Klima und Klimawandel

1. Klima und Klimawandel ein Vortrag von Hans-Georg Gampper

2. Klimasystem Dieter Kasang: www.hamburger-bildungsserver.de

3. Definition • Unter Klima versteht man die für einen geographischen Raum charakteristische Verteilung der häufigsten, mittleren und extremen Werte der atmosphärischen Zustände und Witterungsvorgänge während eines längeren Zeitraums

4. Kein isoliertes System Die Atmosphäre ist kein isoliertes System, sondern steht mit der Hydrosphäre (Ozean, Wasserkreislauf), der Kryosphäre (Eis und Schnee), der Biosphäre (Pflanzen und Tiere), der Pedosphäre (Boden) und der Lithosphäre (Gestein) in Wechselwirkung. • Das Klimasystem bezieht als eine riesige Wärmekraftmaschine seine Energie von der Sonne. Die unterschiedliche Einstrahlung der Sonne zwischen Pol und Äquator, Sommer und Winter, Tag und Nacht schafft wärmere und kältere Zonen in der Atmosphäre, wodurch Luftdruckunterschiede und Winde entstehen, die wiederum Meeresströmungen antreiben und Energie transportieren.

5. Energie von der Sonne Das Klimasystem bezieht als eine riesige Wärmekraftmaschine seine Energie von der Sonne. Die unterschiedliche Einstrahlung der Sonne zwischen Pol und Äquator, Sommer und Winter, Tag und Nacht schafft wärmere und kältere Zonen in der Atmosphäre, wodurch Luftdruckunterschiede und Winde entstehen, die wiederum Meeresströmungen antreiben und Energie transportieren.

6. Klimasystem Dieter Kasang: www.hamburger-bildungsserver.de

7. Stockwerksaufbau • Die Atmosphäre ist von unten nach oben in verschiedene Stockwerke gegliedert. Die Troposphäre reicht vom Erdboden bis in eine Höhe von 8 km am Pol und 12 km am Äquator. In ihr spielen sich die Wettervorgänge wie Wolkenbildung und Niederschlag, auf- und absteigende Luft usw. ab. Im oberen Bereich der Troposphäre und in der unteren Stratosphäre bewegen sich die Passagierflugzeuge.

8. Das große marine Förderband Das grosse marine Förderband Dieter Kasang: http://www.hamburger-bildungsserver.de, verändert nach Norbert Noreiks

9. Meeresströmungen • 71% der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt. Schon daher kommt dem Ozean im Klimasystem eine große Bedeutung zu. Neben der ausgleichenden Wirkung des Ozeanwassers im Jahres- und Tagesgang der Temperatur sind die Meeresströmungen ein wichtiger Klimafaktor, da sie durch Energietransport entscheidend zum Ausgleich des Strahlungsgegensatzes zwischen niedrigen und höheren Breiten beitragen

10. -----Ende Klimasystem-----

11. Der Stockwerkaufbau der Atmosphäre Dieter Kasang: www.hamburger-bildungsserver.de, verändert nach Norbert Noreiks

12. Temperaturverlauf • Die Temperatur nimmt in der Troposphäre mit der Höhe von +15 oC auf -55 oC ab. Von der Tropopause, der Obergrenze der Troposphäre, erstreckt sich bis in eine Höhe von 50 km die Stratosphäre. In der Stratosphäre steigt die Temperatur wieder leicht an, da hier ein Teil der UV-Strahlung der Sonne durch die Ozonschicht absorbiert wird

13. Vulkane • Bei stärkeren Vulkanausbrüchen werden Ascheteilchen bis in die untere Stratosphäre geschleudert und umkreisen dort für einige Jahre den Erdball; sie reflektieren die Sonnenstrahlung und wirken für die Troposphäre abkühlend. Mesosphäre und Thermosphäre haben für das Klima keine nennenswerte Bedeutung.

14. Stockwerkaufbau Der Stockwerkaufbau der Atmosphäre Dieter Kasang: http://www.hamburger-bildungsserver.de, verändert nach Norbert Noreiks

15. -----Ende Stockwerkaufbau-----

16. Strahlungshaushalt und Treibhauseffekt Strahlungshaushalt und Treibhauseffekt Dieter Kasang: http://www.hamburger-bildungsserver.de, Daten nach IPCC

17. natürlicher Treibhauseffekt • Der natürliche Treibhauseffekt entsteht durch die atmosphärischen Spurengase Wasserdampf (H2O), Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffdioxid (N2O) u.a., die wie eine Wärmefalle wirken.

