Klima und Klimawandel ein Vortrag von HansGeorg Gampper

Klima und Klimawandel ein Vortrag von Hans-Georg Gampper

Klimasystem Dieter Kasang: www. hamburger-bildungsserver. de

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

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.

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.

Klimasystem Dieter Kasang: www. hamburger-bildungsserver. de

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.

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

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

-----Ende Klimasystem-----

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

Temperaturverlauf • Die Temperatur nimmt in der Troposphäre mit der Höhe von +15 o. C auf -55 o. C 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

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.

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

-----Ende Stockwerkaufbau-----

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

natürlicher Treibhauseffekt • Der natürliche Treibhauseffekt entsteht durch die atmosphärischen Spurengase Wasserdampf (H 2 O), Kohlendioxid (CO 2), Methan (CH 4), Distickstoffdioxid (N 2 O) u. a. , die wie eine Wärmefalle wirken.

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 o. C, sondern bei 18 o. C liegen.

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

• 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

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.

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

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

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 CO 2 -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.

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

Treibhausgase • 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 o. C erwärmt. Differenz globale Mitteltemperatur der Erde von +15 o. C derzeit, und nicht -18 o. C wie ohne natürlichen Treibhauseffekt.

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.

FCKW IMSI Masterclips

Methan CH 4 IMSI Masterclips

Distickstoffoxyd N 2 O IMSI Masterclips

OZON O 3 IMSI Masterclips

Kohlendioxyd CO 2 IMSI Masterclips

-----Ende Treibhauseffekt-----

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

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

-----Ende Absorptionsbereiche----

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

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 o. C 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

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.

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

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

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 o. C gestiegen. Die Graphik zeigt die Abweichungen der globalen Mitteltemperatur vom Durchschnitt der Jahre 1951 -1980.

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

2085 etwa 2 o. C höher als heute • Wesentlich schneller als im letzten wird die Temperatur in diesem Jahrhundert steigen, wenn der Anstieg der anthropogenen Emission von CO 2, CH 4, N 2 O und FCKW's (in der Graphik als CO 2Äquivalente berücksichtigt) weiter anhält. Dann ist mit einer Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur von mindestens 0, 2 o. C pro Jahrzehnt zu rechnen, die im Jahre 2085 um etwa 2 o. C höher als heute liegen wird.

-Ende Temperaturveränderungen-

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

Kohlenstoffkreislauf • In den letzten 150 Jahren sind durch die Verbrennung fossiler Energieträger rund 210 Gigatonnen Kohlenstoff (1 Gt. C=100000 t Kohlenstoff) und durch Abholzung und Änderungen in der Landnutzung 110 Gt. C 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.

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

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

Kohlenstoffkreislauf

anthropogener Beitrag 7, 1 Gt. C/a • Zusammengenommen betrugen die anthropogenen Kohlenstoffemissionen in den 80 er Jahren 7, 1 Gt. C/a • Das führte zu einem Wachstum des Kohlenstoffreservoirs in der Atmosphäre +3, 3 Gt. C/a • Der Rest wurde vom Ozean aufgenommen +2 Gt. C/a • von Aufforstungen auf der N-Halbkugel +0, 5 Gt. C/a • von einem verstärkten Pflanzenwachstum durch CO 2"Düngung„ und höhere Temperaturen +1, 3 Gt. C/a

CO 2 -Senken • D. h. mehr als die Hälfte der anthropogenen Kohlenstoffemissionen (3, 8 von 7, 1 Gt) verschwindet wieder in den CO 2 -Senken Ozean und Biosphäre, ohne deren Wirkung die CO 2 -Konzentration der Atmosphäre und somit die klimatischen Effekte erheblich höher wären !

Die CO 2 -Konzentration der letzen 100 Jahre Die CO 2 -Konzentrationen der letzten 1000 Jahre Dieter Kasang: http: //www. hamburger-bildungsserver. de, Daten nach IPCC

Anstieg der CO 2 -Konzentration • Der eindeutigste Beleg für den Eingriff des Menschen in die klimarelevante Zusammensetzung der Atmosphäre ist der Anstieg der CO 2 -Konzentration seit Beginn des Industriezeitalters. Vor 1800 lag der atmosphärische Kohlendioxidgehalt jahrhundertelang recht stabil bei 280 ppmv, mit nur geringen Schwankungen von 10 ppmv. Seit Beginn des 18. Jahrhunderts ist mit der sich beschleunigenden Industrialisierung auch die Konzentration von CO 2 in zunehmendem Maße auf 360 ppmv im Jahre 1995 angestiegen.

30% • Das entspricht einer Steigerung um fast 30% in nur 200 Jahren.

