und der Eiskappe der Antarktis: Meeresspiegelanstieg um 70 Meter Schneefall in der Antarktis würde bei globalem Temperaturanstieg von 3°C nach dem 21. Jahrhundert nicht mehr ausreichen, den Anstieg des Meeresspiegels zu kompensieren Klimaprojektionen: Meeresspiegelanstieg von cm

48 4.4 Flora und Fauna Klimawandel als eine Hauptbedrohung für die globale biologische Vielfalt Korallensterben Mangrovenwälder und Salzmarschen durch Meeresspiegelanstieg bedroht Tundren- und Gebirgsökosysteme stark gefährdet Ausbreitung von Krankheitserregern Verschiebung der Verbreitungsgebiete von Arten polwärts und in höhere Lagen, Einengung des Areals von Hochlagenspezialisten Veränderungen im Jahresrhythmus von Tieren und Pflanzen Verlängerung der Vegetationsperiode (seit 1950 um zehn Tage) früherer und längerer Pollenflug

49 Naturschutz als Klimaschutz
effektiver Naturschutz als Beitrag zur Abschwächung der Klimaänderung Hochwasser- und Küstenschutz Sicherung der Wasserversorgung Schutz des Menschen vor den Auswirkungen von Extremereignissen und Naturkatastrophen negative Effekte von Klimaschutzmaßnahmen Wald- und Moorzerstörung für Anbau von Biofuels Holzplantagen CO2-Senken: Moore, Böden, Ozean, Wälder, Vegetation

50 4.5 Folgen für den Menschen
weltweit : Zunahme der Naturkatastrophenschäden für die Versicherungswirtschaft Häufung von Wetterkatastrophen wie Stürmen, Überschwemmungen, Unwettern, Hitzewellen, Waldbränden enorme wirtschaftliche Konsequenzen

51 Extremereignisse „Was heute als Extremereignis gilt, wird schon bald
kleine Verschiebung der klimatischen Mittelwerte hat große Wirkung für die Überschreitungswahrscheinlichkeit kritischer Schwellenwerte größere Variabilität => höhere Wahrscheinlichkeit für Extremwerte Abb. 24: Zunahme von Mittelwert und Streuung (Quelle: Berz in Münchner Rück 2005, S. 102) „Was heute als Extremereignis gilt, wird schon bald zur Normalität“ (MÜNCHENER RÜCK 2004, S. 97)

52 Beispiel Hitzesommer 2003 3,4 °C höhere Mitteltemperaturen (verglichen mit ) Waldbrände, Dürreschäden in der LW, Ausfälle in der Flussschifffahrt, Engpässe bei der Stormversorgung zusätzliche Todesfälle Abb. 25: Hitzebelastungen 2003 (Quelle: Höppe in Münchner Rück 2005, S. 158f)

53 Nahrungsmittel und Trinkwasser
Lebensmittelsicherheit Haltbarkeit von Lebensmitteln sinkt steigende Gefahr von Missernten, Dürren Reduktion der Pflanzenproduktivität und Erntemenge in heißen Regionen der Erde, Hungersnöte Verlust von Agrarland durch Bodenerosion und Desertifikation Trinkwasserqualität chemische und biologische Eigenschaften abhängig von der Wassertemperatur Steigende Konzentrationen eingeleiteter Chemikalien bei niedrigen Wasserständen Trinkwasserverknappung in trockenen Regionen für Bevölkerung und Landwirtschaft

54 Weitere Folgen der Klimaerwärmung
milde Winter: mehr Sturmtiefs stoßen aufs Festland vor Hitzefolgen: Gewitter, Hagel, Sturzfluten, Starkwinde Hohe Temperaturen begünstigen die Übertragung von Krankheiten Thermische Umweltbedingungen Luftschadstoffe, Luftqualität, Luftreinhaltung Ozonabbau in der Stratosphäre: Zunahme der UV-Strahlung Hohe Ozonwerte in heißen Sommern, Belastungen der Gesundheit der Bevölkerung, der Land- und Forstwirtschaft

55 5. ZUSAMMENFASSENDE BETRACHTUNG
Eine Zunahme der globalen Mitteltemperaturen in der unteren Atmosphäre und in den oberen Ozeanschichten durch den Einfluss des Menschen über die Zunahme der Konzentrationen bestimmter Spurengase ist nicht zu leugnen Schwierigkeit, natürliche und anthropogen verursachte Klimavariabilität zu trennen Vielfältige Wechselwirkungen im Klimasystem erschweren Erklärungen und Prognosen Forschungsfeld Klimafolgenforschung: Folgen der Klimaänderungen für das Leben von Mensch, Tier, Pflanze und die Lebensbedingungen in den verschiedenen Lebensräumen der Erde

56 Ausblick Der Klimawandel ist eines der drängendsten Umweltprobleme unserer Zeit. Es bedarf einer sachlichen wissenschaftlichen Diskussion und einer integrativen und nachhaltigen nationalen und internationalen Energie- und Klimaschutz-Politik, um das eingesetzte Global Warming zu bremsen und seinen Auswirkungen auf das System Erde gegenzusteuern.

57 Quelle: www.meteoradar.ch

58 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!!
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