Klimaänderungen
Zusammenfassung
Dieser
Übersichtsartikel beschreibt die natürliche Variabilität sowie die
systematischen Veränderungen des Erdklimas. Ausser der Neugierde, die
Entwicklung unseres Lebensraumes zu seiner heutigen Ausprägung zu verstehen,
steht dabei im Vordergrund vor allem die berechtigte Sorge, ein vom Menschen
verursachter Wandel des Klimas könnte unsere Lebensbedingungen in der Zukunft
dramatisch verändern. Zur Einordnung der möglichen Entwicklung des Erdklimas
beginnen wir diesen Artikel mit einem Rückblick auf das Klima in früheren
Zeitabschnitten. Wir stellen die sogenannten "Klimaarchive" vor,
anhand derer Information über das historische Erdklima gewonnen werden können.
Die folgenden Kapitel dienen der Beschreibung der menschlichen Einflüsse auf
das Klimasystem sowie der Beurteilung ihrer Wirkung auf das zukünftige Klima
anhand von Klimamodellen. Abschliessend diskutieren wir aktuelle Ergebnisse der
Klimaforschung. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, wie signifikant schon
heute ein anthropogener Einfluss auf das Erdklima nachzuweisen ist, und wie
stark sich das Erdklima der Zukunft von unseren heutigen Lebensbedingungen
unterscheiden wird.
Einführung und Übersicht
Das Klima beschreibt die langfristigen Mittelwerte der Witterung anhand von Klimaparametern wie z.B. Temperatur, Niederschlag oder Windstärke. Mit diesen Grössen ist es möglich, die Lebensbedingungen eines Ortes, einer Gegend oder gar der gesamten Erde zu charakterisieren. Insbesondere lässt sich anhand ihrer zeitlichen Veränderungen der Wandel der Lebensbedingungen für Menschen, Flora und Fauna darstellen. Eine solche Beschreibung stellt zwangsläufig eine starke Beschränkung der vielfältigen Eigenschaften unserer komplexen Umwelt auf nur einige wenige Zahlenwerte dar. Gleichwohl steht damit eine geeignete und oftmals auch die einzige Methode zur Verfügung, Informationen über lange zurückliegende Zeitabschnitte zu gewinnen. So ist es möglich, frühere Klimazustände zu beschreiben oder aber für in der Zukunft liegende Perioden vorherzusagen. Für die vollständige Beschreibung des Klimas muss neben der Atmosphäre auch deren Wechselwirkungen mit anderen Komponenten des Klimasystems betrachtet werden. Dazu zählen die Wassergebiete der Erde (Hydrosphäre), die Eisgebiete (Kryosphäre), die Böden (Pedosphäre), die Gesteinsschicht (Lithosphäre) sowie die Flora und Fauna (Biosphäre). Im Gegensatz zu diesen internen Einflüssen wirken die externen Einflüsse einseitig auf das Klimasystem. Hierzu zählen beispielsweise die Stärke der solaren Einstrahlung oder der Vulkanismus.
Das Wissen über
mögliche Klimaveränderungen dient dem Menschen dazu, seine Lebensbedingungen in
der Zukunft kennenzulernen und zu bewerten. Dies ist gerade deswegen von grosser
Bedeutung, weil der Mensch viele klimarelevante Grössen wie z.B. die stoffliche
Zusammensetzung der Erdatmosphäre, die Verdunstungsrate oder die Reflektivität
der Erdoberfläche stark und nachhaltig verändert hat. Die Anzeichen verdichten
sich immer mehr, dass solche anthropogenen Einflüsse zu einer Klimaänderung und
somit zu einem möglicherweise dramatischen Wandel unserer Lebensbedingungen
führen werden oder schon geführt haben.
Paläoklimatologie - die Archive des Erdklimas
Um beurteilen zu
können, ob sich beobachtete oder prognostizierte Klimaveränderungen innerhalb
der natürlichen Variationsbreite des Erdklimas bewegen, ist es wichtig, die
Entwicklung des Erdklimas während früherer Zeitabschnitte zu untersuchen. Dabei
besteht jedoch das Problem, dass die sicherste Informationsquelle der
Klimatologie, die systematische physikalische Messung von Klimadaten, nur kurz
in die Vergangenheit zurückreicht. Die frühesten heute verfügbaren Messungen
des Luftdruckes und der Lufttemperatur z.B. stammen aus der Mitte des 17.
