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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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GEOMAR koordiniert Forschungsprogramm zur Bewertung großtechnischer Klimaregulierung

Freitag 26. April 2013 von birdfish

Schwefelpartikel in die Atmosphäre sprühen oder den Ozean mit Eisen düngen – aktuell werden zahlreiche großtechnische Maßnahmen zur künstlichen Klimaregulierung diskutiert.

climate engineering
Maßnahmen des Climate Engineering – Abb: Kiel Earth Institute

Ein neues Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft soll jetzt Risiken und Nebenwirkungen des sogenannten “Climate Engineering” untersuchen. Koordiniert wird das Programm am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.

Das Experiment hat längst begonnen. Seit Beginn der Industrialisierung vor rund 200 Jahren produziert die Menschheit riesige Mengen Kohlendioxid und lässt sie in die Luft entweichen. Damit startete sie – unbewusst, unkontrolliert und lange unerkannt – einen gigantischen Versuch mit der Erdatmosphäre. Mittlerweile kennen wir das Ergebnis: Der Gehalt an Kohlendioxid ist um mehr als ein Drittel angestiegen. Der natürliche Treibhauseffekt wird von dem zusätzlichen CO2 verstärkt, die durchschnittlichen Temperaturen auf der Erde steigen, das Klima ändert sich. Jetzt sind Wege gefragt, die Folgen dieses ungewollten Experiments zu begrenzen.

Der einfachste Weg wäre theoretisch, die Emissionen von Kohlendioxid schnell wieder zu verringern. Doch bei einer rasant wachsenden Weltbevölkerung und dem aktuellen Industrialisierungsschub in großen Schwellenländern erweist er sich in der Praxis als schwierig. Deshalb werden vermehrt großtechnische Maßnahmen in die Diskussion eingebracht. Sie sollen gezielt eingesetzt werden, um die atmosphärische CO2-Konzentration abzusenken oder die einfallende Sonnenstrahlung abzuschwächen. „Diese großtechnischen Maßnahmen fasst man unter dem Begriff „Climate Engineering“ zusammen“, erklärt Professor Andreas Oschlies vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. „Doch bislang gibt es weder verlässliche Informationen über die Potenziale dieser Maßnahmen, noch über Nebenwirkungen“, so Oschlies weiter.

Um in der Diskussion über das Climate Engineering eine wissenschaftlich belastbare Grundlage zu erhalten, hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) jetzt ein Schwerpunktprogramm mit dem Titel „Climate Engineering: Risks, Challenges, Opportunities?“ bewilligt. Professor Oschlies hatte es als Initiative des „Kiel Earth Institutes“ (KEI) mit Unterstützung des Kieler Exzellenzclusters „Ozean der Zukunft“ und einer Kerngruppe von 18 Wissenschaftlern von Universitäten und Instituten aus ganz Deutschland beantragt. Das Schwerpunktprogramm wird in den kommenden sechs Jahren in insgesamt acht Teilprojekten die erheblichen Unsicherheiten untersuchen, die mit den Ideen und Konzepten des Climate Engineering verbunden sind. Die DFG stellt dafür in der ersten dreijährigen Projektphase fünf Millionen Euro zur Verfügung. Davon entfallen 1,3 Millionen Euro auf das Kieler Koordinierungsbüro und zwei Teilprojekte, die das GEOMAR und das „Kiel Earth Institute“ zusammen mit dem Max-Planck-Institut für Meteorologie Hamburg, mit der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) durchführen.

Die beteiligten Wissenschaftler beschäftigen sich sowohl mit der naturwissenschaftlich-technischen Dimension als auch mit sozialen, politischen, rechtlichen und ethischen Aspekten der diskutierten Maßnahmen. „In allen bisher vorgeschlagenen Konzepten ist Climate Engineering immer so angelegt, dass es zumindest überregionale und oft auch zeitlich verzögerte Folgen hätte. Das macht eine Bewertung schwierig“, betont Professor Oschlies. Wer dürfte über einen Einsatz von Climate Engineering überhaupt entscheiden? Wer müsste bei welchen Nebenwirkungen haften? „Auch diese Fragen müssen untersucht werden. Gerade dieser Multidimensionalität wird in der internationalen Forschung derzeit nur sehr wenig Raum eingeräumt“, so Oschlies weiter. Das nun bewilligte DFG-Schwerpunktprogramm wird das Thema deshalb in einer international einmaligen fachlichen Breite ergebnisoffen betrachten. Damit soll eine Basis für eine sorgfältige Abwägung von möglichen Vor- und Nachteilen geschaffen werden.