Die CO 2 -Konzentration der letzen 100 Jahre Die CO 2 -Konzentrationen der letzten 1000 Jahre Dieter Kasang: http: //www. hamburger-bildungsserver. de, Daten nach IPCC

--Ende CO 2 Konzentration---

Konzentrationsszenarien IPCC Dieter Kasang: http: //www. hamburger-bildungsserver. de, Norbert Noreiks, Max-Planck-Institut für Meteorologie

Intergovernmental Panel on Climate Change • Aufgrund der fortgesetzten Emission von Kohlendioxid wird auch die CO 2 -Konzentration in der Atmosphäre weiter ansteigen. Der IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), ein internationaler Zusammenschluss der führenden Klimaforscher der Welt, hat für das nächste Jahrhundert verschiedene Szenarien entworfen, die zeigen, dass nur durch drastische Einschränkungen der Kohlendioxid-Emissionen eine ökologisch verträgliche Konzentrationszunahme in der Atmosphäre zu erwarten ist.

weiter wie bisher-Szenario (IS 92 a) • Im sogenannten "business as usual"(weiter wie bisher)-Szenario (IS 92 a), bei dem die gegenwärtigen Steigerungsraten beibehalten werden, liegt der CO 2 -Gehalt am Ende des nächsten Jahrhunderts doppelt so hoch wie heute.

Konzentrationsszenarien IPCC Dieter Kasang: www. hamburger-bildungsserver. de, Norbert Noreiks, Max-Planck-Institut für Meteorologie

Grundannahmen dieses Szenariums • Grundannahmen dieses Szenariums sind eine Zunahme der Weltbevölkerung bis zum Jahre 2100 auf 11, 3 Milliarden, ein durchschnittliches Wachstum der Weltwirtschaft um jährlich 2, 3% und keine einschneidenden energiepolitischen Maßnahmen

560 ppmv • Nur bei einer Bevölkerung von 6, 4 Milliarden im Jahre 2100 (1998: 6, 0 Ma. !), einem Wirtschaftswachstum von 1, 2% und einer anderen Energiepolitik mit z. B. einem k. Wh-Preis von 0, 50 Euro für Solarenergie läge nach dem Szenario IS 92 d die CO 2 Konzentration im Jahre 2100 bei "nur" dem Doppelten des vorindustriellen Wertes von 280 ppmv.

Kohlendioxid: Stabilisierungsszenarien Dieter Kasang: http: //www. hamburger-bildungsserver. de, Norbert Noreiks, Max-Planck-Institut für Meteorologie

Stabilisierung möglich? • Kann der CO 2 -Gehalt der Atmosphäre irgendwann stabilisiert werden, so daß die Ökosysteme Zeit genug hätten, sich den neuen klimatischen Verhältnissen anzupassen? • Die IPCC-Szenarien zeigen, daß das wegen der Langlebigkeit von CO 2 in der Atmosphäre nur erreicht wird, wenn in naher Zukunft von dem gegenwärtigen Emissions-Pfad deutlich abgewichen wird.

IPCC Szenarien • Eine Stabilisierung der CO 2 -Konzentration auf dem hohen Niveaus von 450, 650 oder 1000 ppmv wäre nur unter folgenden Bedingungen möglich: Die CO 2 -Emissionen müssten in den nächsten Jahren unter der gegenwärtigen Steigerungsrate bleiben und wenige Jahrzehnte später eine negative Wachstumsrate aufweisen Kohlendioxid: Konzentrationsszenarien Stabilisierungsszenarien IPCC

Kohlendioxid: Stabilisierungsszenarien Dieter Kasang: www. hamburger-bildungsserver. de, Norbert Noreiks, Max-Planck-Institut für Meteorologie

-Ende Kohlenstoffkreislauf und IPCC Szenarien-

Verursacher des anthropogenen Treibhauseffekts • • Treibhausgase Nach Sektoren Wer emittiert wie viel Pro Kopf CO 2

Auswirkungen, Szenarien und Prognosen • • Anstieg des Meeresspiegels Verschiebung der Klimazonen Trinkwasserknappheit Naturkatastrophen

Anstieg des Meeresspiegels • Nach Prognosen des IPCC könnte der Meeresspiegel im schlimmsten Falle im Jahr 2100 örtlich bis zu rund 90 Zentimeter angestiegen sein - im günstigsten Fallerdings nur um knapp zehn Zentimeter. Der Durchschnitt aller Szenarien liegt bei etwa einem halben Meter.

Verschiebung der Klimazonen • Inwieweit sich eine Temperaturerhöhung und eine Veränderung der Land-Meerverteilung auch auf die Niederschläge auswirkt, ist nicht leicht vorherzusagen, eine Verschiebung der Klimazonen und dadurch eine andere Verteilung der Niederschlagsmengen wird allerdings von Klimaforschern erwartet. Für Deutschland könnte dies im Extremfall mehr Regen, für die ohnehin wasserarmen Mittelmeerländer dagegen Trockenheit bedeuten.

