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Was Südafrika mit dem Golfstrom verbindet – neue Studie der GEOMAR Ozeanforscher

Donnerstag 2. Mai 2013 von birdfish

Wenn schmelzende Polkappen und Gletscher das Wasser des Nordatlantiks versüßen, könnte das den Golfstrom schwächen – so ein mittlerweile beinahe populäres Zukunftsszenario zu den Folgen des Klimawandels.

Strömungen um AfrikaSimulierte Temperaturen und Strömungen um Afrika – Simulation und Darstellung: GEOMAR

Für eine belastbare Abschätzung zukünftiger Klimaentwicklungen sollte der Nordatlantik allerdings nicht isoliert betrachtet werden. Dass vor allem auch die Entwicklung vor der Küste Südafrikas berücksichtigt werden muss, zeigt eine neue Studie des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, die jetzt in der internationalen Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“ erschienen ist.

Bei dem Wort Meeresströmung denken die meisten Europäer wohl zunächst an den Golfstrom. Immerhin transportiert er so viel Wärme aus dem Golf von Mexiko in den Nordostatlantik, dass die Durchschnittstemperaturen in der Bretagne, in Irland und sogar in Südnorwegen deutlich milder sind als beispielsweise in Neufundland, dessen Hauptstadt St. John’s auf einer ähnlichen geographischen Breite liegt wie Paris. Veränderungen des Golfstromsystems infolge des globalen Klimawandels könnten also gravierende Konsequenzen für Europa haben.

Um derartige Veränderungen abschätzen zu können, reicht es aber nicht, den Golfstrom isoliert zu betrachten. Professor Arne Biastoch und Professor Claus Böning, Experten für Ozeanmodellierung am GEOMAR Helmholtz Zentrum für Ozeanforschung Kiel, zeigen in einer neuen Studie, dass sich Wind- und Strömungssysteme vor der Küste Südafrikas in den kommenden Jahrzehnten verändern werden. „Diese Ergebnisse sind wichtig für zukünftige Klimamodelle – auch für Europa“, erklärt Professor Biastoch. Die Studie ist in der internationalen Fachzeitschrift Geophysical Research Letters erschienen.

In ihrer Studie haben sich die Wissenschaftler mit dem Agulhasstrom beschäftigt. Dieser bewegt Wassermassen im Indischen Ozean entlang der ostafrikanischen Küste nach Süden und gehört ähnlich wie der Golfstrom zu den stärksten Strömungen im Weltozean. Südwestlich von Kapstadt vollzieht er eine abrupte Kehrtwende zurück in den Indischen Ozean. Dabei schnüren sich regelmäßig mächtige Wirbel von mehreren 100 Kilometern Durchmesser, die Agulhasringe, vom Hauptstrom ab. Diese bringen warmes und salzreiches Wasser aus dem Indischen Ozean in den Südatlantik.

„Es ist bekannt, dass diese Agulhasringe eine Schlüsselrolle für den Nachschub salzreichen Wassers in den Atlantik darstellen“, erklärt Professor Biastoch. Allerdings begrenzen starke westliche Winde im südlichen Ozean den Wasseraustausch zwischen dem Indischen und dem Atlantischen Ozean. Globale Klimamodelle, unterstützt von Messungen der vergangenen Jahre, sagen eine Verlagerung dieser Westwindzone nach Süden voraus. Dadurch würde ein breiterer Korridor entstehen, durch den Wassermassen aus dem Indik in den Atlantik strömen können. „Wir konnten in früherer Studien tatsächlich nachweisen, dass sich die Strömungsmuster in den vergangenen Jahrzehnten bereits verändert haben“, sagt Professor Böning.

Jetzt haben die beiden Kieler Forscher die Prognosen der globalen Klimamodelle auf ein hoch auflösendes Ozeanmodell übertragen, um detailliertere Erkenntnisse über die Entwicklung des Agulhasstroms in der Zukunft zu erlangen. „Danach könnte der Zustrom von warmem, salzhaltigem Wasser aus dem Indischen in den Atlantischen Ozean in diesem Jahrhundert um bis zu einem Drittel zunehmen“, erklärt Biastoch. Das würde zu einem Anstieg des Salzgehaltes im Südatlantik führen.

„Diese Entwicklungen scheinen weit weg zu sein, können aber Einfluss auf Europa haben“, betont Professor Böning. Denn der Antrieb für das globale Förderband der Meeresströmungen – auch für den Golfstrom – sind außer dem Wind auch unterschiedliche Wassertemperaturen und Salzkonzentrationen in bestimmten Wassermassen. Einige Klimamodelle sagen eine Abschwächung dieses System voraus, wenn rund um den Nordatlantik die Gletscher schmelzen, das arktische Meereis abnimmt und gleichzeitig Niederschläge zunehmen. Denn dabei gelangt Süßwasser in den Ozean, verändert so die Salzkonzentrationen, und schwächt dabei das Absinken von nordatlantischem Tiefenwasser, den Motor für das globale Förderband.

Der in der aktuellen Studie prognostizierte, zusätzliche Salznachschub von Süden könnte im nördlichen Nordatlantik den sich verstärkenden Niederschlägen und der Eisschmelze entgegen wirken. Ob die Änderungen im Agulhasstrom das Potenzial haben, die befürchtete starke „Aussüßung“ im Nordatlantik komplett zu neutralisieren, ist allerdings noch offen. „Die aktuelle Rechnung zeigt aber wieder deutlich, dass bei der Modellierung von zukünftigen Entwicklungen die Entwicklung im Südatlantik deutlich detaillierter als bisher berücksichtigt werden muss“, betont Professor Biastoch.

