Klimawandel WS 05/06 Joachim Curtius Institut für Physik der Atmosphäre Universität Mainz

1. Klimawandel 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)

2. Jacques Chirac, französischer Präsident, 8.12.2005, aus einer Videobotschaft zur Klimakonferenz in Montreal: "Der Klimawandel ist zu einer brutalen und drängenden Realität geworden." Er sei "die größte Bedrohung" für die Zukunft der Menschheit. "Verheerende Naturkatastrophen, Konflikte um Energie-Ressourcen, Klimaflüchtlinge... die Rechnung könnte schnell zu hoch werden". "Was wir in unseren Händen haben, ist die Zukunft unseres Planeten."zitiert nach Spiegel on-line, 8.12.2005

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

4. [IPCC, 2001]

5. Änderung der Wetterextreme [IPCC, 2001]

6. Hurrican Katrina, 2005

7. Webster et al., Science, 2005: Zunahme der SST und Zunahme der Intensität von Hurrikanen

8. Häufigkeit und Intensität von tropischen Stürmen • Anstieg der Ozeanfläche mit Oberflächentemperaturen >26°Cläßt eine Zunahme von tropischen Stürmen plausibel erscheinen. • in 2004 und 2005: Hurrikane auch außerhalb der bisher bekannten Gebiete. • Vorsicht: natürliche Variabilität und Zyklenz.B. weniger Hurrikane in starken El Nino-Jahren. • neben SST >26°C auch andere Faktoren wie Stärke dervertikalen Scherwinde, Hochdruckrücken über zentralem und östlichem Nordatlantik etc.. • Probleme der Vergleichbarkeit von "alten" Daten... • Neueste Untersuchungen von Webster et al., 2005, und Emanuel, 2005, zeigen einen Anstieg der Intensität von tropischen Wirbelstürmen. • Anthropogener Einfluss sehr schwer zu zeigen!

9. Zunahme der Häufigkeit und Intensität von Hitzewellen wie im Sommer 2003 in Europa ist sehr wahrscheinlich. Die Zunahme der Wahrscheinlichkeit für solche Hitzewellen ist auf anthropogene Einflüsse zurückführbar. [z.B.: Stott et al., Nature, 2004, 'Human contribution to the European heatwave of 2003']

10. Naturkatastrophen 1980-2004 weltweit rot: Erdbeben, Vulkane, Tsunamigrün: Stürmeblau: Über-schwemmungengelb: Hitze/Kältewellen

13. Schäden durch Naturkatastrophen Zunahme der Schäden deutlich größer als Zunahme der Ereignisse wegen Bevölkerungswachstum, Wohlstandswachstum undzunehmender Besiedlung von gefährdeten Gebieten

14. 4. CO2 • Kohlenstoffkreislauf • Entwicklung atmosphärisches CO2 • anthropogene Quellen des CO2: • fossile Brennstoffe, Brandrodung etc. • Senken des CO2: • Ozeane, Land-Biomasse • Rückkopplungen • Zeithorizonte, Emissionsszenarien • Möglichkeiten der Speicherung von CO2

15. CO2 ist das mit Abstand wichtigste Klimagas für die aktuelle Klimawandelproblematik: • mehr als 50% des geänderten Klimaantriebs geht auf CO2 zurück. • unvermeidbares Produkt jeder Verbrennung von fossilen Brennstoffen: CxHy + O2 CO2 + H2O

16. Atmosphärischer CO2-Kreislauf (in Gt C)

17. CO2-Konzentration in der Atmosphäre CO2 in der Atmosphäre Mauna Loa Langzeit... CO2 bleibt mehrere hundert Jahre in der Atmosphäre unausweichliches Verbrennungsprodukt aller fossilen Brennstoffe: XY Gt/Jahr, woher... "Zeit" CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

18. atmosphärische CO2-Konzentrationen der letzten 650 000 Jahre [Siegenthaler et al., Science, 2005] • Kopplung von Temperatur (D) und CO2, • zeitlich versetzt um 1000-2000 Jahre... • aber enge Rückkopplung • neu: lange Warmzeiten; wenig Variation über 30 000 Jahre zwischen 560 und 590 kyr BP

19. atmospärische CO2-Konzentrationen in verschiedenen Zeitskalen: atmosphärische CO2-Konzentrationen waren kleiner als 300 ppm in den letzten 650 000 Jahren, vermutlich in den letzen 20 Mio. Jahren

20. IPCC 2001 bis 2100 steigt CO2 auf 550-975 ppm

21. Zeithorizonte:

22. Anthropogen verursachte CO2-Emissionen • Mittelwert der 1990er Jahre: • aus fossilen Brennstoffen: • 6.40.4 PgC/yr = 23.1 Gt CO2/yr • (Einheiten: 1 Peta-Gramm Kohlenstoff pro Jahr • entspricht 1 Giga-Tonnen C pro Jahr, • entspricht 3.66 Gt CO2 pro Jahr) • aus "land use change" (im wesentlichen Entwaldung):~1.70.9 PgC/yr (1980er Jahre) • Verbleib des CO2 aus fossilen Brennstoffen: • Aufnahme Ozeane (~1.70.5 PgC/yr) • Netto-Aufnahme in Land-Biosysteme (1.4 0.7 PgC/yr) • Verbleib in der Atmosphäre (3.2 0.1 PgC/yr)