18. Anthropogener Treibhauseffekt • Der viel diskutierte anthropogene (vom Menschen verursachte) Treibhauseffekt ist lediglich eine Verstärkung des natürlichen Treibhauseffekts. Ohne die natürliche Treibhauswirkung der Atmosphäre würde die globale Mitteltemperatur der Erde gegenwärtig nicht bei +15 oC, sondern bei -18 oC liegen.

19. 31% • Die durchschnittliche globale Sonneneinstrahlung beträgt 342 Wm-2. Etwa 31% dieser Energie werden durch Streuung und Reflexion von Luftmolekülen, Aerosolen und Wolken sowie von der Erdoberfläche wieder in den Weltraum zurückgesandt

20. 235 Wm-2 werden von Wolken, Molekülen und Partikeln der Atmosphäre (67 Wm-2) und von der Eroberfläche (168 Wm-2 = 49%) absorbiert und als Wärmestrahlen emittiert

21. Treibhauseffekt hausgemacht? • "Wissenschaftler warnen vor Treibhauseffekt", • "Treibhauseffekt schuld an Klimaänderung.."Der Begriff ist heute in aller Munde. Er steht für die meisten als Synonym für negative, von uns Menschen "hausgemachte" Klimaveränderungen.

22. natürlicher Treibhauseffekt • Weitgehend unbekannt ist dagegen die wichtige Rolle, die der bei der Entstehung des Lebens auf unserer Erde spielt. Ohne ihn wäre die Erde ein lebensfeindlicher Planet. Die Atmosphäre wirkt ähnlich wie die Glasscheibe eines Gewächshauses: Sie lässt Wärme von außen durch und hält sie im Inneren fest

23. Treibhaus http://www.g-o.de/

24. Treibhaus Erde • Kurzwellige Strahlung von der Sonne dringt durch die Lufthülle zur Erdoberfläche und wird von dort als langwellige Wärmestrahlung reflektiert. Einige Moleküle in der Atmosphäre, darunter vor allem Kohlendioxid und Wasserdampf, können diese Wärmestrahlung absorbieren und dadurch die Wärme in der Atmosphäre halten. Der heutige CO2-Gehalt von 0,036 Prozent reicht schon aus, um einen Temperaturgewinn von rund 30 Grad zu bewirken. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt lägen die Temperaturen unserer Erde nur bei minus 15 Grad.

25. Treibhaus Erde http://www.g-o.de/

26. Treibhaushausgase • Die natürlichen Treibhausgase absorbieren zu einem großen Teil die vom Erdboden ausgesandte langwellige Wärmestrahlung und emittieren sie nach allen Richtungen. Durch diesen "Treibhauseffekt'' wird die Atmosphäre in Bodennähe um 33 oC erwärmt. Differenz globale Mitteltemperatur der Erde von +15 oC derzeit, und nicht -18 oC wie ohne natürlichen Treibhauseffekt.

27. Von vom Mensch verursacht • Der anthropogene Treibhauseffekt wird dadurch verursacht, dass der Mensch die Konzentration der natürlichen Treibhausgase erhöht bzw. neue Treibhausgase (die FCKWs) hinzufügt.

28. FCKW IMSI Masterclips

29. Methan CH4 IMSI Masterclips

30. Distickstoffoxyd N2O IMSI Masterclips

31. OZON O3 IMSI Masterclips

32. Kohlendioxyd CO2 IMSI Masterclips

33. -----Ende Treibhauseffekt-----

34. AbsorptionsbereicheTreibhausgase Die Absorptionsbereiche der Treibhausgase Dieter Kasang: www.hamburger-bildungsserver.de

35. nur bestimmte Wellenlängenbereiche • Die Treibhausgase absorbieren sehr selektiv die emittierten Wärmestrahlen.

