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Klimawandel

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  Schwankungen von CO2, Temperatur und Staub aus dem Wostok-Eisbohrkern in den letzten 400 000 Jahren   Vergrößern Schwankungen im CO zwei , Temperatur und Staub aus dem Wostok-Eisbohrkern in den letzten 400 000 Jahren

Klimawandel bezieht sich auf die Variation in der Erde ist global Klima oder in regionalen Klimazonen im Laufe der Zeit. Es beschreibt Änderungen der Variabilität oder des durchschnittlichen Zustands der Atmosphäre – oder des durchschnittlichen Wetters – über Zeitskalen, die von Jahrzehnten bis zu Millionen von Jahren reichen. Diese Veränderungen können von erdinternen Prozessen herrühren, durch äußere Kräfte (z. B. Schwankungen der Sonnenlichtintensität) angetrieben oder zuletzt durch menschliche Aktivitäten verursacht werden.

Im neueren Sprachgebrauch, insbesondere im Kontext der Umweltpolitik, bezieht sich der Begriff 'Klimawandel' oft nur auf die fortschreitenden Veränderungen des modernen Klimas, einschließlich des so genannten Anstiegs der durchschnittlichen Oberflächentemperatur Erderwärmung . In einigen Fällen wird der Begriff auch mit der Annahme einer menschlichen Verursachung verwendet, wie in der Vereinte Nationen Rahmenübereinkommen über Klimaänderungen (UNFCCC). Die UNFCCC verwendet 'Klimavariabilität' für nicht vom Menschen verursachte Schwankungen.

Informationen zu Temperaturmessungen über verschiedene Zeiträume und die verfügbaren Datenquellen finden Sie unter Temperaturaufzeichnung. Zur Zuordnung des Klimawandels im vergangenen Jahrhundert siehe Zuordnung des jüngsten Klimawandels .

Faktoren des Klimawandels

Klimaveränderungen spiegeln Veränderungen in der Umwelt der Erde, natürliche Prozesse um sie herum und die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten wider. Die externen Faktoren, die das Klima beeinflussen können, werden oft als Klimaantriebe bezeichnet und umfassen solche Prozesse wie Schwankungen der Sonneneinstrahlung, der Erdumlaufbahn und der Treibhausgaskonzentrationen.

Schwankungen innerhalb des Klimas der Erde

Das Wetter an und für sich ist ein chaotisches, nichtlineares dynamisches System, aber in vielen Fällen wird beobachtet, dass das Klima (d. h. der durchschnittliche Wetterzustand) ziemlich stabil und vorhersehbar ist. Dazu gehören die Durchschnittstemperatur, die Niederschlagsmenge, die Sonnentage und viele andere Variablen, die an einem bestimmten Standort gemessen werden können. Es gibt aber auch Veränderungen in der Umwelt der Erde, die das Klima beeinflussen können.

Vereisung

  Anteil der vorrückenden Gletscher in den Alpen in den letzten 80 Jahren   Vergrößern Anteil der vorrückenden Gletscher in den Alpen in den letzten 80 Jahren

Gletscher gelten als einer der empfindlichsten Indikatoren für Klima Veränderung, die während der Klimaabkühlung (z. B. der Kleinen Eiszeit) erheblich voranschreitet und sich während der Klimaerwärmung auf moderaten Zeitskalen zurückzieht. Gletscher wachsen und kollabieren, was beides zur natürlichen Variabilität beiträgt und externe Kräfte stark verstärkt. Im letzten Jahrhundert konnten sich die Gletscher jedoch nicht ausreichend regenerieren Eis während der Winter, um das während der Sommermonate verlorene Eis auszugleichen (vgl Gletscherrückzug ).