Jahrhunderts. Klimatologisch verwertbare Daten, d.h. solche, die an mehreren
Orten und über längere Zeitspannen gemessen wurden, liegen sogar erst ab Ende
des 18. Jahrhunderts vor. Glücklicherweise steht in der indirekten Erfassung
von Klimadaten mit Hilfe der Paläoklimatologie eine Möglichkeit zur Verfügung,
unser Wissen über das Klima auch auf weit zurückliegende Zeitabschnitte
auszuweiten. Diese Methode beruht auf der Analyse von Materialproben, deren Eigenschaften
während vergangener Zeitabschnitte vom damals herrschenden Klima geprägt
wurden. So lassen sich beispielsweise aus eingeschlossenen Luftblasen in
Eisbohrkernen die Spurenstoffzusammensetzung der Atmosphäre und aus dem
Sauerstoffisotopenverhältnis des Niederschlags Rückschlüsse auf die
atmosphärische Temperatur extrahieren. Paläoklimatologische Methoden erlauben
es, Informationen über das Erdklima bis vor etwa 4,3 Milliarden Jahren zu
gewinnen (siehe Tab. 1). Dabei gilt allerdings generell, dass die Verfügbarkeit
und die Genauigkeit der bestimmten Klimadaten abnehmen, je weiter die
betreffenden Zeiträume zurückliegen. Auch ermöglichen paläoklimatologische
Daten oftmals nur qualitative oder relative Aussagen, deren Genauigkeit nicht
vergleichbar ist mit der moderner physikalischer Messmethoden.
Die Atmosphäre der frühen Erde, natürliche Variationen des Erdklimas
Die Methoden der
Paläoklimatologie erlauben uns einen weiten Blick zurück bis kurz nach der
Entstehung unseres Planeten (siehe Tab. 1). Hier soll ein kurzer Überblick
gegeben werden über die starken Veränderungen, die die Erdatmosphäre während
dieser Zeit erfahren hat. Dazu wollen wir zuerst die stoffliche Zusammensetzung
der Atmosphäre betrachten (Luft). Es wird heute angenommen, dass die »Uratmosphäre«
der Erde in den Weltraum »entschwunden« ist, bevor sich während der
Zusammenballung der planetaren Masse ein genügend starkes Gravitationsfeld
entwickeln konnte. Man schliesst dies daraus, dass die Konzentration von
Edelgasen in der heutigen Erdatmosphäre äusserst gering ist im Vergleich zu
deren typischem Vorkommen im Kosmos, zumal kein Prozess bekannt ist, der diese
Gase aus der Erdatmosphäre hätte entfernen können. Nach heutigem Wissensstand
entwickelte sich eine zweite Uratmosphäre durch Ausgasen aus der komprimierten
Planetenmaterie. Es wird angenommen, dass sich die Atmosphäre vor etwa 4,3
Milliarden Jahren hauptsächlich aus Stickstoff, Wasser, Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2) und Ammoniak (H3N) zusammensetzte, sie
aber keinen nennenswerten Anteil an Sauerstoff enthielt (siehe [1]Abb. 1). Im Laufe der Zeit wurde das
Kohlendioxid durch Gesteinsverwitterung aus der Atmosphäre entfernt, es bildete
sich eine geringe Konzentration an Sauerstoff aus der photolytischen Spaltung
von Wassermolekülen in der hohen Atmosphäre; der freigesetzte leichte
Wasserstoff konnte in den Weltraum entweichen. Ein bedeutender Mechanismus zur
Freisetzung atmosphärischen Sauerstoffs etablierte sich schliesslich mit der
Umstellung des Pflanzenstoffwechsels auf die Photosynthese. Während anfangs der
entstandene Sauerstoff noch mit in den Ozeanen gelöstem Eisen reagierte und so
der atmosphärische Sauerstoffgehalt gering blieb, stieg er vor etwa 2,5
Milliarden Jahren deutlich an, um schliesslich vor etwa 1,5 Milliarden Jahren in
etwa seine heutige Konzentration zu erreichen. Neben der Bedeutung des
Sauerstoffs als Atmungsgas war seine Präsenz in der Erdatmosphäre auch die
Voraussetzung zur Bildung der Ozonschicht (Ozon), die erst die Entwicklung
höherer Lebensformen ausserhalb des Ozeans ermöglichte. Allgemein wird
angenommen, dass die Zusammensetzung der Erdatmosphäre, im Gegensatz etwa zu den
Nachbarplaneten Mars und Venus, seit etwa 3,5 Milliarden Jahre durch die
Biosphäre kontrolliert wird.