Maßnahmen des Climate Engineering
Übersicht über verschiedene Climate Engineering Maßnahmen, die aktuell diskutiert werden. Welche Risiken und Nebenwirkungen sie beinhalten, ist noch zu wenig erforscht. Grafik: Kiel Earth Institute

Dies kann schon für die heutige internationale klimapolitische Diskussion wichtige Argumente liefern, in der einige Akteure mit dem Verweis auf Climate Engineering von CO2-Emissionsvermeidung ablenken. Schließlich soll eine umfassende wissenschaftliche Analyse der Risiken und (Neben)wirkungen von Climate Engineering die Grundlage für fundierte gesellschaftliche Entscheidungen über einen möglichen Einsatz von Climate Engineering bilden. Wichtig für die Wissenschaftler ist daher auch eine gut informierte Öffentlichkeit. Bereits im September 2011 wurde hierzu vom „Kiel Earth Institute“ ein Internetportal aufgebaut, das Nachrichten und Informationen zu Climate Engineering tagesaktuell zusammengeführt, um der Debatte mehr Transparenz zu verleihen. Das Portal wird auch für das Schwerpunktprogramm genutzt.

Informationen:

Webseite des DFG Schwerpunktprogramms
Informationsportal zum Climate Engineering
GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
Das Kiel Earth Institute
Der Kieler Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“

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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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Artensterben stört auch die unterirdischen Ökosysteme – Dichte und Diversität schwinden

Sonntag 14. April 2013 von birdfish

Bisher war der Einfluss einer artenreichen Pflanzenwelt auf das Leben im Boden umstritten.

Prof. Nico EisenhauerProf. Nico Eisenhauer, Uni Jena – Foto: Anne Günther/ FSU

Doch ein internationales Forscherteam um Prof. Nico Eisenhauer von der Universität Jena hat nun beobachtet, dass eine wenig artenreiche Pflanzenwelt die Vitalität und Produktivität des Bodens beeinträchtigt – auf steigende Kohlendioxid- oder Stickstoffkonzentrationen reagieren die Bodenorganismen hingegen kaum, schreiben die Forscher im Fachmagazin „PNAS“.

Wenn vom Klimawandel die Rede ist, dann geht es meistens um erhöhte Kohlendioxid- und Stickstoffgehalte. Denn beide verursachen weitreichende Umweltveränderungen: Die steigende Konzentration des Treibhausgases in der Atmosphäre verstärkt die Erwärmung der Erde; die zunehmende Freisetzung von Stickstoff durch Überdüngung hat vor allem Auswirkungen auf die Biodiversität, also die Vielfalt an Pflanzen- und Tierarten.

Bisher waren sich Wissenschaftler einig, dass das Artensterben die oberirdischen Ökosysteme empfindlich stört. Forscher um Prof. Dr. Nico Eisenhauer von der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben nun herausgefunden, dass bei einem Rückgang an Pflanzenarten auch die Dichte und die Diversität des unterirdischen Lebens schwindet. Das Erstaunliche ist: Die Bodenorganismen reagieren auf Veränderungen der Pflanzenvielfalt, jedoch kaum auf steigende Kohlendioxid- und Stickstoffkonzentrationen.

Für ihre Studie haben die Wissenschaftler Bodenproben von über 200 Versuchsflächen des BioCON-Experiments im US-Bundesstaat Minnesota untersucht. Bereits in den 1990er Jahren haben dort Forscher mehrere zwei mal zwei Meter große Parzellen angelegt und darauf Pflanzengemeinschaften mit einer, vier oder neun Gras- und Kräuterarten angesät. Einige der Versuchsflächen haben die Forscher zudem mit Kohlendioxid und Stickstoff „gedüngt“.

Nico Eisenhauer und seine Kollegen haben für die jetzt veröffentlichte Studie vor allem das Leben im Boden näher unter die Lupe genommen. „Viele der Lebewesen im Boden sind winzig und mit bloßem Auge nicht zu erkennen, doch sie steuern wichtige Ökosystemprozesse, etwa den Abbau von Schadstoffen oder die Zersetzung des organischen Materials“, erklärt Prof. Eisenhauer. Er und sein Team haben nun entdeckt, dass Umweltveränderungen über der Erde die Vitalität und Produktivität des Bodens beeinflussen: „Bei geringer Pflanzendiversität stehen die Organismen unter stärkerem Stress und auch die Dichte und die Diversität der Bodenorganismen nehmen deutlich ab“, erläutert Eisenhauer. Hingegen reagieren die Bodenorganismen nur geringfügig auf erhöhte Kohlendioxid- oder Stickstoffkonzentrationen.