36. -----Ende Absorptionsbereiche-----

37. Temperaturveränderungen 150 000Jahre Dieter Kasang: http://www.hamburger-bildungsserver.de, Norbert Noreiks, Max-Planck-Institut für Meteorologie

38. Würm-Kaltzeit • Während der letzten Kaltzeit (Würm-Kaltzeit: 11 000 bis 100 000 Jahre vor heute), als die Gletscherzungen des skandinavischen Inlandeises bis kurz vor Hamburg reichten, lag die globale Mitteltemperatur etwa 4 oC unter dem heutigen Durchschnittswert. Davor gab es eine Warmzeit ähnlich der heutigen, die Eem-Warmzeit. Am Ende der Würm-Kaltzeit, möglicherweise aber auch davor, zeigte das Klima regional, möglicherweise auch weltweit, starke Schwankungen

39. Klima der Nacheiszeit • Dagegen ist das Klima der Nacheiszeit, in der die menschlichen Hochkulturen entstanden, auffallend stabil. Als Ursache für die nur sehr allmählich und über sehr lange Zeiträume erfolgenden Klimaänderungen zwischen Kaltzeit und Warmzeit gelten Änderungen in der Umlaufbahn der Erde um die Sonne.

40. Temperaturänderungen 11 000 Dieter Kasang: http://www.hamburger-bildungsserver.de, Norbert Noreiks, Max-Planck-Institut für Meteorologie

41. Temperaturerhöhung im 20. Jahrhundert Dieter Kasang: http://www.hamburger-bildungsserver.de, Daten nach IPCC

42. nie so hoch wie 1997 (Darstellung geht nur bis 2000) • Seit Beginn der instrumentellen Messungen (ca. 1860) war die bodennahe globale Mitteltemperatur nie so hoch wie 1997. Vom Ende des 19. Jahrhunderts bis heute ist der globale Durchschnittswert um ca. 0,5 oC gestiegen. Die Graphik zeigt die Abweichungen der globalen Mitteltemperatur vom Durchschnitt der Jahre 1951-1980.

43. Das Klima im nächsten Jahrhundert Dieter Kasang: www.hamburger-bildungsserver.de,

44. 2085 etwa 2 oC höher als heute • Wesentlich schneller als im letzten wird die Temperatur in diesem Jahrhundert steigen, wenn der Anstieg der anthropogenen Emission von CO2, CH4, N2O und FCKW's (in der Graphik als CO2-Äquivalente berücksichtigt) weiter anhält. Dann ist mit einer Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur von mindestens 0,2 oC pro Jahrzehnt zu rechnen, die im Jahre 2085 um etwa 2 oC höher als heute liegen wird.

45. -Ende Temperaturveränderungen-

46. Der Kohlenstoffkreislauf Kohlenstoffkreislauf Dieter Kasang: http://www.hamburger-bildungsserver.de, Norbert Noreiks, Max-Planck-Institut für Meteorologie

47. Kohlenstoffkreislauf • In den letzten 150 Jahren sind durch die Verbrennung fossiler Energieträger rund 210 Gigatonnen Kohlenstoff (1 GtC=1000000000t Kohlenstoff) und durch Abholzung und Änderungen in der Landnutzung 110 GtC in die Atmosphäre emittiert worden. Davon befinden sich z.Zt. noch etwa 43% in der Atmosphäre. Der Rest hat sich in den Kohlenstoffkreislauf eingefügt und damit die Austauschraten zwischen Atmosphäre und Biosphäre sowie zwischen Atmosphäre und Ozean erhöht und neben dem atmosphärischen auch das ozeanische Reservoir vergrößert.

48. anthropogene Beitrag 7,1 GtC/a • Die Abbildung zeigt neben den Reservoiren von Atmosphäre, Ozean und Biosphäre (in GtC) auch den durchschnittlichen jährlichen Austausch (in GtC/a) für die 80er Jahre des 20. Jahrhunderts. Der anthropogene Beitrag belief sich durch die Verbrennung von Öl, Kohle und Gas auf 5,5 GtC/a sowie auf 1,6 GtC/a durch die Vernichtung von Wäldern und andere Landnutzungsänderungen.

49. Der Kohlenstoffkreislauf Kohlenstoffkreislauf Dieter Kasang: http://www.hamburger-bildungsserver.de, Norbert Noreiks, Max-Planck-Institut für Meteorologie

50. Kohlenstoffkreislauf