Ausser über die
stoffliche Zusammensetzung der frühen Erdatmosphäre lassen sich auch
Informationen über andere Klimaparameter wie Temperatur und Niederschlag
gewinnen. In [2]Abb. 2 ist die Entwicklung der
mittleren Lufttemperatur der Nordhemisphäre während der letzten Jahrmilliarde
dargestellt, bestimmt aus paläoklimatologischen Daten. Es wird deutlich, dass
die Temperatur der Erde in der Vergangenheit starken Schwankungen unterlag.
Insbesondere traten häufig Perioden tiefer Temperaturen, sogenannte
Eiszeitalter, auf, die ihrerseits wieder in Eiszeiten und Warmzeiten
untergliedert waren. Gegenwärtig befindet sich das Erdklima in einer solchen
Warmzeit während des letzten Eiszeitalters, des sogenannten Quartären
Eiszeitalters, das das Klima der letzten Million Jahre bestimmte. Tatsächlich
war das Erdklima in der Vergangenheit häufiger von warmen Zeitabschnitten als
von Eiszeitaltern geprägt. Die Temperaturen während eines solchen Warmklimas
waren um bis zu 10 °C höher als die der heutigen »Warmzeit«, insbesondere aber
war auf der Erde jegliches Eis geschmolzen und der Wasserspiegel der Ozeane lag
um etwa 80 Meter höher als heute.
Häufig wird versucht, aus der Untersuchung der Klimaschwankungen der Vergangenheit generelle Fragen bezüglich der Stabilität des Klimas zu beantworten, etwa ob sich unter (angenommenen) konstanten externen Einflüssen ein bestimmter stabiler Zustand des Klimasystems einstellt, dem das Klimasystem auch nach Störungen immer wieder zustrebt. Ein solches Klima wird als transitives Klima bezeichnet. Können bei konstanten externen Einflüssen allein durch interne Variationen innerhalb des Klimasystems mehrere quasistabile Klimazustände eintreten, so spricht man von einem fast-transitiven Klima. Kennt das Klima dagegen überhaupt keinen stabilen Zustand, so wird es als intransitiv bezeichnet. Es wird davon ausgegangen, dass der (bisher noch nie eingetretene) Klimazustand einer völlig vereisten Erde einen transitiven Klimazustand darstellt. Das derzeitige Klima hingegen wird meist als fast-transitiv eingestuft.
In diesem Zusammenhang
soll noch die Gaia-Hypothese erwähnt werden, wonach sich das irdische Klima
während der letzten 3,5 Milliarden Jahre durch die Wechselwirkung mit Flora und
Fauna immer zu einem Optimum für diese Lebensformen hin entwickelt habe. Im
Rahmen dieser Hypothese ist insbesondere von Interesse, ob und in welchem Mass
der Mensch heute in der Lage ist, das Erdklima über die Möglichkeiten
eventueller »Gaia-Reparaturmechanismen« hinaus zu verändern.
Ursachen natürlicher Klimaschwankungen
Die während der Entwicklung der Erde beobachteten Klimaschwankungen beruhen auf der Veränderung einer Vielzahl von Einflüssen auf das Klimasystem. In Tab. 2 ist eine Übersicht gegeben. Die extraterrestrischen und auch einige terrestrische Einflüsse, die sogenannten externen Einflüsse, wirken einseitig auf das Klimasystem. Eine Vielzahl der terrestrischen Ursachen für Klimaschwankungen stellen hingegen interne Einflüsse dar. Da ihre Variation über Rückkopplungsmechanismen andere Klimaeinflüsse verändern kann, ist ihre Wirkung auf das Klimasystem vergleichsweise schwer zu quantifizieren. Eine besondere Klasse stellen noch solche externen Einflüsse wie Vulkanismus oder der Einschlag kosmischer Boliden dar, die nur statistisch vorhersagbar sind. Im folgenden sollen als Beispiele die Einflüsse der Sonnenaktivität, der Erdbahnparameter und des Vulkanismus auf das Erdklima näher beschrieben werden.