Arbeiten wie diese führen dazu, dass auch Veränderungen im Agulhasstrom und im Südatlantik stärker in den Fokus rücken. Das GEOMAR ist mit seiner hochauflösenden Ozeanmodellierung unter anderem über das EU-Projekt GATEWAYS und das geplante, vom Bundesforschungsministerium geförderte Projekt SPACES beteiligt und wird in den kommenden Jahren verstärkt den Einfluss von Zirkulationsänderungen südlich von Afrika auf das Golfstromsystem untersuchen.

Originalpublikation
Biastoch, A. and C. W. Böning, 2013: Anthropogenic Impact on Agulhas Leakage, Geophys. Res. Lett., 40, 1138-1143, http://dx.doi.org/10.1029/2012GL055037

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Ruß kann wärmend oder kühlend wirken: Unsicherheitsfaktor in Klimavorhersagen

Montag 22. April 2013 von birdfish

Die Verbrennung von fossilen und nachwachsenden Rohstoffen beeinflusst unser Klima durch die Entstehung von Ruß.

Schwarzer RauchRauch eines Feuers in extrem trockener Vegetation in australischer Wüste. Foto: C. Hadfield / NASA

Dieser kann – je nach Situation wärmend oder kühlend wirken. Viele Gründe machen es schwer, eine Bilanz der schwarzen Kohlenstoffpartikel zu ziehen, wie ein Artikel im Forschungsmagazin Science zeigt.

Vor einigen Monaten überraschte eine wissenschaftliche Publikation die Klimaforscher weltweit. Ein amerikanisches Forscherteam kam zu dem Schluss, dass der Beitrag, den Ruß an der weltweiten Klimaerwärmung liefert, etwa doppelt so groß ist, wie bisher angenommen. Rußpartikel entstehen bei der Verbrennung fossiler Energiequellen wie Kohle und Öl und auch bei der Nutzung von Biomasse wie Holz. Die Forscher um die Chemikerin Tami Bond stufen den schwarzen Kohlenstoff (Black Carbon), so der wissenschaftliche Sammelbegriff für Rußpartikel, in seiner Klimaschädlichkeit sogar höher ein als die des Treibhausgases Methan.

Wie es zu solch großen Differenzen in der Bewertung der Klimawirkung von Ruß kommen kann, beschreibt eine aktuelle Publikation im Wissenschaftsmagazin Science. Gemeinsam mit seinem kalifornischen Kollegen Veerabhadran Ramanathan erklärt Meinrat O. Andreae, Direktor am Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie, welche globalen und regionalen Klimaauswirkungen die schwarzen Partikel haben können. Ruß ist in der Erdatmosphäre die größte Absorptionsquelle von Sonnenstrahlung.

„Anders als die chemisch präzise definierten Treibhausgase sind Rußpartikel verschiedenartig aufgebaut und haben sehr unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften. Allein das macht es schwierig, den Einfluss von Ruß auf das Klima genau zu bestimmen“, sagt der Mainzer Klimaforscher Prof. Andreae. „Eine konkrete Ursache, warum die Vorhersagen so weit auseinander liegen, sehen wir im sogenannten braunen Kohlenstoff.“ Diese Kohlenstoffpartikel entstehen auch bei der Verbrennung von Biomasse und durch chemische Reaktionen in der Atmosphäre. Genau wie schwarzer absorbiert brauner Kohlenstoff Licht und Wärme – eine Tatsache, die bisher in den meisten Klimamodellen ignoriert wurde. Man nahm im Gegenteil an, dass brauner Kohlenstoff unser Klima sogar kühlt, da die Partikel mehr Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektieren als sie an die Erde abgeben.

Für eine Klimabilanz muss man alle Wirkmechanismen von Ruß kennen

Ein weiterer Unsicherheitsfaktor liegt im Zusammenspiel der kühlenden und erwärmenden Eigenschaften von Ruß. Rußpartikel nehmen nicht nur besonders gut Wärme auf und geben sie an die Erdatmosphäre ab. Sie dienen auch als Keime für die Kondensation von Feuchtigkeit, was schließlich zur Wolkenbildung führt. Und Wolken wiederum reflektieren die Sonnenstrahlung. Um eine korrekte Bilanz für Ruß zu erstellen, muss man also alle klimarelevanten Mechanismen genau kennen – kühlende wie erwärmende.

Eine solche Bilanz erstellten die amerikanischen Wissenschaftler um Bond in ihrer Studie. Sie fassten dazu alle verfügbaren Simulationen und Beobachtungen zusammen und berechneten die Energiemenge, die die schwarzen Partikel aus der Sonnenstrahlung absorbieren und somit an das Klimasystem abgeben können. Der sogenannte Strahlungsantrieb (radiative forcing) liegt mit 1,1 Watt pro Quadratmeter doppelt so hoch wie der Wert, der 2011 in einer Studie des UN Umweltprogramms (UNEP) und der weltweiten Meteorologischen Organisation (WMO) zur Vorhersage der Erderwärmung genutzt wurde. Für Bond und ihre Kollegen ist Ruß also viel klimarelevanter als bisher angenommen.