Trinkwasserknappheit • Durch Niederschlagsumverteilung • Durch sinkenden Grundwasserspiegel • Durch eindringen von Meerwasser in flach liegende Grundwasservorräte • Insbesondere in Afrika und anderen Teilen der dritten Welt

Naturkatastrophen • Stürme • Überschwemmungen • Dürren • Häufigkeit und Intensität nehmen zu

Hurrican über dem Golf von Mexico NOAA

Klimapolitik und Klimaverhandlungen • Rio bis Kyoto • Das Kyoto Protokoll • Ohne USA und mit Russland

Klimarahmenkonvention • Der erste Schritt in Richtung einer weltweiten Klimaschutzpolitik erfolgte 1992 im Rahmen der Konferenz der Vereinten Nationen für Umwelt und Zusammenarbeit (UNCEP) in Rio de Janeiro. Dort unterzeichneten 154 Staaten und die EU eine Klimarahmenkonvention, in der sich die Industrieländer auf Maßnahmen zu einer langfristigen Senkung der Treibgasemissionen verpflichteten.

Beschlüsse von Rio • Diese Verpflichtungen gelten zunächst nur für die 36 sogenannten „Annex 1“-Staaten. Zu diesen gehören vor allem die Industrieländer als Hauptproduzenten der klimaschädlichen Treibhausgase, unter anderem auch die OECDStaaten und die Europäische Union. Die Entwicklungsländer wurden von einer Reduktion ihrer Emissionen zunächst freigestellt.

Von 150 Staaten ratifiziert • Diese Klimarahmenkonvention wurde von mehr als 150 Staaten und der EU ratifiziert und am 21. März 1994, sechs Monate nach Hinterlegung der ersten 50 Ratifizierungsurkunden, trat sie in Kraft.

Das Kyoto Protokoll • Die Beschlüsse der 3. Weltklimakonferenz • Am 11. Dezember 1997 wurde im Rahmen der 3. Vertragsstaatenkonferenz das sogenannte „Kyoto-Protokoll“ verabschiedet. An dieser Fortentwicklung der Klimarahmenkonvention von 1992 beteiligten sich 160 Staaten. Dabei wurden erstmals auch rechtsverbindliche Begrenzungs- und Reduktionsverpflichtungen für die Industrieländer festlegt.

um fünf Prozent • Demnach müssen die Industrieländer ihre Emissionen von sechs Schlüssel. Treibhausgasen bis zum Jahr 2010 im Schnitt um fünf Prozent gesenkt haben (bezogen auf die Werte von 1990).

Was wird gemessen? • Gemessen werden die Emissionen von Kohlendioxid, Methan, und Stickoxiden, außerdem die Abgabe von drei besonders langlebigen Fluorkohlenwasserstoffverbindungen.

Die Verpflichtungen im einzelnen: • Die EU soll CO 2 um acht Prozent senken, Ungarn, Polen und Japan jeweils um sechs Prozent, die USA um sieben Prozent. Russland, die Ukraine und Neuseeland haben sich verpflichtet, ihre Emissionen auf dem bisherigen Stand einzufrieren.

Emissionen sogar erhöhen! • Demgegenüber dürfen Staaten, die bislang nur relativ wenig zum anthropogenen Treibhauseffekt beitragen, ihre Emissionen sogar erhöhen: Norwegen um einen Prozent, Australien bis zu acht und Island sogar um bis zu zehn Prozent.

Ohne USA, aber mit Russland • Das Protokoll trat in Kraft, als es von mindestens 55 Staaten ratifiziert worden ist und dadurch gleichzeitig mindestens 55% der 1990 von Industrieländern ausgestoßenen CO 2 Emissionen abgedeckt waren.

Senken • Menschliche Aktivitäten können auch CO 2 -Senken schaffen. Beispielsweise wird durch das anlegen von Wäldern Kohlenstoff im Holz der Bäume gespeichert. • Aber Achtung! Gefahr!

Flexible Mechanismen • Reduktionsverpflichtungen können auch im Ausland erfüllt werden • 1. Industriestaaten untereinander im Rahmen von Projekten. JI = Joint Implemetation • 2. in Entwicklungsländern, CDM = Clean Development Mechanism

Flexible Mechanismen • 3. Industriestaaten können untereinander mit Emissionshandelskontingenten Handel treiben. (Emissionshandel)

Was behandelt wurde • 1. Klima und Klimasystem • 2. Temperaturveränderungen in Vergangenheit und Zukunft • 3. Kohlenstoffkreislauf und Treibhauseffekt • 4. Szenarien und Prognosen • 5. Klimapolitik und Verhandlungen

Was nicht behandelt wurde • Maßnamen zu Klimaschutz • Was erwarten wir von der Politik • Wie kann und sollte jeder Einzelne einen Beitrag leisten.