Vorlesung 9: Paläoklima & Klimawandel

1) Historische Aufzeichnungen (teils indirekt) -Worauf basiert die historische Klimatologie? →zum Bsp.: „Witterungstagebücher“, Annalen und Chroniken, Informationen über Nilfluten, Hochwassermarken →Grund: instrumentelle Messungen erst seit dem 17. Jh. möglich 2) Proxies (messbare Größen, welche vom Klima abhängig sind) -Wie heißen drei wichtige Klimaarchive und die dazugehörigen Proxys sowie die jeweiligen Zeiträume? a) max. 5000 bis 10 000 Jahre vor heute: Binnenseesedimente, Warven, Baumdaten b) max. 100 Mio. Jahre vor heute: ozeanische Sedimente c) max. 100 000 bis 1 Mio. Jahre vor heute: Bodensedimente und Pflanzenpollen d) max. 700 000 Jahre vor heute: Eisbohrungen

1) Milliarden Jahren • Akryogene Warmzeiten: eisfreie Erde vs. Eiszeitalter: Bildung von Eisvorkommen

Vor 0,6 Mio. Jahren: Theorie der totalen Vereisung im Präkambrium -Voraussetzung für Vereisung/Eiszeiten: Kontinent

-zusätzlich große Landflächen im Bereich der Tropen → feucht-warmes Klima mit hohen Verwitterungsraten: Entzug von CO2 aus der Atmosphäre und Verringerung des Treibhauseffektes → weitere Abkühlung (Run-Away-Effekt) -Ende der totalen Vereisung? → Vulkanismus: Zuführung von CO2 durch Vulkanismus, fehlende CO2 Senken durch die totale Vereisung führen zu einer Akkumulation von CO2 (starke Erwärmung auf bis zu +50 °C)

2) Millionen Jahren • Warmzeiten und Kaltzeiten eines Eiszeitalters

3) 100 000 Jahre • Kalte und warme Epochen der Kaltzeiten • Interstadiale: relativ warme Epochen vs. Stadiale: relativ kalte Epochen -Temperatur der Weichsel-Kaltzeit im nordhemisphärischen Mittel 4-5 °C kälter als heute

• Merkmal der Kaltzeiten bzw. Glaziale → ausgedehnte Eisschilde auf der Norhalbkugel → Meeresspiegel lag in der Weichsel-Kaltzeit ungefähr 120-130 m tiefer als heute

4) 10 000 Jahren • Temperaturvariation ist geringer als während des Warm-Kaltzeiten Zyklus des Quartärs • Holozäne Klimaoptimum -in Verbindung mit regionalem Pluvial (regenreiche Zeit) und grüner Sahara

5) 1000 Jahre • Geringe Amplituden, die jedoch regional deutliche Veränderungen bedeutet haben

Große Zeitskalen: a) Kontinentaldrift & Orogenese -Kontinente an den Polen und Hochgebirgen ermöglichen Schneeakkumulation und somit Eiszeitalter b) ultralangfristige Trend der Solarkonstante Was sind die Milankovic-Zyklen? Welche Parameter der Erdbahn variieren? -3 Periodizitäten: 1) Präzision der Erdrotation (23 000 Jahre), 2) Schiefe der Ekliptik (41 000 Jahre) 3) Exzentrizität der Erdbahn (100 000 Jahre) = Milankovic Zyklen -Zyklen überlagern sich und resultieren im „solar forcing“ -stehen in Verbindung mit den Kalt- und Warmzeiten des Quartärs → Ursache für die Klimawechsel im Laufe des Quartärs

Kurze Zeitskalen: c) Vulkanismus Wann und wie kam es zum “Jahr ohne Sommer”?

Interne Mechanismen auf verschiedenen Zeitskalen mit Wechselwirkungen untereinander d) Zusammensetzung der Atmosphäre -langfristiger globaler Kohlenstoffkreislauf → Verwitterung von Gestein bindet CO2 aus der Atmosphäre → durch Sedimentation gelangt CO2 in die Erdkruste → Kontinentaldrift drückt Meeresgrund in inneres der Erde → CO2 wird durch hohen Druck und Temperatur freigesetzt und entweicht durch Vulkane in die Atmosphäre -Verwitterungsrate ist vom Klima abhängig: Regelkreis der CO2-Konzentration

Klima-Sensitivität: Erhöhung der Temperatur in Abhängigkeit vom CO2 Gehalt • Natürlicher Treibhauseffekt: + 33 °C • Faktoren des Klimawandels: -Treibhausgase beeinflussen Durchlässigkeit der Atmosphäre -Aerosole begünstigen Wolkenbildung (dichter) -Albedo-veränderung -Sonneneinstrahlung variiert • Weltweite CO2-Emmissionen und anderer Treibhausgase stiegen dramatisch

• CO2 auch in Ozeanen → pH sinkt → Versauerung

Erwärmung vor allem über der nördlichen Hemisphäre (→Landmassen) • In den hohen Breiten der Nordhalbkugel extreme Erwärmung -Ursache ist Eis-Albedo-Feedback→ Erhöhung der Albedo bei Wasser • Meerestemperatur steigt, Eispole schmelzen, Wasserdampfgehalt der Luft steigt • Gletscher reagieren zeitverzögert auf Temperaturerhöhung

• Erwärmung und CO2-Anstieg -bis 1940 frühe Erwärmung, dann Stagnation bis in 70er Jahre, danach kontinuierlich Erwärmung -CO2 stieg etwas gleichmäßiger an, erst langsamer und ab 1950 schneller → ungleicher Verlauf lässt Leute den Klimawandel leugnen

1) Analyse des zeitlichen Verlaufs der Erwärmung und ihrer Antriebe • Natürliche und anthropogene Antriebe: -natürlich: z.B. ENSO & Vulkanismus → Einfluss der Antriebe wurde modelliert mit neuronalen Netzen • Modelle ergaben, dass nur natürliche Ursachen nicht der Auslöser für die globale Erwärmung waren 2) Analyse der räumlichen Muster der Erwärmung (Fingerabdruck-Methode) • Was ist die Fingerprint-Methode? -Vergleich der erwarteten räumlichen Änderungssignale eines bestimmten Antrieb mit den tatsächlichen beobachteten räumlichen Änderungssignalen -beobachtete räumliche Änderungen → lassen Dominanz der Treibhausgase erkennen → Anstieg als Ursache für Erwärmung 3) Kenntnis der Amplitude der unterschiedlichen Antriebe • Wie verändert der Mensch das Klima (mind. 3 Punkte)? • Wie kann der Klimawandel in der Umwelt beobachtet werden (mind. 5 Parameter)?