Wie ist dieser große Unterschied zu früheren Berechnungen zu erklären? Andreae und sein Kollege Ramanathan vergleichen unterschiedliche Ansätze zur Herleitung des Strahlungsantriebs durch die Absorption von Licht durch Ruß. Der Klimaforscher Ramanathan hat ihn aus Absorptionsdaten von Satelliten und 140 Bodenmessstationen ermittelt. Die Bond-Studie leitet zunächst einen wesentlich kleineren Wert aus Emissionsinventaren und Atmosphärenmodellen her, und muss ihn dann hochskalieren um den abgeleiteten Wert in die Nähe des Werts aus den Messdaten zu bringen. Daraus folgern Andreae und Ramanathan, dass in den meisten Klimavorhersagen entweder eine wichtige Quelle für Ruß nicht berücksichtigt wurde oder dass Daten aus sogenannten Abschätzungen der weltweiten Emissionen nicht zuverlässig genug sind.

Ruß macht regionale Klimavorhersagen noch unsicherer

Noch größer werden die Unsicherheiten durch den Faktor Ruß auf regionaler Ebene – beispielsweise bei Niederschlagsvorhersagen. Dies rührt unter anderem daher, dass Ruß gegenläufige Effekte bei der Entstehung von Wolken hat. Bei kleinen Wolken verringern die Partikel die Niederschlagseffizienz, bei großen Wolken steigt sie an. Der Ruß in der Luft über dem indischen Ozean wirkt wie ein Sonnenschirm, so dass sich das Meerwasser weniger erwärmt und deshalb weniger Wasser verdunstet. Als Folge befürchten Forscher, dass sich beispielsweise die Monsun-Regenfälle in Südasien abschwächen – einer Region, in der zunehmend Biomasse verbrannt wird.

Außerdem erzeugt die Absorption von Sonnenstrahlung durch Ruß in der Atmosphäre Wärmegradienten, wodurch sich die Luftströmungen verändern. Das wird unter anderem für die bereits beobachtete Verschiebung des Tropengürtels nach Norden verantwortlich gemacht.

Wurde die Strahlungsabsorption von Ruß in bisherigen Vorhersagen tatsächlich so deutlich unterschätzt, wie die amerikanischen Forscher um Bond behaupten, muss man regionale Klimaeffekte neu bewerten, so Andreae und Ramanathan. Das wiederum erfordert genau definierte Beobachtungen im Klimasystem, von Satellitendaten bis zu mikrochemischen Messungen von Aerosolen.

Und schließlich bleibt die Frage offen, ob sich all die Anstrengungen, die Entstehung von Ruß zu vermindern, wirklich lohnen. Denn mit der Verbrennung von fossilen Brennstoffen entstehen auch Stoffe wie Schwefeldioxid, die unser Klima kühlen. Eine Gesamtbilanz für unser Klima wird dadurch umso schwieriger.

Warum wir dennoch alles daran setzen sollten, die Entstehung von Ruß so weit wie möglich zu verringern, liegt in seiner Schädlichkeit für die menschliche Gesundheit. Geschätzte 3,5 Millionen Menschen sterben jährlich durch die Luftverschmutzung mit Ruß und verwandten Feinstaubpartikeln in Haushalten, besonders in den Entwicklungs- und Schwellenländern, wo oft noch am offenen Feuer gekocht wird.

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Heidelberger Wissenschaftler untersuchen Freisetzung von Brom in polaren Gebieten

Freitag 19. April 2013 von birdfish

Die Freisetzung des chemischen Elements Brom, dessen Verbindungen wesentlich zum Abbau von Ozon in der unteren Atmosphäre beitragen, erfolgt in polaren Gebieten in einem erheblichen Umfang auch aus dem Schnee auf dem Festland.

Messflug über dem Meereis Messflug über dem Meereis – Foto: Denis Pöhler

Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Forscherteam mit Wissenschaftlern des Instituts für Umweltphysik der Universität Heidelberg, die zusammen mit Fachkollegen aus den USA Messungen sowie Probenentnahmen in Alaska durchgeführt haben. Bisher war die Wissenschaft davon ausgegangen, dass nur Meereis die Quelle ist, aus der Brom emittiert wird. Bei den Untersuchungen kam ein in Heidelberg entwickeltes, neuartiges spektroskopisches Messgerät auf einem amerikanischen Forschungsflugzeug zum Einsatz. Die Ergebnisse der Forschungen wurden jetzt in „Nature Geoscience“ veröffentlicht.

Ozon spielt nicht nur in der Stratosphäre, sondern ebenfalls am Boden eine bedeutende Rolle. Hier ist es nicht so sehr für den Schutz vor UV-Strahlung relevant, sondern wichtig für chemische Prozesse, die die Selbstreinigung der Atmosphäre von Schadstoffen bewirken. Bereits in den 1990er-Jahren fanden Heidelberger Forscher um Prof. Dr. Ulrich Platt heraus, dass ein ausgedehnter Ozonabbau in der bodennahen Atmosphäre der Arktis und Antarktis durch Brom verursacht wird, das mit Ozon zu Bromoxid reagiert. Dieses Brom wird in autokatalytischen Prozessen freigesetzt. Die entstehenden Bromoxidwolken können sich im polaren Frühling zu Ausdehnungen von mehreren Tausend Quadratkilometern Größe entwickeln. „Es handelt sich dabei um die mit Abstand größte Bromfreisetzung auf unserem Globus“, sagt Prof. Platt vom Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg. Die genauen Prozesse bei der Freisetzung sind sehr komplex und bis heute Gegenstand der Forschung.