Die wichtigsten Klimaprozesse der letzten Millionen Jahre sind die Eis- und Zwischeneiszyklen der Gegenwart Eiszeit . Obwohl durch orbitale Schwankungen geprägt, spielten die internen Reaktionen mit kontinentalen Eisschilden und 130 m Meeresspiegeländerung sicherlich eine Schlüsselrolle bei der Entscheidung, welche Klimareaktion in den meisten Regionen beobachtet werden würde. Andere Veränderungen, darunter Heinrich-Ereignisse, Dansgaard-Oeschger-Ereignisse und die Jüngere Dryas, zeigen das Potenzial für Gletschervariationen, das Klima zu beeinflussen, selbst wenn keine spezifischen Orbitaländerungen vorliegen.

Ozeanische Variabilität

  Ein Schema der modernen thermohalinen Zirkulation   Vergrößern Ein Schema der modernen thermohalinen Zirkulation

Klimaveränderungen im Ausmaß von Jahrzehnten können auch aus Veränderungen innerhalb der Systeme Ozean/Atmosphäre resultieren. Viele Klimazustände, am offensichtlichsten El Niño Southern Oszillation, aber auch die pazifische dekadische Oszillation, die Oszillation im Nordatlantik , und die arktische Oszillation, wurden als Moden innerhalb des Klimasystems erkannt, was ihre Existenz zumindest teilweise auf unterschiedliche Arten zurückzuführen ist, wie Wärme in den Ozeanen gespeichert und zwischen verschiedenen Reservoirs bewegt werden kann. Auf längeren Zeitskalen spielen Ozeanprozesse wie die thermohaline Zirkulation eine Schlüsselrolle bei der Umverteilung von Wärme und könnten, wenn sie sich ändern, das Klima dramatisch beeinflussen.

Das Gedächtnis des Klimas

Allgemeiner können die meisten Formen der internen Variabilität im Klimasystem als eine Form der Hysterese erkannt werden, was bedeutet, dass der aktuelle Zustand des Klimas nicht nur die Inputs widerspiegelt, sondern auch die Geschichte, wie es dorthin gelangt ist. Beispielsweise kann ein Jahrzehnt trockener Bedingungen dazu führen, dass Seen schrumpfen, Ebenen austrocknen und Wüsten sich ausdehnen. Diese Bedingungen können wiederum zu weniger Niederschlägen in den folgenden Jahren führen. Kurz gesagt, der Klimawandel kann ein sich selbst erhaltender Prozess sein, da verschiedene Aspekte der Umwelt unterschiedlich schnell und auf unterschiedliche Weise auf die unvermeidlich auftretenden Schwankungen reagieren.

Nichtklimatische Faktoren, die den Klimawandel vorantreiben

Treibhausgase

  Kohlendioxidschwankungen während der letzten 500 Millionen Jahre   Vergrößern Kohlendioxidschwankungen während der letzten 500 Millionen Jahre

Aktuelle Studien weisen darauf hin, dass der Strahlungsantrieb durch Treibhausgase die Hauptursache für die globale Erwärmung ist. Treibhausgase sind auch wichtig für das Verständnis der Klimageschichte der Erde. Nach diesen Studien ist die Treibhauseffekt , also die Erwärmung, die entsteht, wenn Treibhausgase Wärme einfangen, spielt eine Schlüsselrolle bei der Regulierung der Erdtemperatur.

In den letzten 600 Millionen Jahren Kohlendioxid Die Konzentrationen schwankten von vielleicht > 5000 ppm bis weniger als 200 ppm, was hauptsächlich auf die Auswirkungen geologischer Prozesse und biologischer Innovationen zurückzuführen ist. Seltsamerweise wurde argumentiert (Veizer et al. 1999), dass Schwankungen der Treibhausgaskonzentrationen über mehrere zehn Millionen Jahre hinweg nicht gut mit dem Klimawandel korreliert seien, wobei die Plattentektonik vielleicht eine dominantere Rolle spiele. Es gibt jedoch mehrere Beispiele für schnelle Änderungen der Treibhausgaskonzentrationen in der Erdatmosphäre die mit einer starken Erwärmung zu korrelieren scheinen, einschließlich des Paläozän-Eozän-Wärmemaximums, des Perm-Trias-Aussterbeereignisses und des Endes des varangianischen Schneeball-Erdereignisses.