Die auf die Erde treffende regional und jahreszeitlich gemittelte solare Strahlung, die Solarkonstante, beträgt rund 1370 Watt pro Quadratmeter. Die Solarkonstante schwankt während eines etwa elfjährigen Zyklus, der für das Klima jedoch kaum relevant ist. Im Gegensatz dazu wird angenommen, dass längerfristige Variationen der solaren Aktivität trotz ihrer geringen Amplitude (aber verstärkt durch interne Rückkopplungseffekte) das Klima signifikant beeinflussen können. Insbesondere gilt als wahrscheinlich, dass die sogenannte "kleine Eiszeit" um etwa 1600 bis 1800 im Zusammenhang mit einem Minimum der solaren Aktivität steht, auf die vom Rückgang der Anzahl der Sonnenflecken während dieser Zeit geschlossen wird.
Die Intensität der auf der Erde eintreffenden solaren Strahlung unterliegt nicht nur wegen der Variation der solaren Aktivität, sondern auch aufgrund der Veränderung der Erdbahnparameter gewissen (periodischen) Schwankungen. Zum einen variiert der Zeitpunkt von Perihel und Aphel, dem sonnennächsten bzw. sonnenfernsten Punkt der Erdumlaufbahn, mit einer Periode von etwa 21 000 Jahren. Weiterhin verändert sich die Neigung der Erdachse gegenüber der Erdumlaufbahn (zwischen 21,8 ° und 24,4 °) mit einer Periode von etwa 40 000 Jahren. Schliesslich unterliegt auch die Exzentrizität der Erdumlaufbahn einer Variation mit einer Periode von etwa 96 000 Jahren. Die Perioden aller drei sich verändernder Erdbahnparameter finden sich in der Temperaturhistorie wieder, wie sie beispielsweise aus Tiefseebohrkernen bestimmt wurde.
Während der
Erdgeschichte gab es immer wieder starke Vulkanausbrüche. Die Folgen finden
sich z.B. als Staubablagerungen in bestimmten Schichten von Tiefseebohrkernen.
Die Klimawirksamkeit von Vulkanen besteht darin, dass die in die Atmosphäre
geschleuderten Staubpartikel und Aerosole (atmosphärische Aerosole) den
Strahlungshaushalt der Atmosphäre beeinflussen. Bei starken Eruptionen können
Staub und Asche bis in die Stratosphäre, manchmal sogar bis in die Mesosphäre,
gelangen. Dort können sie während verhältnismässig langen Zeiträumen
(typischerweise 1 bis 3 Jahre) verweilen und die Sonnenstrahlung reflektieren
und absorbieren. Als Folge erreicht weniger Energie die Erdoberfläche und die
untere Atmosphäre kühlt ab. In der Klimageschichte gibt es einige Beispiele für
das Zusammentreffen von Kälteperioden und starker Vulkantätigkeit. Es wird
beispielsweise auch vermutet, dass die während der ersten Hälfte unseres Jahrhunderts
beobachteten relativ hohen Temperaturen mit der vergleichsweise geringen
Vulkantätigkeit im Zusammenhang stehen könnten.
Der Einfluss des Menschen auf das Erdklima
Der Mensch ist Teil
der Biosphäre und nimmt durch seine blosse Existenz natürlicherweise Einfluss auf
das Klimasystem. So war das Sesshaftwerden des Menschen vor einigen tausend
Jahren und der damit verbundene Übergang vom Nomadentum zu Ackerbau und
Viehzucht von erheblichem Einfluss auf das Klima, weil er mit der Rodung von
Waldflächen verbunden war. Die ersten systematischen grossflächigen Rodungen
fanden dann zur Zeit des Römerreiches im Mittelmeerraum statt; in Deutschland
hat zwischen 800 und 1200 n.Chr. der Waldanteil vom 90 % auf 20 % abgenommen.