Nun hat das internationale Wissenschaftlerteam mit den Forschungen in Alaska neue Erkenntnisse zu der Freisetzung von Brom aus Eis und Schnee gewonnen. Die Forscher haben dazu verschiedene Proben vor Ort untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass die Vorgänge zur Freisetzung von Brom an das Tageslicht gebunden und daher photochemische Prozesse involviert sind. Vor allem aber konnte nachgewiesen werden, dass die Bromemission stark von dem pH-Wert der Schnee- oder Eisprobe abhängig war. „Je ,saurer‘ die jeweilige Probe ausfiel, desto größer war die Freisetzung von Brom. Daraus ergab sich das überraschende Ergebnis, dass Schnee auf dem Festland, der typischerweise ,sauer‘ ist, mehr Brom freisetzt als alkalisches Meereis, obwohl Meereis deutlich mehr Brom enthält“, erläutert Dr. Denis Pöhler, der dem Team von Prof. Platt angehört.

Die Wissenschaftler der Universität Heidelberg haben diese Forschungserkenntnisse vor allem durch gleichzeitige Flugzeugmessungen bestätigt. Das dabei eingesetzte Messgerät, das im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projektes am Institut für Umweltphysik entwickelt wurde, misst das Sonnenlicht, das an der Schneeoberfläche und in der Atmosphäre gestreut wird. Bromoxid absorbiert einen Teil des Sonnenlichtes. Anhand dieser Absorption konnten die Heidelberger Forscher die Bromkonzentration und deren Vertikalverteilung bis zu mehreren Kilometern Höhe bestimmen. Außerdem erhielten sie Informationen über die räumliche Verteilung. „Derartig umfangreiche Daten erlauben es, die Quellen der Bromfreisetzung in der Arktis genau zu erkunden“, betont Dr. Pöhler.

Die Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des Projektes „Bromine, Ozone and Mercury Experiment“ (BROMEX) durchgeführt. Kooperationspartner waren Wissenschaftler der Purdue University in West Lafayette/Indiana, dem Cold Regions Research and Engineering Laboratory in Fort Wainwright/Alaska, der University of Alaska Fairbanks und dem Georgia Institute of Technology in Atlanta. Das Heidelberger Messgerät soll in Zukunft mit dem neuen deutschen Forschungsflugzeug HALO zum Einsatz kommen und dort neben Bromoxid auch andere für die Wissenschaft wichtige Stoffe der Atmosphäre wie Stickstoffdioxid oder Schwefeldioxid bestimmen.

Originalpublikation:

K.A. Pratt, K.D. Custard, P.B. Shepson, T.A. Douglas, D. Pöhler, S. General, J. Zielcke, W.R. Simpson, U. Platt, D.J. Tanner, L.G. Huey, M. Carlsen and B.H. Stirm: Photochemical production of molecular bromine in Arctic surface snowpacks, Nature Geoscience (14 April 2013), doi: 10.1038/ngeo1779

Informationen zum Projekt BROMEX (engl.)

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Neues Meereisportal liefert tagesaktuelle Eiskarten von der Arktis und Antarktis

Mittwoch 17. April 2013 von birdfish

Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung haben die neue Internetplattform meereisportal.de vorgestellt, die sie gemeinsam mit Kollegen von der Universität Bremen entwickelt haben.

Meereisbedeckung
Meereisbedeckung in deutschen Portal tagesaktuell dokumentiert – Foto: AWI

Die Internetseite bietet als deutschsprachige Webplattform neben jeder Menge Hintergrundinformationen zum Thema Meereis tagesaktuelle Meereiskarten von Arktis und Antarktis. Zudem eröffnet sie Nutzern die Möglichkeit, die unterschiedlichen Basisdaten für die eigene Weiterverarbeitung herunterzuladen. In naher Zukunft wollen die Initiatoren in diesem Portal auch die weltweit ersten Karten zur Meereisdicke als Datenprodukte des ESA-Satelliten CryoSat-2 veröffentlichen.

Bei der Frage „Wie groß ist die Eisdecke der Arktis?“ mussten sich interessierte Laien und Wissenschaftler aus dem deutschsprachigen Raum in der Vergangenheit oft auf englisch-sprachige Informationen deutscher oder amerikanischer Forschungseinrichtungen verlassen. Das Meereisportal ist das erste umfassende, deutschsprachige Internetportal rund um das Thema Meereis in der Arktis und Antarktis. Entwickelt wurde es im Rahmen des Helmholtz-Verbundes Regionale Klimaveränderungen (REKLIM) als Gemeinschaftsprojekt der Universität Bremen und des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung – einem der weltweit führenden Zentren im Bereich Meereisforschung.

„Unsere Seite bietet den Internetnutzern drei Informationsquellen: Erstens ein umfangreiches Kartenarchiv, in dem jeder Interessierte momentan bereits mehr als 7000 grafisch aufbereitete Meereiskarten der Arktis und Antarktis herunterladen kann – die tagesaktuellen ebenso wie jene aus den zurückliegenden zehn Jahren. Zweitens ein Datenportal, in dem Messdaten zum Meereis zu finden sind, sowie drittens einen großen Bereich, in dem wir durch unser Klimabüro verständlich aufbereitete Informationen rund um das Thema Meereis bereitstellen. Sie geben Antwort auf Fragen wie ‚Wie entsteht Meereis?’, ‚Wie wird es erforscht?’ oder ‚Welche Rolle spielt es für das Klima unserer Erde?’“, sagt REKLIM-Geschäftsführer Dr. Klaus Grosfeld.