In der Neuzeit aufsteigend Kohlendioxid -Werte gelten als Hauptursache für die globale Erwärmung seit 1950.

Plattentektonik

Auf den längsten Zeitskalen Plattentektonik wird sich neu positionieren Kontinente , Form Ozeane , bauen und reißen Berge ab und dienen im Allgemeinen dazu, die Bühne zu definieren, auf der das Klima existiert. In jüngerer Zeit wurden Plattenbewegungen mit der Intensivierung der Gegenwart in Verbindung gebracht Eiszeit als vor ungefähr 3 Millionen Jahren die Nord- und Südamerikanischen Platten kollidierten, um die Landenge von Panama zu bilden und die direkte Vermischung zwischen dem Atlantischen und dem Pazifischen Ozean zu unterbinden.

Solare Variation

  Variationen der Sonnenaktivität während der letzten Jahrhunderte, basierend auf Beobachtungen von Sonnenflecken und Berylliumisotopen.   Vergrößern Variationen der Sonnenaktivität während der letzten Jahrhunderte, basierend auf Beobachtungen von Sonnenflecken und Beryllium Isotope.

Das Sonne , als ultimative Quelle fast aller Energie im Klimasystem, ist ein wesentlicher Bestandteil der Gestaltung des Erdklimas. Auf den längsten Zeitskalen wird die Sonne selbst heller, während sie ihre Hauptreihenentwicklung fortsetzt. Früh rein kommen Geschichte der Erde Es wird angenommen, dass es zu kalt war, um flüssiges Wasser an der Erdoberfläche zu unterstützen, was zu dem führte, was als Paradoxon der schwachen jungen Sonne bekannt ist.

Auf moderneren Zeitskalen gibt es auch eine Vielzahl von Formen der Sonnenvariation, einschließlich des 11-jährigen Sonnenzyklus und längerfristiger Modulationen. Der 11-jährige Sonnenfleckenzyklus manifestiert sich jedoch nicht eindeutig in den klimatologischen Daten. Diese Schwankungen gelten als einflussreich für die Auslösung der Kleinen Eiszeit und für einen Teil der Erwärmung, die von 1900 bis 1950 beobachtet wurde.

Orbitale Variationen

Orbitale Variationen sind in ihrer Auswirkung auf das Klima gewissermaßen eine Erweiterung der solaren Variabilität, denn geringfügige Variationen der Erdumlaufbahn führen zu Änderungen in der Verteilung und Häufigkeit des Sonnenlichts, das die Erdoberfläche erreicht. Solche Orbitalvariationen, die als Milankovitch-Zyklen bekannt sind, sind aufgrund der gegenseitigen Wechselwirkungen der Erde, ihres Mondes und der anderen Planeten eine sehr vorhersehbare Folge der grundlegenden Physik. Diese Variationen gelten als die treibenden Faktoren, die den Glazial- und Interglazialzyklen der gegenwärtigen Eiszeit zugrunde liegen. Subtilere Variationen sind ebenfalls vorhanden, wie das wiederholte Vorrücken und Zurückziehen der Sahara Wüste als Reaktion auf orbitale Präzession.

Vulkanismus

Ein einzelnes Eruption wie sie mehrmals pro Jahrhundert auftreten, können das Klima beeinflussen und für einen Zeitraum von einigen Jahren zu einer Abkühlung führen. Zum Beispiel der Ausbruch von Berg Pinatubo im Jahr 1991 ist auf dem globalen Temperaturprofil kaum sichtbar. Riesige Eruptionen, die als große Eruptivprovinzen bekannt sind, treten nur wenige Male alle hundert Millionen Jahre auf, können aber das Klima über Millionen von Jahren verändern und Massenaussterben verursachen. Anfangs dachten die Wissenschaftler, dass der Staub, der bei großen Vulkanausbrüchen in die Atmosphäre emittiert wird, für die Abkühlung verantwortlich ist, indem er die Übertragung der Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche teilweise blockiert. Messungen zeigen jedoch, dass der größte Teil des Staubs, der in die Atmosphäre geschleudert wird, innerhalb von sechs Monaten auf die Erdoberfläche zurückkehrt.