23. IPCC 2001  offene Fragen insbesondere zu "land-use change", "terrestrial sink", und Ocean-Atmosphere-Flux

24. Verbleib des anthropogen verursachten CO2: Aufschlüsselung der Senken durch Vergleich von Abnahme O2 und Zunahme CO2 sowie bekannter Verbrennungs- stöchiometrie der fossilen Brennstoffe [IPCC, 2001]

25. Cox et al., Nature, 2000: Akkumulierte Kohlen-stoff-Budgets. Aufnahme von CO2 in Böden nimmt ab, Land-Biota wird sogar zur Quelle von CO2

26. Rückkopplungen: • Höhere Temperaturen führen zu niedrigerer Löslichkeit von CO2 im Wasser der Ozeane. • Stärkere Stratifizierung der Ozeane bei steigender Oberflächentemperatur führt zu langsamerem Transport von CO2 im Wasser.... • CO2-Aufnahme durch Land-Biosysteme ist abhängig von der Temperatur, der Bodenfeuchte und Niederschlägen, dem CO2-Gehalt der Luft, Art der Bewirtschaftung, etc. • Permafrostböden tauen auf und setzen große Mengen CO2 und CH4 frei. Derzeit große Unsicherheiten bezüglich der zukünftigen Aufnahme von CO2 durch Land-Biosysteme!

27. Anthropogen verursachtes CO2

28. [IEA, 2005]

31. Kopplung und Entkopplung von Wirtschaftswachstum und CO2-Emissionen

33. Deutschland DIE ZEIT, 8.12.2005

37. pro-Kopf-Emissionen CO2: Bangladesch: ca. 133 Mio. Einwohner, ~0,2 t/Kopf China: 1.27 Mrd. Einwohner, inzwischen ~3,0t/Kopf D: 81 Mio. Einwohner, ~11t/Kopf USA: 294 Mio. Einwohner, ~21 t/Kopf Weltdurchschnitt: ~4,0t/Kopf

38. CO2 aus "veränderter Land-Nutzung"

39. Indonesien im El Nino-Jahr 1997/1998: • Riesige Wald- und Torfbrände... • Abschätzung Siegert et al., Nature, 2001: • Schäden in unberührtem Tropenwald gering (5%) • Schäden in Tropenwald mit selektivem Einschlag hoch (60%) • Schäden in kultivierten Gebieten sehr hoch (>70%) Abschätzung Page et al., Nature, 2002: • 0.8-2.6 PgC freigesetzt in Indonesien im Jahr 1997!13-40% der jährlichen Menge an fossilen Brennstoffen! • durchschnittlich 50 cm Torf abgebrannt. • Risiko für weitere Feuer gestiegen. • in Indonesien noch ca. 25-50 Gt C im Torf gelagert.

40. Indonesien im El Nino-Jahr 1997/1998: • Kalimatan und das"Mega Rice Project" • mehr als 60 000 Brandherdeim Jahr 1998 • Verbrannte Fläche größer als die Schweiz [Spektrum der Wissenschaft, 2004]

41. Indonesien im El Nino-Jahr 1997/1998: vollständig zerstört schwere Schäden leichte Schäden [Siegert et al., Nature, 2001]

42. Globale Zerstörung der tropischen Regenwälder: • 1 Hektar pro Sekunde (~ 2 Fußballfelder) • 86 000 Hektar pro Tag (> Fläche New York) • 31 Millionen Hektar pro Jahr (> Fläche Polen) • neben CO2-Freisetzung auch viele andere Probleme wie Vernichtung von Tier- und Pflanzenarten, Veränderung des lokalen und regionalen Klimas.

43. 1983 2000 Rondonia, 1970

44. COUNTRY (in km2) ORIGINAL EXTENT OF FOREST COVER PRESENT EXT. OF PRIMARY FOREST COVER ANNUAL DEFOREST. (km2) Zerstörung des tropischen Regenwalds: Bolivia (1,098,581) 90,000 45,000 1,500 Brazil (8,511,960) 2,860,000 1,800,000 50,000 C. America (522,915) 500,000 55,000 3,300 Columbia (1,138,891) 700,000 180,000 6,500 Congo (342,000) 100,000 80,000 700 Ecuador (270,670) 132,000 44,000 3,000 Indonesia (1,919,300) 1,220,000 530,000 12,000 Cote D'Ivoire (322,463) 160,000 4,000 2,500 Laos (236,800) 110,000 25,000 1,000 Madagascar (590,992) 62,000 10,000 2,000 Mexico (1,967,180) 400,000 110,000 7,000 Nigeria (924,000) 72,000 10,000 4,000 Philippines (299,400) 250,000 8,000 2,700 Thailand (513,517) 435,000 22,000 6,000 Vgl. EU-25: 3,977,000 km2

46. CO2-Lagerung Der Spiegel, 28.11.2005 [IPCC, SRCCS, 2005]

47. CO2-Lagerung • CO2 wird aus dem Abgas von Kraftwerken herausgefiltert und per pipeline transportiert und dann unterirdisch oder in der Tiefsee eingelagert • technisch machbar • Kosten: 1-5 cent/kWh zusätzlich • einige Verfahren in der Erprobung

48. unterirdische CO2-Lagerung [IPCC, SRCCS, 2005]

49. CO2-Lagerung in der Tiefsee [IPCC, SRCCS, 2005]

50. Vergleich von CO2-Produktion und CO2-Emissionen [IPCC, SRCCS, 2005]