Die tagesaktuellen Karten zur Meereisausbreitung basieren auf Messdaten des japanischen Satelliten SHIZUKU, der in einer Höhe von 700 Kilometern um die Erde kreist. Sein Mikrowellen-Radiometer AMSR2 erfasst seit dem 4. Juli 2012, wo auf der Erde sich wie viel Eis auf dem Meer befindet. Diese Satellitendaten werden vom Institut für Umweltphysik der Universität Bremen (IUP) abgerufen, dort entsprechend ausgewertet und aufbereitet. Sie fließen anschließend direkt in die vom AWI-Rechenzentrum betriebene digitale Infrastruktur des Meereisportals, wo sie automatisch als Meereiskarten ausgegeben werden. „Die Kooperation mit dem AWI ermöglicht uns, die an der Universität Bremen entwickelten Datenprodukte einer breiten Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen und so die in Bremen und Bremerhaven vorhandene Expertise zu diesem Thema zu bündeln“, sagt Dr. Georg Heygster, Leiter der Meereisabteilung am IUP-Bremen.

In naher Zukunft wollen die AWI-Experten das Portal dann noch um aktuelle Meereisdicken-Karten erweitern. Diese werden auf Daten des im Jahr 2010 gestarteten ESA-Satelliten CryoSat-2 beruhen und das aktuelle Volumen des arktischen und antarktischen Meereises zeigen. „Wir freuen uns sehr, dass unser Meereisportal unseres Wissens nach das erste Internetportal weltweit sein wird, auf dem diese Eisdickenkarten frei und unkompliziert heruntergeladen werden können“, sagt AWI-Meereisphysiker Dr. Stefan Hendricks, der sich mit der Auswertung der CryoSat-2-Daten beschäftigt.

In Sachen Aktualität aber wollen die AWI-Klimaforscher und ihre Kollegen von der Universität Bremen noch einen Schritt weitergehen. Sie planen, auf der neuen Internetplattform in regelmäßigen Abständen Verlaufsanimationen, wissenschaftliche Analysen der aktuellen Meereis-Situation sowie Berichte über spezielle Forschungsaktivitäten für eine deutschsprachige Leserschaft zu veröffentlichen. Von Meereisphysikern über Ozeanografen bis hin zu den AWI-Modellierern – sie alle werden auf dem Meereisportal zu Wort kommen und verdeutlichen, auf welch vielfältige Art und Weise Wissenschaftler das Meereis untersuchen und zu welchen Themen sie Auskunft geben können.

Im nächsten Schritt soll meereisportal.de auch auf saisonale Vorhersagen zur Meereisausdehnung erweitert werden. Dafür wollen die Initiatoren den sogenannten „Sea Ice outlook“ in das Portal integrieren. Dieses wissenschaftliche Werkzeug verknüpft aktuelle Beobachtungsdaten mit Modelldaten, um im Anschluss daran die Entwicklung der Meereisausdehnung vorherzusagen. Bisher wurden diese Vorhersagen nur für das jährliche Meereisminimum in der Arktis gemacht. In Zukunft sollen sie jedoch auf monatlicher Basis erfolgen. „Auf diese Weise wollen wir eine Grundlage dafür schaffen, die zukünftige Meereisentwicklung in der Arktis genauer vorhersagen und unsere Erkenntnisse einem erweiterten Nutzerkreis zur Verfügung stellen zu können“, sagt Klaus Grosfeld. Bevor die Forscher jedoch wirklich verlässliche Aussagen ableiten können, müssen noch spezielle Vorkehrungen zur Qualitätssicherung getroffen werden.

Website www.meereisportal.de

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Vision für das Klima: Paläoklimaforscher plädiert für Kohlendioxid-Recycling

Mittwoch 20. März 2013 von birdfish

Frank Sirocko zeigt in “Geschichte des Klimas”, wie aus der Vergangenheit gelernt und Visionen für die Zukunft entwickelt werden können.

Vulkane
Welche Rolle speilten Vulkane in der Klimageschichte? – Foto: Ulla Trampert / Pixelio

Der Energiebedarf von Industrienationen auf der einen Seite und die Notwendigkeit, die globale Erwärmung zu begrenzen, auf der anderen Seite stellen die Menschheit vor große Herausforderungen. Professor Dr. Frank Sirocko, einer der führenden Paläoklimaforscher in Deutschland, plädiert dafür, die fossilen Energieträger und die Treibhausgase als Teile des gleichen Kreislaufs zu betrachten und als Ausweg aus dem Klimadilemma einen nachhaltigen, geschlossenen Kohlendioxid-Methan-Kreislauf einzurichten. Dabei soll Kohlendioxid, das maßgeblich für die globale Erwärmung verantwortlich ist, durch sogenannte Sequestration wieder der Atmosphäre entzogen werden. Es müsste dann mithilfe von Sonnenergie zum Beispiel in den südeuropäischen Mittelmeerländern zu Methan reduziert und in dieser Form wieder nach Nordeuropa transportiert werden. „Ich persönlich bin überzeugt, dass man irgendwann in Bezug auf das Treibhausgas Kohlendioxid vollständig umdenken wird und das atmosphärische CO2 nicht mehr als Problemstoff sieht, sondern als Lagerstätte“, schreibt Sirocko in seinem neuen Buch „Geschichte des Klimas“.

In dem Buch erläutert Sirocko, Professor am Institut für Geowissenschaften der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), auf knapp 200 Seiten die wichtigsten Prozesse im Klimasystem und zeigt die Entwicklung des Erdklimas über Millionen von Jahren auf. Die Bedeutung der Atmosphäre und der Meeresströmungen wird genauso behandelt wie die Rolle, die Vulkane oder schmelzende Polkappen im Klimageschehen spielen. Der Rückblick auf die Erdgeschichte ist nach Auffassung des Klimaforschers unerlässlich, um zu beurteilen, was uns in Zukunft erwartet.