  Zuschreibung des jüngsten Klimawandels   Vergrößern Zuschreibung des jüngsten Klimawandels

Menschliche Einflüsse auf das Klima

Anthropogene Faktoren sind Handlungen des Menschen, die die Umwelt verändern und das Klima beeinflussen. Der größte Faktor, der derzeit Anlass zur Sorge gibt, ist der Anstieg von CO zwei Niveaus aufgrund von Emissionen aus fossiler Brennstoff Verbrennung, gefolgt von Aerosolen (Feinstaub in der Atmosphäre), die einen kühlenden Effekt ausüben. Andere Faktoren, einschließlich Landnutzung, Ozonabbau , und Entwaldung wirken sich auch auf das Klima aus.

Fossile Brennstoffe

  Die Schwankungen des Kohlendioxids in den letzten 400.000 Jahren zeigen einen Anstieg seit der industriellen Revolution.   Vergrößern Kohlendioxidschwankungen in den letzten 400.000 Jahren, die einen Anstieg seit der industriellen Revolution zeigen.

Beginnend mit der industriellen Revolution in den 1850er Jahren und sich seitdem beschleunigend, hat der menschliche Verbrauch fossiler Brennstoffe den CO2-Ausstoß erhöht zwei Werte von einer Konzentration von ~280 ppm bis heute über 370 ppm. Diese Anstiege werden voraussichtlich vor dem Ende des 21. Jahrhunderts mehr als 560 ppm erreichen. Zusammen mit steigenden Methanwerten werden diese Änderungen voraussichtlich zwischen 1990 und 2100 einen Anstieg von 1,4–5,6 ° C verursachen (siehe Erderwärmung ).

Aerosole

Es wird angenommen, dass anthropogene Aerosole, insbesondere Sulfat-Aerosole aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, einen kühlenden Einfluss ausüben; siehe Grafik. Es wird angenommen, dass dies zusammen mit der natürlichen Variabilität das relative „Plateau“ in der Grafik der Temperaturen des 20. Jahrhunderts in der Mitte des Jahrhunderts erklärt.

Landnutzung

Vor der weit verbreiteten Nutzung fossiler Brennstoffe dürfte der größte Einfluss der Menschheit auf das lokale Klima auf die Landnutzung zurückzuführen sein. Bewässerung , Entwaldung und Landwirtschaft die Umwelt grundlegend verändern. Beispielsweise ändern sie die Wassermenge, die in einen bestimmten Ort hinein- und herausfließt. Sie können auch die lokale Albedo verändern, indem sie die Bodenbedeckung beeinflussen und die Menge des absorbierten Sonnenlichts verändern. So gibt es zum Beispiel Hinweise darauf, dass das Klima Griechenlands und anderer Mittelmeerländer durch weit verbreitete Entwaldung zwischen 700 v Das moderne Klima in der Region ist deutlich heißer und trockener und die Baumarten, die in der Antike für den Schiffsbau verwendet wurden, sind in der Gegend nicht mehr zu finden.

Eine umstrittene Hypothese von William Ruddiman legt nahe, dass der Aufstieg der Landwirtschaft und die damit einhergehende Entwaldung vor 5000 bis 8000 Jahren zu einem Anstieg von Kohlendioxid und Methan geführt haben. Diese Zunahmen, die frühere Rückgänge rückgängig machten, könnten laut Ruddimanns Hypothese für die Verzögerung des Beginns der nächsten Eiszeit verantwortlich gewesen sein.