Bisher war der Einfluss der Pflanzendiversität auf das Leben im Boden umstritten; frühere Studien berichten nur von einem schwachen Effekt. „Der entscheidende Unterschied ist, dass die meisten Experimente nicht länger als drei Jahre liefen, das BioCON-Experiment hingegen schon seit etwa fünfzehn Jahren“, betont Prof. Eisenhauer, der Erstautor der neuen Publikation ist. Bis sich im Boden repräsentative Lebensgemeinschaften bilden, dauere es einige Jahre. „Der Effekt einer artenreichen Pflanzenwelt auf die Bodenorganismen tritt daher erst nach längerer Versuchszeit auf“, so der Jenaer Ökologe.

Die dahintersteckenden Mechanismen und Prozesse können die Forscher noch nicht vollständig entschlüsseln. Deswegen wollen Nico Eisenhauer und seine Kollegen nun ihre Ergebnisse mit anderen Langzeitexperimenten – wie etwa dem Jena-Experiment – vergleichen. Zudem wollen die Wissenschaftler auf diese Weise prüfen, ob die Beobachtungen in Minnesota nur für die dortigen Gegebenheiten gelten oder ob sich ein generelles Muster offenbart.

Die Studie macht jedoch bereits jetzt deutlich: Nicht nur Kohlendioxid und Stickstoff sind wichtige Umweltfaktoren und verdienen die öffentliche Aufmerksamkeit. Nico Eisenhauer ist überzeugt: „Die Bedeutung einer artenreichen Pflanzenwelt ist nicht zu unterschätzen und muss noch stärker in den politischen Fokus rücken“, so der Wissenschaftler von der Universität Jena.

Originalpublikation:
Eisenhauer N et al.: Plant diversity effects on soil food webs are stronger than those of elevated CO2 and N deposition in a long-term grassland experiment. PNAS 2013, DOI: 10.1073/pnas.1217382110

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Großes Forschungsprojekt will Westafrikas Ernährungssicherheit langfristig sichern

Donnerstag 11. April 2013 von birdfish

Der Klimawandel stellt in Westafrika eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts dar.

WASCAL-MessstationAufbau einer WASCAL-Messstation zur Erhebung von Klimadaten in Ghana. Foto: WASCAL

Daher stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) 16 Millionen Euro für die weitere Förderung der internationalen Klimaforschungsinitiative am West African Science Service Center on Climate Change and Adapted Land Use WASCAL zur Verfügung. WASCAL erforscht die Folgen des Klimawandels für die Land- und Wassernutzung, um Strategien gegen klimabedingte Risiken zu entwickeln.

Koordiniert wird das WASCAL-Programm am Zentrum für Entwicklungsforschung (ZEF) der Universität Bonn. „Wir wollen WASCAL helfen, staatenübergreifende Expertise zu bündeln und eine Forschungsinfrastruktur aufzubauen, die den westafrikanischen Staaten ermöglicht, langfristig Ernährungssicherheit für die Bevölkerung zu schaffen und ökologische Ressourcen zu schonen“, erklärt Dr. Manfred Denich, WASCAL-Koordinator am ZEF. Um wirksame Schutzmaßnahmen gegen klimabedingte Risiken in Westafrika zu entwickeln, geht WASCAL mehrere Wege: Seit 2012 wird ein Kompetenzzentrum in Ouagadougou (Burkina Faso) aufgebaut.

Ausbildung regionaler Klimaexperten
Von hier aus werden regionale Forschungsaktivitäten koordiniert und Daten gesammelt. Es dient regionalen Politikern, Praktikern und Experten als Ansprechpartner für Klimafragen. Eine weitere Maßnahme ist die Ausbildung regionaler Klimaexperten. Dazu wurde ein umfassendes Graduiertenprogramm ins Leben gerufen und innerhalb von zwei Jahren konnten bereits sechs Doktorandenprogramme und zwei Masterprogramme an regionalen Universitäten etabliert werden. Die Zahl der WASCAL-Studenten liegt derzeit bei über 110. Zwei weitere Masterprogramme starten im Oktober 2013.

Doktorand möchte Folgen des Klimawandels mildern
Stephen A. Adaawen, WASCAL-Doktorand aus Ghana und derzeit am ZEF, beobachtet die Folgen des Klimawandels in seiner Heimat. Seit seiner Kindheit in Nordghana verschieben sich die Regenzeiten und es wird heißer. Die Bevölkerung lebt größtenteils von der Landwirtschaft und ist vom Klima abhängig. „Mit meiner Forschung möchte ich einen Beitrag zur Lösung der Folgen des Klimawandels leisten, von denen mein Land und meine Familie direkt betroffen sind“, betont Adaawen.