„Die Vergangenheit lehrt uns, dass Klimaänderungen eine der größten Bedrohungen für die Menschheit waren“, schreibt der Wissenschaftler. Als Beispiel führt er das 14. Jahrhundert an, als kalte verregnete Sommer zu Hunger, gesellschaftlicher Krise und in der Folge zu Seuchen geführt haben. „Hunger am Anfang des Jahrhunderts und die Pest haben die Zeit von 1300 bis 1350 zu einer der dunkelsten Zeiten der europäischen Geschichte gemacht.“

Heute stehen wir vor der globalen Herausforderung, die Erwärmung der Erdatmosphäre einzudämmen und den Energiebedarf möglichst klimaneutral abzusichern, wobei Erdöl in naher Zukunft knapp wird und auch Erdgas keine dauerhafte Alternative ist. „Viele Menschen“, so Sirocko, „blicken heute ratlos in die Energiezukunft und fühlen sich vom Klimawandel bedroht.“ Seine Vision für die Zukunft ist daher eine gemeinsame Antwort auf die Klima- und die Energiefrage. Mittlerweile seien erfolgreiche Verfahren entwickelt worden, um das CO2 aus der Atmosphäre wieder zu entziehen, die sogenannte Sequestration. Leider würde in diesem Zusammenhang immer nur eine Endlagerung des flüssigen CO2 diskutiert.

Man könnte dieses Kohlendioxid aber auch wieder zu Methan reduzieren, wozu grundsätzlich Energie notwendig wäre. Global betrachtet stünde hierfür mehr als genügend Sonnenergie zur Verfügung, da die auf die Erdoberfläche eingestrahlte Sonnenenergie weitaus größer sei als alle vom Menschen benötigte Energie. „Prinzipiell und global gesehen ist Energie also gar nicht knapp; man muss sie nur kontrolliert aus Südeuropa nach Nordeuropa transportieren.“ Irgendwann werde man in den Regionen starker Sonneneinstrahlung das CO2 aus der Atmosphäre sequestrieren, es dort in Thermiekraftwerken zu CH4 reduzieren und dieses Methan dann über Pipelines in die Industriestaaten transportieren, wo es erneut verbrannt werden kann. Ein solcher Kreislauf sei dann in sich geschlossen und könne nachhaltig so lange betrieben werden, wie die Sonne ihre Energie abstrahlt. Wichtig sei nur, dass man diesen Kreislauf implementiert, bevor das CO2 in der Atmosphäre bedrohliche Konzentrationen erreicht hat. „Wir müssen also heute beginnen, wenn wir morgen eine Zukunft haben wollen“, schreibt Sirocko in „Geschichte des Klimas“.

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Forschungsprojekt ‘SIGNAL’ – Klimawandel vorbeugen, Grünland in Europa erhalten

Dienstag 19. März 2013 von birdfish

Die ökologische Leistungsfähigkeit, die Artenvielfalt und auch die landschaftliche Schönheit des Grünlands in Europa zu schützen – mit diesem Ziel haben sich Hochschulen und Forschungseinrichtungen aus acht europäischen Ländern im Forschungsprojekt “SIGNAL” zusammengeschlossen.

Wissenschaftlerinnen aus acht europäischen Ländern tagten zum KlimawandelWissenschaftler/innen aus acht europäischen Ländern tagten zum Klimawandel. Foto: Dr. Jürgen Dengler / Uni Bayreuth

Die Koordination des Gesamtprojekts, das von der EU mit 1,5 Millionen Euro gefördert wird, liegt bei Prof. Dr. Anke Jentsch, Professorin für Störungsökologie an der Universität Bayreuth und Mitglied des Bayreuther Zentrums für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER). Zur Auftaktveranstaltung Mitte März 2013 waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Partnereinrichtungen nach Bayreuth gekommen.
Die Projektpartner teilen die Einschätzung, dass der Klimawandel in Europa extreme Wetterereignisse verursachen und die Stabilität des europäischen Grünlands nachhaltig gefährden könnte – vor allem im Zusammenhang mit dem Vordringen invasiver Arten. Die Schönheit des Landschaftsbildes, die Neubildung von Grundwasser, die Filterung von Schadstoffen, die Speicherung wertvoller Nährstoffe und die Bereitstellung von Grünfutter sind zentrale Funktionen des Grünlands, das immerhin rund die Hälfte aller landwirtschaftlich genutzten Flächen in Europa ausmacht. Umso schwerwiegender wären die Folgen, wenn diese ökologischen Serviceleistungen infolge langanhaltender Dürreperioden oder einwandernder Pflanzen dauerhaft gestört würden.

“Derartige Entwicklungen sind aber kein unvermeidliches Schicksal”, erklärt Projektleiterin Anke Jentsch. “Im Projekt SIGNAL wollen wir vorbeugende Konzepte und Maßnahmen erarbeiten, die geeignet sind, drohende ökologische Schäden abzuwenden oder jedenfalls abzuschwächen. Große Hoffnungen setzen wir dabei auf das Potenzial der Artenvielfalt. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer unseres ersten Arbeitstreffens waren alle hochmotiviert, sich dieser Herausforderung zu stellen. Dabei geht es letztlich darum, auf der Basis verlässlicher wissenschaftlicher Erkenntnisse Handlungsempfehlungen zu erarbeiten, die sich an staatliche Behörden auf europäischer, nationaler oder regionaler Ebene oder an Nichtregierungsorganisationen richten. Damit wollen die Projektpartner eine aktive Öffentlichkeitsarbeit verbinden und Möglichkeiten zu Handlung und Verantwortung aufzeigen. Die Menschen sollten besser als bisher darüber informiert werden, was in der Land- und Forstwirtschaft oder im Umwelt- und Naturschutz vorbeugend getan werden kann, um die Lebensqualität in Europa unter den Bedingungen des Klimawandels möglichst zu erhalten.”