Eine neue Qualität hatte die anthropogenen Beeinflussung des Klimasystems
schliesslich im Laufe der industriellen Revolution. Neben der weiteren
Veränderung der Erdoberfläche etwa durch das Stadtwachstum und die Versiegelung
der Böden begann der Mensch nun auch, die stoffliche Zusammensetzung der
Erdatmosphäre global zu verändern. Beispielsweise kann aus Eisbohrkernen die
Zunahme an Kohlendioxid und Methan während der letzten 200 Jahre nachgewiesen
werden. Insbesondere gelangen durch den Menschen sogar neue, künstliche
Verbindungen wie zum Beispiel die FCKWs in die Atmosphäre. Die anthropogene
Veränderung der stofflichen Zusammensetzung der Erdatmosphäre beeinflusst neben
den chemischen vor allem auch die physikalischen Eigenschaften des
Klimasystems. Prominente Beispiele hierfür sind z.B. das Ozonloch über dem
Südpolargebiet und die Veränderung des Strahlungshaushaltes der Atmosphäre
durch die anthropogene Emission von Treibhausgasen. Ein Überblick über diese
und weitere Eingriffe des Menschen in das Klimasystem findet sich in Tab. 3.
Klimaveränderungen in der Zukunft oder schon heute?
Schon 1896 postulierte der schwedische Physikochemiker Arrhenius eine mögliche Veränderung des Klimas durch die anthropogene Freisetzung von Kohlendioxid. Heute besteht kein Zweifel mehr an der Klimawirksamkeit von Kohlendioxid sowie anderer anthropogen freigesetzter Treibhausgase (Treibhauseffekt). Ebenfalls unumstritten ist, dass eine erhöhte Einstrahlung auf die Erdoberfläche eine Erhöhung des atmosphärischen Wasserdampfgehaltes zur Folge hat (Luftfeuchtigkeit). Bei einer Erhöhung der Temperatur wird ausserdem, neben dem möglichen Abschmelzen der Polkappen, schon allein die thermische Ausdehnung des Wassers der Ozeane zu einem Anstieg des Meeresspiegels führen. Gleichwohl liegen die vorhergesagten systematischen Veränderungen des Klimas bisher in der Grössenordnung der natürlichen Schwankungen, so dass ein signifikanter Nachweis zur Zeit noch äusserst schwierig ist. Sollte sich der während der letzten Jahrzehnte beobachtete sowie von Klimamodellen vorhergesagte Anstieg der mittleren bodennahen Temperaturen in den nächsten Jahren fortsetzen, so ist mit einem baldigen Überschreiten der Signifikanzgrenze zu rechnen. Bevor wir auf die Modellierung des Erdklimas näher eingehen, soll noch auf die Häufungen einer Vielzahl von Phänomenen hingewiesen werden, wie z.B. extremer Wettersituationen, die mit einer Klimaveränderung in Verbindung gebracht werden. Tab. 4 gibt einen Überblick über solche Beobachtungen.
Die einzige
Möglichkeit, Einblick in das Klima der Zukunft zu gewinnen, stellen
Computersimulationen des Klimasystems dar. Ein genereller Überblick über die
verschiedenen Modelltypen wird im Essay Atmosphäre gegeben. Zur Klimavorhersage
werden derzeit sogenannte gekoppelte globale Zikulationsmodelle ("Global
Circulation Models", GCM) von Atmosphäre und Ozeanen verwendet. Dabei
werden sowohl die Atmosphäre, als auch die Ozeane durch ein eigenes globales
Modell beschrieben, beide Modelle aber bezüglich Stoff- und Energieaustausch
miteinander gekoppelt. Ein gängiges Problem solcher Modelle besteht jedoch in
einer zeitlichen Drift, die künstlich durch eine sogenannte Flusskorrektur
unterdrückt werden muss. Derzeit werden die ersten Modelle getestet, die ohne
eine solche Flusskorrektur auskommen. Dennoch besteht derzeit eine Vielzahl
weiterer Einschränkungen:
- Häufig besitzen GCMs kein
interaktives Chemie-Modell.
- Die horizontale Auflösung ist noch
sehr grob (typischerweise 100 bis 500 km), kleinskalige Prozesse wie z.B. die
Bewölkung müssen parametrisiert werden.
- Typischerweise besitzen GCMs keine
interaktive Kopplung an Modelle der Pedo-, Litho- und Hydrosphäre. Die
Ergebnisse separater Modelle für diese Teile des Klimasystems dienen lediglich
als Randbedingungen.
- Rückkopplungsprozesse sind häufig
nur unzureichend implementiert, z.B. die Wolken-Strahlungs-Rückkopplungen.
- Es existiert ein sogenanntes
Kaltstartproblem: Aufgrund der Beschränkung der Rechenkapazitäten wird häufig
nur ein kurzer Zeitabschnitt modelliert, dessen Anfangsbedingungen selbst schon
von anthropogenen Veränderungen beeinflusst waren. Zu diesen Zeiten war z.B. das
Gleichgewicht zwischen Atmosphäre und Ozean schon gestört.