Zusammenspiel von Faktoren

Wenn ein bestimmter Antrieb (z. B. solare Schwankungen) wirkt, um das Klima zu verändern, dann kann es Mechanismen geben, die wirken, um die Auswirkungen zu verstärken oder zu verringern. Diese werden als positive und negative Rückkopplungen bezeichnet. Soweit bekannt ist, ist das Klimasystem gegenüber diesen Rückkopplungen im Allgemeinen stabil: Positive Rückkopplungen „laufen nicht davon“. Ein Grund dafür ist zum Teil die Existenz einer starken negativen Rückkopplung zwischen Temperatur und emittierter Strahlung: Die Strahlung nimmt mit der vierten Potenz der absoluten Temperatur zu.

Es gibt jedoch eine Reihe wichtiger positiver Rückmeldungen. Ein wichtiges Beispiel sind die Glazial- und Interglazialzyklen der gegenwärtigen Eiszeit. Es wird angenommen, dass orbitale Variationen das Timing für das Wachstum und den Rückzug von Eisschilden liefern. Die Eisschilde selbst reflektieren jedoch das Sonnenlicht zurück in den Weltraum und fördern somit die Abkühlung und ihr eigenes Wachstum, bekannt als Eis-Albedo-Rückkopplung. Darüber hinaus verringern sinkende Meeresspiegel und expandierendes Eis das Pflanzenwachstum und führen indirekt zu einem Rückgang von Kohlendioxid und Methan. Dies führt zu einer weiteren Abkühlung.

In ähnlicher Weise könnten steigende Temperaturen, die beispielsweise durch anthropogene Emissionen von Treibhausgasen verursacht werden, zu zurückweichenden Schneegrenzen führen, darunter dunklere Böden freilegen und folglich zu einer stärkeren Absorption von Sonnenlicht führen.

Wasserdampf, Methan und Kohlendioxid können ebenfalls als signifikante positive Rückkopplungen wirken, da ihre Werte als Reaktion auf einen Erwärmungstrend ansteigen und diesen Trend dadurch beschleunigen. Wasserdampf wirkt ausschließlich als Rückkopplung (mit Ausnahme kleiner Mengen in der Stratosphäre), im Gegensatz zu den anderen großen Treibhausgasen, die auch als Antriebe wirken können.

Komplexere Rückkopplungen beinhalten die Möglichkeit, Zirkulationsmuster im Ozean oder in der Atmosphäre zu verändern. Im modernen Fall besteht beispielsweise eine erhebliche Sorge darin, dass schmelzendes Gletschereis aus Grönland das sinkende Wasser im Nordatlantik stören und die thermohaline Zirkulation hemmen wird. Dies könnte den Golfstrom und die Wärmeverteilung beeinträchtigen Europa und die Ostküste der Vereinigte Staaten .

Andere mögliche Rückkopplungen sind nicht gut verstanden und können die Erwärmung entweder hemmen oder fördern. Unklar ist beispielsweise, ob steigende Temperaturen das vegetative Wachstum fördern oder hemmen, was wiederum entweder mehr oder weniger Kohlendioxid entziehen könnte. Ebenso können steigende Temperaturen entweder zu mehr oder weniger führen Wolke Startseite. Da die Bewölkung per Saldo stark kühlend wirkt, wirkt sich jede Änderung der Wolkendichte auch auf das Klima aus.

Überwachung des aktuellen Klimastatus

Wissenschaftler verwenden „Indikator-Zeitreihen“, die die vielen Aspekte des Zustands von Klima und Ökosystemen darstellen. Die Zeitgeschichte liefert einen historischen Kontext. Der aktuelle Zustand des Klimas wird auch mit Klimaindizes überwacht.

Beweise für den Klimawandel

Beweise für den Klimawandel stammen aus einer Vielzahl von Quellen, die verwendet werden können, um vergangene Klimazonen zu rekonstruieren. Die meisten Beweise sind indirekt – klimatische Veränderungen werden aus Änderungen von Indikatoren abgeleitet, die das Klima widerspiegeln, wie Vegetation, Dendrochronologie, Eisbohrkerne, Meeresspiegeländerung, Gletscherrückgang.