Vorbeugende Maßnahmen, die künftig im SIGNAL-Projekt entwickelt werden, konzentrieren sich vor allem auf drei Faktoren: die Entwicklung der Biodiversität auf den Grünlandflächen; die Rolle von stickstofffixierenden Hülsenfrüchten und invasiven Arten; schließlich auch landwirtschaftliche Techniken, die womöglich alte Formen der Landnutzung auf neue Weise realisieren. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die bei SIGNAL mitarbeiten, bringen zahlreiche Erfahrungen aus internationalen Projekten zur Klimawandelforschung mit. Sie kommen aus acht europäischen Ländern, auf die besonders hohe Anteile der europäischen Grünlandflächen entfallen: aus Belgien, Bulgarien, Deutschland, Frankreich, Italien, der Schweiz, der Türkei und Ungarn.

An der Universität Bayreuth werden insbesondere die Experimente zur Biodiversität und Klimawandel konzipiert, die für das SIGNAL-Projekt von zentraler Bedeutung sind. Diese Untersuchungen wären nicht möglich ohne die Forschungsflächen im Ökologisch-Botanischen Garten auf dem Bayreuther Campus. Hier können extreme Wetterereignisse mit hoher Genauigkeit simuliert und auf ihre Folgen hin analysiert werden. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer an der Bayreuther Auftaktveranstaltung zeigten sich beeindruckt von dieser Infrastruktur, die im Rahmen von SIGNAL auf andere europäische Länder übertragen werden soll. Sie wird einen gewichtigen Beitrag zur Erforschung von Klimawandelfolgen leisten.

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Eine erfolgreiche Klimapolitik benötigt lokale Lösungen und viel Kommunikation

Montag 18. März 2013 von birdfish

Rekordhitze, Hurrikans, Überschwemmungen – der Klimawandel und seine Folgen sind in aller Munde.

Hochwasser in FlensburgAuswirkungen des Klimawandels werden zunehmen. Hier: Ostsee-Hochwasser in Flensburg. Foto: Julia Vogt / Pixelio

Ein koordiniertes Vorgehen zum Schutz des globalen Klimas und Anpassungen an die Auswirkungen ist politisch und gesellschaftlich gewollt. “Den mitunter hochtrabenden Zielen der nationalen und internationalen Klimapolitik steht jedoch eine mangelhafte Umsetzung auf lokaler Ebene gegenüber”, bilanziert Thorsten Heimann vom Leibniz-Institut für Regionalentwicklung und Strukturplanung (IRS). In einem sozialwissenschaftlichen Forschungsprojekt analysierte er mit Nicole Mahlkow und Karsten Balgar Problemwahrnehmungen, Strategien und Mediendiskurse zum Klimawandel und leitete Handlungsempfehlungen ab.

Das Projekt ist Teil des “Potsdamer Forschungs- und Technologieverbundes zu Naturgefahren, Klimawandel und Nachhaltigkeit” (PROGRESS). Das IRS erstellte im Rahmen von PROGRESS drei aufwändige Untersuchungen zur Klimapolitik und –kommunikation im Ostseeraum: Mit einer Medienanalyse der letzten zehn Jahre in deutschen Küstenstädten, unter anderem Lübeck und Rostock, können Themen, Akteure und Positionen in ihrer zeitlichen Entwicklung analysiert werden. Eine ausführliche Expertenbefragung in denselben Städten bringt grundlegende Erkenntnisse über Planungs- und Koordinationsprozesse vor Ort. Nicht zuletzt liefert eine umfassende Befragung von Akteuren aus Politik, Verwaltung, Wirtschaft und NGOs in allen deutschen Küstengemeinden über 5.000 Einwohnern ein detailliertes Bild darüber, welche Strategien zum Umgang mit dem Klimawandel lokal als notwendig gelten – und welche nicht.

“Wir haben festgestellt, dass an vielen Stellen Sand im Getriebe der Klimapolitik ist”, so Heimann. “Am gravierendsten stellt sich der Mismatch zwischen nationaler und internationaler Klimapolitik und der lokalen Ebene dar.” Lokale Differenzierung sei ein notwendiger Weg, um substanziell voranzukommen. Der Grund dafür liege vor allem darin, dass sich Wahrnehmungen und damit auch Problempriorisierungen und Maßnahmenpräferenzen lokal sehr unterscheiden können Ob Klimawandel überhaupt als Problem wahrgenommen wird, sei nicht flächendeckend gegeben, berichtet Nicole Mahlkow. “In dieser Hinsicht unterscheiden sich beispielsweise die lokalen Perspektiven in den Städten Lübeck und Rostock – was in Lübeck vor allem als potenzielle Gefahr diskutiert wird, verheißt in Rostock steigende Touristenzahlen an den Stränden.” Auch die Bedrohung durch Binnenhochwasser führt nicht immer zu denselben Strategien, ergänzt Heimann. In Deutschland sei es derzeit ein Tabu, Siedlungen für natürliche Überflutungsflächen aufzugeben. In den Niederlanden oder Frankreich gebe es hingegen einzelne Landstriche, für die es zur Strategie wurde, dort dem Wasser mehr Raum zu geben. “Wir müssen davon wegkommen, für alle Probleme dieser Art einen überall gültigen Standard finden zu wollen. Wenn lokale Unterschiede missachtet werden, wird fehlender Konsens zum Scheitern der Bemühungen führen.”