- Selbst die Beschreibung des
heutigen Klimas durch Klimadaten ist noch sehr lückenhaft. Speziell fehlen
detaillierte Kenntnisse über die Ozeane, z.B. deren Tiefenzirkulation. Es hat
sich gezeigt, dass Klimamodelle sehr empfindlich gegenüber einer Variation der
Anfangsbedingungen reagieren.
- Es bestehen naturgemäss grosse
Unsicherheiten bezüglich der Szenarien für die zukünftigen Emissionen von
Spurengasen sowie der übrigen anthropogenen Einflüsse auf das Klimasystem.
Trotz dieser
Einschränkungen ist es schon jetzt möglich, wesentliche Aussagen über das
zukünftige Klima zu machen. Insbesondere sind heutige Klimamodelle schon in der
Lage, die natürliche Variabilität gut zu simulieren. Auch stimmen schon eine
Vielzahl verschiedener Klimamodelle in ihren Prognosen bezüglich einer
Erwärmung der Atmosphäre innerhalb der nächsten 100 Jahre von 1 bis 5 °C
überein. In [3]Abb. 3 ist ein Vergleich der
beobachteten sowie der simulierten bodennahen Lufttemperatur während der
letzten 150 Jahre dargestellt wie sie vom Max-Planck-Institut für Meteorologie
in Hamburg für das IPPC-Szenario "business as usual" berechnet wurde
(IPPC: Intergovernmental Panel on Climate Change). Beide Kurven zeigen
übereinstimmend eine Zunahme der Temperatur während der letzten 25 Jahre um
etwa 0,3 °C, die Simulation berechnet darüber hinaus eine Zunahme von etwa 3 °C
bis zum Jahr 2100. Das Klimaänderungssignal kann dann als signifikant angesehen
werden, wenn sich die Kurven der Temperaturänderung sowie des
Kontrollexperiments inklusive ihrer Fehlerbereiche nicht mehr überlappen. Dies
wird für etwa um das Jahr 2020 erwartet. Doch schon heute haben die Hamburger
Forscher eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit dafür berechnet, dass der beobachtete
globale Temperaturanstieg menschengemacht ist. Weitere Klimavorhersagen
beinhalten eine zu erwartende Zunahme der Verdunstungsrate und der
Niederschläge sowie einen Anstieg des Meeresspiegels. Viele Klimaforscher
rechnen auch mit einer Zunahme extremer Wettersituation, z.B. starker
Regenfälle, starker Stürme, grosser Fluten, ausgeprägter Dürren sowie Warm- und
Kaltperioden. Es scheint so, als ob diese Vermutungen durch viele Ereignisse
der vergangenen zwei Jahre, die im Zusammenhang mit dem bisher stärksten
ENSO(El Niño Southern Oscillation)-Ereignis stehen, bestätigt worden seien.
Literatur
[1] C. Schönwiese,
Klimaänderungen, Berlin-Heidelberg-New York, 1995.
[2] W. Roedel, Physik unserer Umwelt, die Atmosphäre (2.Aufl.), Berlin-Heidelberg-New
York, 1994.
[3] T. E. Graedel, P. J. Cruzten: Atmospheric Change, New-York, 1993.
[4] G. Brasseur, S. Solomon: Aeronomy of the Middle Atmosphere, Dordrecht,
1986.
[5] E. P. Röth: Ozonloch, Ozonsmog, Grundlagen der Ozonchemie, Mannheim 1994.
[6] J. J. Houghton, L. G. Meiro Filho, B. A. Callander, N. Harris, A.
Kattenberg, K. Maskell: Climate Change 1995, Contribution of WGI to the Second
Assessment Report of the Intergovernmental Panel of Climate Change, Cambridge
University Press, 1996.
Klimaänderungen 1: Die Spurenstoffzusammensetzung der Erdatmosphäre während der letzten 4,3 Milliarden Jahre.