Pollenanalyse

Arten haben besondere klimatische Ansprüche, die ihre geografische Verbreitung beeinflussen. Jede Pflanzenart hat ein charakteristisch geformtes Pollenkorn, und wenn diese in sauerstofffreie Umgebungen wie Torfmoore fallen, widerstehen sie dem Verfall. Veränderungen im Pollen, die in verschiedenen Ebenen des Moores gefunden wurden, weisen implizit auf Klimaveränderungen hin.

Eine Einschränkung dieser Methode ist die Tatsache, dass Pollen durch den Wind oder manchmal durch Wildtiere über beträchtliche Entfernungen transportiert werden können.

Käfer

Überreste von Coleoptera-Käfern sind in Süßwasser- und Landsedimenten weit verbreitet. Verschiedene Arten dieses Käfers kommen tendenziell unter verschiedenen klimatischen Bedingungen vor. Die Kenntnis des heutigen Klimabereichs der verschiedenen Arten und des Alters der Sedimente, in denen Überreste gefunden werden, ermöglicht es, auf vergangene klimatische Bedingungen zurückzugreifen.

Gletschergeologie

Vorrückende Gletscher hinterlassen Moränen und andere Merkmale, die oft datierbares Material enthalten und die Zeit aufzeichnen, als ein Gletscher vorrückte und ein Merkmal ablagerte. In ähnlicher Weise kann das Fehlen einer Gletscherbedeckung durch das Vorhandensein von datierbarem Boden oder vulkanischen Tephra-Horizonten identifiziert werden. Gletscher werden vom IPCC als einer der empfindlichsten Klimaindikatoren angesehen, und ihre kürzlich beobachteten Schwankungen liefern ein globales Signal für den Klimawandel, siehe Rückzug der Gletscher seit 1850 .

Historische Aufzeichnungen

Zu den historischen Aufzeichnungen gehören Höhlenmalereien, Gräbergräber in Grönland, Tagebücher, dokumentarische Beweise für Ereignisse (wie „Frostmärkte“ an der Themse) und Nachweise von Weinanbaugebieten. Seit 1873 werden tägliche Wetterberichte dokumentiert, und die Royal Society hat die Sammlung von Daten seit dem 17. Jahrhundert gefördert. Kirchenbücher sind oft eine gute Quelle für Klimadaten.

Beispiele zum Klimawandel

Der Klimawandel hat sich durch die gesamte Erdgeschichte hindurch fortgesetzt. Das Gebiet der Paläoklimatologie hat Informationen über den Klimawandel in der Antike geliefert und moderne Klimabeobachtungen ergänzt. Offensichtlich sind die meisten dieser prähistorischen Veränderungen ausschließlich das Ergebnis natürlicher Faktoren.

  1. Klima der tiefen Vergangenheit
    • Paradoxon der schwachen jungen Sonne
    • Schneeball Erde
    • Sauerstoffkatastrophe
  2. Klima der letzten 500 Millionen Jahre
    • Überblick über das Phanerozoikum
    • Paläozän-Eozän Thermisches Maximum
    • Thermisches Maximum der Kreidezeit
    • Permo-Karbon-Eiszeit
    • Eiszeiten
  3. Klima der jüngsten Vereisungen
    • Dansgaard-Oeschger-Ereignis
    • Jüngere Dryas
    • Eiszeitliche Temperaturen
  4. Aktuelles Klima
    • Holozänes Klimaoptimum
    • Mittelalterliche Warmzeit
    • Kleine Eiszeit
    • Temperaturaufzeichnung der letzten 1000 Jahre
    • Erderwärmung

Klimawandel und Ökonomie

Es gab eine Debatte darüber, wie sich der Klimawandel auf die Weltwirtschaft auswirken könnte. In einem Bericht vom 29. Oktober 2006 des ehemaligen Chefökonomen und Vizepräsidenten der Weltbank, Nicholas Stern, erklärt er, dass der Klimawandel das Wachstum beeinträchtigen könnte, das um ein Fünftel reduziert werden könnte, wenn nicht drastische Maßnahmen ergriffen werden. ( Die deutliche Warnung des Berichts zum Klima )