Eine weitere Empfehlung der Sozialwissenschaftler ist, Maßnahmen zum Klimaschutz und zur Klimaanpassung nicht gegeneinander auszuspielen. Es gebe keinen Widerspruch zwischen der Installation einer Solaranlage zur CO2-Minderung und einem durchdachten regionalen Flussmanagement zur Eindämmung von Überflutungsschäden. Dies sei aber vor allem ein Kommunikationsproblem, so das Fazit der Medienanalyse. “In der raumplanerischen Diskussion ist dies bereits jetzt verankert. Die Wirklichkeit der Medien und die Wirklichkeit der Experten klaffen aber oft weit auseinander”, so Karsten Balgar. Die Kommunikation von Klimapolitik spielt daher eine zentrale Rolle. Genauso wie Strategien zum Umgang mit dem Klimawandel lokal differenziert sein müssen, sollten auch die Menschen mit dem Bezug zu konkreten lokalen Problemlagen angesprochen werden. Alltagskontexte spielen für die Akzeptanz von Klimapolitik eine große Rolle.

Einen Überblick über die sozialwissenschaftliche Klimaforschung am IRS bietet die Ausgabe 70 des Magazins IRS aktuell

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Auftauen von Permafrost-Böden beschleunigt Klimawandel – trotz mehr Pflanzenwachstum

Montag 18. März 2013 von birdfish

Die globale Erwärmung hat zwei gegenteilige Effekte auf Permafrost-Böden wie die in Sibirien.

Permafrost-Böden in Tibet
Gefrorener Fluss und Permafrost-Böden in Tibet. – Foto: Claus Bünnagel / Pixelio

Das Auftauen der normalerweise dauerhaft gefrorenen Erdschichten verstärkt einerseits Zersetzungsprozesse im Boden, was zu höheren CO2-Emissionen führt. Anderseits nimmt wegen der höheren Temperaturen das Pflanzenwachstum zu, und das dabei aufgenommene CO2 wird letztlich im Boden gespeichert. Dieser – oft vernachlässigte – zweite Effekt kann den ersten aber auf Dauer nicht ausgleichen, wie eine jetzt veröffentlichte Studie von Wissenschaftlern des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung zeigt. Unter dem Strich steigen die Treibhausgas-Emissionen.

„Unsere Studie ist die erste, die bei der Computersimulation von Veränderungen in Permafrost-Böden auch die Rückkopplung mit der Pflanzenwelt einbezieht“, sagt Leit-Autorin Sibyll Schaphoff. „Wenn das große Tauen beginnt, wird entgegen anderen Studien zunächst zusätzlich CO2 aus der Luft aufgenommen, wie unsere Projektionen zeigen.“ Grund ist das rasch zunehmende Pflanzenwachstum. Der Vegetation nützen steigende Temperaturen im hohen Norden, und auch die Zunahme von CO2 in der Atmosphäre stimuliert die Pflanzen, ähnlich einem Dünger.

Doch nach einer Zeitverzögerung von einigen Jahrzehnten entlässt der langsam auftauende Permafrost-Boden den in ihm über Jahrtausende gespeicherten Kohlenstoff in die Atmosphäre. Dies kann durch das Planzenwachstum nicht ausgeglichen werden – CO2 wird freigesetzt, und als Treibhausgas trägt es zum weiteren Klimawandel bei. „Die Pflanzen werden uns also nicht davor bewahren, in diesen Teufelskreis einzusteigen“, sagt Schaphoff. „Aber immerhin verringern sie wahrscheinlich etwas die durch das Tauen der Permafrost-Böden zusätzlich entstehenden Emissionen.“

„Ein weiteres wichtiges Ergebnis ist, dass die Wirkung des Klimawandels von heute CO2 aus Permafrost-Böden über Jahrhunderte hinweg freisetzen wird – es zeigt sich ein beunruhigender ‚langer Schatten’ der heutigen Erwärmung bis in die ferne Zukunft hinein“, sagt Wolfgang Lucht, einer der beiden Leiter des PIK-Forschungsbereichs Erdsystemanalyse, auch er ist einer der Autoren des Artikels. „Unsere Studie kann erstmals genauer identifizieren, wieviel zusätzlicher Kohlenstoff von den Permafrost-Böden der Welt freigesetzt würde, wenn die Welt sich in den kommenden hundert Jahren um vier bis fünf Grad erwärmt, weil im business as usual der Treibhausgas-Ausstoß nicht sinkt – statt dass die Erwärmung auf zwei Grad begrenzt wird, das von der internationalen Staatengemeinschaft festgelegte Ziel, welches starkes Handeln erfordert.”

Obwohl durch den Klimawandel in den arktischen Regionen die Pflanzen viel stärker wachsen, „würde uns starker Klimaschutz 550 Milliarden Tonnen CO2-Emissionen ersparen, die von den Permafrostböden freigesetzt werden können“, so Lucht. Das entspreche rund 15 Jahren der heutigen Emissionen der Menschheit.

Originalpublikation:
Schaphoff, S., Heyder, U., Ostberg, S., Gerten, D., Heinke, J., Lucht., W. (2013): Contribution of permafrost soils to the global carbon budget. In: Environmental Research Letters [doi:10.1088/1748-9326/8/1/014026]

Kategorie: Allgemeines, Anpassung, Öffentlichkeit, Boden, Elemente, Forschung, Gruppen, Klimamodelle, Luft, Meteorologie, Prognosen, Tiere und Pflanzen, Veröffentlichungen, Wasser | Keine Kommentare »