Klimaänderungen 2: Mittlere, bodennahe Temperatur der nördlichen Hemisphäre während der letzten Jahrmilliarde.
bottom:.0001pt\'>Klimaänderungen 3: Vergleich der beobachteten (gestrichelte Linie) sowie der simulierten (durchgezogene Linie) bodennahen Lufttemperatur während der letzten 150 Jahre, berechnet vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg für das IPPC-Szenario "business as usual" (IPPC: Intergovernmental Panel on Climate Change). Schattiert dargestellt sind die Unsicherheiten der modellierten Temperaturen sowie der Temperaturen des Kontrollexperimentes.
bottom:.0001pt\'>Klimaänderungen 1: Überblick über Paläoklimatologische Methoden.
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Paläoklimatologische Informationsquelle |
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Ausgewertete Phänomene |
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potentiell erfassbare Regionen |
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Rekonstruierbare Klimaelementea |
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Zeitintervall |
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Best- |
Bändertone als Sedimente aus Gletscherabflüssen |
Sedimentation |
Kontinente (soweit glazial beeinflusst) |
Sommertemperatur, Niederschlag |
5 kJ |
1 J |
Gebirgsgletscher |
Schichtung, Isotopenverhältnisse, Partikeldeposition,
Gaseinschlüsse |
Kontinente (vergletscherte Gebirgsregionen) |
Niederschlag, Vulkantätigkeit, Gaskonzentration (insbes.
CO2, CH4) |
10 kJ |
1 J |
Baumringe |
Jahreszuwachs, Dichte, Isotopenverhältnisse |
Kontinente (mittlere und boreale Breiten) |
Temperatur, Bodenfeuchte, Sonnenaktivität |
10 kJ |
1 J |
Geschlossene Seebecken |
Merkmale für Seespiegelhöhe |
Kontinente (mittlere und subtropische Breiten) |
Verdunstung, Temperatur, Niederschlag |
50 kJ |
1 J |
Inlandeis (polare Eisschilde) |
Schichtung, Isotopenverhältnisse, Partikeldeposition,
Gaseinschlüsse |
Antarktis, Grönland |
Niederschlag, Vulkantätigkeit, Gaskonzentration (insbes.
CO2, CH4) |
200 kJ |
1 J |
Fossile Pflanzenpollen |
Häufigkeit von Pollenarten |
Kontinente (ausserpolare Breiten) |
Temperatur, Bodenfeuchte, Wind |
200 kJ |
100 J |
Küstenlinien der Ozeane |
Küstenmerkmale |
Weltozean (eustatisch stabile Regionen) |
Volumen der Kontinenetalvereisung, Temperatur |
400 kJ |
- |
Fossile Böden und Schotter |
Bodenarten |
Kontinente (ausserpolare Regionen) |
Temperatur, Niederschlag |
5 MJ |
100 J |
Ozeanische Sedimente |
Isotopenverhältnisse, Art der Sedimentation, Beimengungen |
Weltozean (bei hinreichend regelmässiger Sedimentation) |
Meeresoberflächen- |
10 MJ |
500 J |
Mineralogisch- |
Vorkommen von Mineralien |
heutige Kontinente |
Temperatur, Niederschlag |
1 GJ |
- |
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none;
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padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>
Geomorphologische Phänomene |
bottom:
solid gray 1.0pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>
Moränen oder andere "Zeugen" für
Gletscherbewegungen |
bottom:
solid gray 1.0pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>
heutige Kontinente |
bottom:
solid gray 1.0pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>
Temperatur, H2O- und CO2-Gehalt der
Atmosphäre |
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4,2 GJ |
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;
mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;
padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>
- |
bottom:.0001pt\'>a Häufig
beinhalten die Informationen bezüglich der verschiedenen Klimaelemente nur sehr
grobe Aussagen, etwa im Sinne von "relativ kaltes bzw. warmes" Klima.
bDie bestmögliche Zeitauflösung wird für viele Methoden nur in
besonderen Fällen erreicht, häufig ist sie dagegen deutlich grösser.
bottom:.0001pt\'>Klimaänderungen 2: Die wichtigsten natürlichen Ursachen für Klimaveränderungen. Interne Einflüsse auf das Klimasystem sind kursiv geschrieben.