Zehn westafrikanische Staaten sind an WASCAL beteiligt
WASCAL wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in Partnerschaft mit den Regierungen und Ministerien der beteiligten Mitgliedsländer initiiert und wird vom BMBF insgesamt mit 50 Millionen Euro gefördert. An WASCAL sind zehn westafrikanische Staaten beteiligt: Benin, Burkina Faso, Gambia, Ghana, Elfenbeinküste, Mali, Niger, Nigeria, Senegal und Togo. Die Koordination des Projektes liegt beim Zentrum für Entwicklungsforschung (ZEF) der Universität Bonn. 2010 startete die Planungs- und 2012 die Umsetzungsphase. Neben den westafrikanischen Partnern sind Forschungseinrichtungen aus ganz Deutschland beteiligt.

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EU-Grünbuch für Klimaziele 2030 zu schwach Deutschland muss Energiewende europäisieren

Mittwoch 3. April 2013 von birdfish

Der Deutsche Naturschutzring (DNR) begrüßte den Vorschlag der EU-Kommission zur Klima- und Energiepolitik nach 2020.

Energiewende auch EU-weit vorantreiben
Energiewende auch EU-weit vorantreiben – Foto: Dagmar Struß

Die Ziele von 40 Prozent Treibhausgasreduktionen und 30 Prozent erneuerbaren Energien sind aus Sicht des Dachverbands jedoch bei Weitem zu schwach. „Der Weltklimarat hat klar darauf hingewiesen, dass Industrieländer ihre Emissionen schon bis 2020 um bis zu 40 Prozent senken müssen, um die Klimaerwärmung einzudämmen. Es kann nicht sein, dass Europa dieses Ziel erst zehn Jahre später erreicht“, kritisierte Hartmut Vogtmann, Präsident des Deutschen Naturschutzrings.

Aus Sicht des Deutschen Naturschutzrings könnte Europa seine Treibhausgase bis 2030 schon um 55 Prozent reduzieren, wenn es auf Energieeffizienz und erneuerbaren Energien setzt. „Die Kommission vernachlässigt, dass Effizienz mehr als die Hälfte der CO2-Reduktionen stemmen kann, und noch dazu die Kosten der Energiewende bremst. Der Vorschlag einiger Länder, nur noch ein Ziel für Treibhausgase zu vereinbaren, wäre Wahnsinn. Das würde bedeuten, dass wir in Europa Atomkraft fördern, bei erneuerbaren Energien und Energieeffizienz aber Stillstand hätten“, warnte Vogtmann. „Die Bundesregierung hat sich bei der Energiewende auf den Atomausstieg und ehrgeizige Klimaziele festgelegt. Dies muss nun auch in Europa vorangetrieben werden.“

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Studie: Treibhausgase im Verkehrssektor bis 2050 um 60 Prozent senken können

Mittwoch 27. März 2013 von birdfish

Das europäische Weissbuch für den Verkehr gibt als Ziel bis 2050 eine Reduktion der Treibhausgase um mindestens 60 Prozent gegenüber 1990 vor.

LKW belasten Straßen mehr als andere Fahrzeuge
Bei LKWs durch Effizienztechnologien bis 2025 bis zu 40 Prozent einsparen – Foto: Erika Hartmann / Pixelio

Diese Reduktion kann auch tatsächlich erreicht werden, wie das vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI koordinierte europäische Forschungsprojekt GHG-TransPoRD aufzeigt. Notwendig ist dafür eine Kombination aus technischen Verbesserungen und geändertem Verhalten, die beide durch Anreize in Form von preispolitischen Instrumenten unter Berücksichtigung von sozial- und haushaltspolitischen Rahmenbedingungen erreicht werden könnten.

Im Straßenverkehr können laut Studie die größten Mengen an Treibhausgasen eingespart und auch am schnellsten erzielt werden. Dies gilt insbesondere für den Bereich der PKW und leichten Nutzfahrzeuge. Durch den Einsatz zahlreicher, bereits heute verfügbarer Technologien würden sich für den Verbraucher zwar leicht höhere Fahrzeugpreise ergeben, aber durch den sinkenden Verbrauch kann auf Dauer sogar Geld gespart werden.