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:
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Terrestrisch |
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Extraterrestrisch |
Zusammensetzung der Atmosphäre |
Langfristiger Trend der Sonnenaktivität |
Atmosphärische Zirkulation |
Kurzfristige Variation der Sonnenaktivität |
Ozeanzirkulation |
Variation der Erdbahnparameter |
Eis- und Schneebedeckung |
Einschlag von Meteoriten und Meteoren |
Bewölkung |
Gezeitenkräfte |
Vegetation |
|
Vulkanismus |
|
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Kontinentaldrift, Gebirgsbildung |
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;
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|
bottom:.0001pt\'>
bottom:.0001pt\'>Klimaänderungen 3: Anthropogene Veränderungen und ihre Wirkung auf das Klimasystem.
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:
none;mso-border-top-alt:solid gray .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt;
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Anthropogene Veränderung |
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;
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Wirkung auf das Klimasystem |
Brandrodung |
Veränderung der Erdoberfläche, Emission von Spurengasen,
z.B. CO2, CO, NOx1, CH4, CH3Cl und Aerosolen. |
Ackerbau |
Veränderung der Erdoberfläche, Emission von Spurengasen,
z.B. CH4, N2O, NH3. |
Viehzucht |
Emission von Spurengasen, z.B. CH4, NH3, H2S. |
Verbrennung fossiler Energieträger |
Emission von Spurengasen, z.B. CO2, SO2, NOx1, CO, HCl und
Aerosolen. |
Mülldeponierung |
Emission von Spurengasen, z.B. CO2, CH4. |
Künstliche Bebauung |
Veränderung der Erdoberfläche (z.B. Veränderung der Albedo,
der oberflächennahen Luftströmungen sowie des Wasserhaushalts). |
Industrielle Prozesse |
Emission einer Vielzahl von zum Teil künstlichen
Spurenstoffen sowie Aerosolen. |
Flugverkehr |
Emission von Spurengasen, z.B. CO2, SO2, NOx1, direkte
Veränderung der Bewölkung. |
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:none;
mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid gray .75pt;
padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>
Regulierung von Binnengewässern |
bottom:solid gray 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;
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padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>
Veränderung des Wasserhaushalts. |
bottom:.0001pt\'>1NOx
= NO + NO2
bottom:.0001pt\'>Klimaänderungen 4: Veränderungen von Phänomenen wie z.B. extremer Wettersituationen, die mit einer Klimaveränderung in Zusammenhang stehen könnten. Die hochgestellten Zahlen bezeichnen die Informationsquellen, die am Ende des Artikels aufgelistet sind.
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solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 3.55pt 0cm 3.55pt\'>
- Rückgang der alpinen Gletscher während der letzten
Jahrzehnte um bis zu 30 m pro Jahr. |
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- Zunahme der Temperatur in 3,5 km Höhe um 0,07 °C pro Dekade
während der letzten 19 Jahre. |
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- Zunahme der global gemittelten Niederschläge um 2,4 mm /
pro Dekade seit 1900. |
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- Schrumpfung der Thermosphäre um 8 km während der letzten 40
Jahre. |
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- Zunahme des mittlereren Bedeckungsgrades des Himmels durch
Kondensstreifen auf mittlerweile 1,1 % über Europa und 1,8 % über
Nordamerika. |
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- 1996 / 97 stärkstes ENSO-Ereignis (El Niño-Southern
Oscillation) seit dem Beginn der Beobachtungen. |
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- Starke Zunahme der Häufigkeit von Orkantiefs (mit einem
Luftdruck von unter 950 Hektopascal) in der nördlichen Westwinddriftzone von
1899 bis 1994 bei gleichzeitiger Abnahme des mittleren Kerndrucks. |
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- Verringerung der Eisdecke der Arktis um 2 m während der
letzten 20 Jahre. |
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- Abbruch eines 200 km2 grossen Stückes
vom "Larsen B-Schelfeis" in der Antarktis. |
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- Verdrei- bis Vervierfachung der Sturmschäden während der
letzten 30 Jahre. |
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- 1997 war wie 9 der 11 Vorgängerjahre wärmstes Jahr des
Jahrhunderts, 1998 war das wärmste Jahr der letzten 600 Jahre. |
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- Anstieg der mittleren Temperaturen von 5 400
Wetterstationen zwischen 1961 und 1985: Die Tageshöchsttemperaturen stiegen
während dieses Zeitraumes um +0,88 °C, die Tiefsttemperaturen um +1,86 C. |
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- Zunahme der Flutkatastrophen. |
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- Zunehmende Häufigkeit von Tornados in den USA. |
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- Abnahme der Niederschläge in Mittelmeerraum seit Ende des 19.
Jh. |
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