Die wichtigste Maßnahme zur Realisierung dieser Einsparungen ist die ambitionierte Setzung von CO2-Flottengrenzwerten für Neuwagen. Wichtig dabei ist vor allem, die richtige Balance zwischen Fortschritten bei der Effizienz fossil betriebener Fahrzeuge und dem Umstieg auf alternative Energieträger wie Strom und Wasserstoff aus Erneuerbaren Energien zu wahren. Obwohl die Automobilindustrie über die größten Forschungsbudgets in Europa verfügt, können nicht auf beiden Gebieten gleichzeitig die vollen Potenziale ausgeschöpft werden. Kurzfristig ist daher aus Klimaschutzsicht der Fokus auf Effizienztechnologien zu legen, ohne die Reifung und Markteinführung von alternativen Antrieben zu vernachlässigen. Für Dr. Wolfgang Schade, Projektleiter am Fraunhofer ISI, steht fest, „um 2030 dürfte die Verbesserung der Effizienz für fossil betriebene PKW ausgereizt sein. Spätestens dann müssen die alternativen Antriebe einen zuverlässigen und bezahlbaren Ersatz bieten. Dafür müssen sie aber bereits zehn bis 15 Jahre früher in den Markt eingeführt werden, um ihre Kosten zu senken und den Verbraucher damit allmählich vertraut zu machen“.

Die wichtigste Maßnahme zur Realisierung dieser Einsparungen ist die ambitionierte Setzung von CO2-Flottengrenzwerten für Neuwagen. Unter Anrechnung von Elektromobilen mit Null-Emission sind für 2020 Ziele von 70 bis 90 gCO2/km erreichbar. „Damit stellt die europäische Zielsetzung für PKW von 95 gCO2/km für 2020 eine realistische Zielsetzung dar, wie uns auch während unserer Workshops von den Akteuren bestätigt wurde“, so Dr. Wolfgang Schade.

Auch im LKW-Bereich sind durch Effizienztechnologien bis 2025 bis zu 40 Prozent Einsparungen zu erzielen, ergab die Studie. Die übrigen Verkehrsträger Luft, Wasser und Schiene weisen alle lange Erneuerungszyklen ihrer Flotten auf, so das kurz- bis mittelfristig vor allem operative Maßnahmen relevante Einsparungen leisten können. So dürfte beispielsweise für den Luftverkehr mittel- bis langfristig die verbreitete Einführung von nachhaltig erzeugtem Bio-Kerosin den größten Beitrag liefern. Die Entwicklung des Bio-Kerosins erfordert aber Unterstützung seitens des Staates für Forschungs- und Entwicklungsmaßnahmen (FuE). Ansonsten sollte für den Luftverkehr der Grundstein politisch vorbereitet werden, um marktwirtschaftliche Instrumente wie etwa Energiesteuern einzuführen beziehungsweise die Wettbewerbsnachteile anderer Verkehrsträger durch eine Erhebung der Mehrwertsteuer auf internationale Flüge auszugleichen.

Im Schiffsverkehr stellt kurzfristig die Absenkung der Fahrgeschwindigkeit die effektivste Einsparmaßnahme dar. Mittel- und langfristig sind auch hier FuE-Förderungen hinsichtlich schrittweiser Verbesserungen am Antrieb und bei der Einführung Erneuerbarer Energien wie Wind notwendig sowie zur Einleitung von Technologiesprüngen durch neue Designs der Schiffshüllen und -strukturen.

Der Bahnverkehr muss in die Lage versetzt werden, zusätzlichen Verkehr aufzunehmen. Im Güterverkehr bedeutet dies eine Erweiterung der Infrastrukturen durch weitere Gleisanschlüsse und Umschlagterminals sowie spezielle Gütergleise zur Beseitigung von Engpässen und Konfliktstellen mit dem Personenverkehr.

Zur Erreichung des Klimaschutzzieles von 60 Prozent weniger Treibhausgasemission im Verkehr bis 2050 im Vergleich zu 1990 können neue Technologien ungefähr einen Beitrag von 60 Prozent leisten. Änderungen im Verhalten der Verbraucher durch neue Mobilitätskonzepte oder Nutzung von effizienteren Verkehrsmitteln würden 40 Prozent ausmachen. Vor diesem Hintergrund kann der Verkehr gegenüber 2010 bis 2020 eine Treibhausgasreduktion von zehn bis 20 Prozent erzielen, bis 2030 eine Reduktion von 40 bis 50 Prozent und bis 2050 von 70 bis 90 Prozent. Voraussetzung ist dabei aber, dass im Jahr 2050 die Elektrizitätserzeugung zu mindestens 80 Prozent auf Erneuerbare Energien umgestellt ist.

Hier die komplette Studie (PDF, engl.)

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