KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Klimawandel: kalkbildende Einzeller sind Profiteure der steigenden Temperaturen

Mittwoch 13. Februar 2013 von birdfish

Das Klima wird wärmer und der Meeresspiegel steigt – eine Bedrohung für Inselstaaten.

SternchensandeSternchensande: Foraminiferensande vom Großen Barrier-Riff – Foto: Martin Langer / Uni Bonn

Wie Forscher unter Federführung der Universität Bonn herausgefunden haben, breiten sich gleichzeitig winzige einzellige Organismen in den Weltmeeren rasant aus, die die Folgen des Klimawandels mildern können: Mit ihren Kalkschalen stabilisieren die zu den Foraminiferen gehörenden Amphisteginen Küsten und Riffe. Die Ergebnisse sind in der internationalen Online-Fachzeitschrift „PLOS ONE“ erschienen.

Manche sehen aus wie kleine Sternchen, andere ähneln löchrigem Käse, wieder andere erinnern an winzige Muscheln: Die zu den Foraminiferen zählenden Amphisteginen sind extrem häufig und außerordentlich formenreich. Die meisten der rund 10.000 Foraminiferenarten leben auf dem Meeresboden in den Tropen und Subtropen, sind von einer Kalkschale umgeben und werden nicht einmal so groß wie ein Sandkorn. Trotzdem sind die Winzlinge zu enormen Leistungen fähig: „Foraminiferen sind Ökosystem-Ingenieure“, sagt Prof. Dr. Martin Langer vom Steinmann-Institut für Geologie, Mineralogie und Paläontologie der Universität Bonn. „Die Einzeller produzieren pro Jahr mit ihren Schalen bis zu zwei Kilogramm Kalk pro Quadratmeter Meeresboden und sind, nach den Korallen, die wichtigsten Sedimentproduzenten in tropischen Riffregionen.“

Rund 9.000 Kilometer entlang der Küste

Die Wissenschaftler der Universität Bonn untersuchten mit ihren Kollegen des Zoologischen Forschungsmuseums Alexander Koenig, der Universität Trier und der Woods Hole Oceanographic Institution (USA) die Verbreitung der winzigen Einzeller. Prof. Langer erfasste in den letzten Jahren die Verbreitung der Amphisteginen entlang der rund 9.000 Kilometer langen Küstenlinie vor Somalia, Kenia, Tansania, Mosambik, Südafrika, Namibia und Angola. „Das Vorkommen der Amphisteginen hängt entscheidend von der Temperatur sowie dem Salz- und Nährstoffgehalt der Ozeane ab“, sagt der Mikropaläontologe. So brauchen die Einzeller Wassertemperaturen von mindestens 14 Grad Celsius.

Bis 2100 breiten sich die Einzeller fast 300 Kilometer polwärts aus

Mit den Daten aus den Geländeuntersuchungen entwickelten die Forscher ein Artverbreitungsmodell, das berechnet, wo die Amphisteginen unter bestimmten Umweltbedingungen vorkommen. Mithilfe von Klimamodellen prognostizierten die Wissenschaftler anschließend die künftige Verbreitung der kalkschaligen Einzeller. „Die Amphisteginen zählen zu den Profiteuren der steigenden Temperaturen durch den Klimawandel“, fasst Prof. Langer zusammen. Bis zum Jahr 2050 breiten sich die Kalk-Einzeller durch die erwärmten Ozeane nach den Modellen um 180 Kilometer polwärts aus – das entspricht etwa 1,6 Breitengrade. Bis zum Jahr 2100 erhöht sich die durchschnittliche Temperatur in den Ozeanen vorsichtig geschätzt um rund 2,5 Grad Celsius. Dementsprechend dringen die Amphisteginen fast 300 Kilometer – rund 2,5 Breitengrade – weiter in Richtung der Pole vor.

Versauerung der Meere: „Survival of the Fittest“

„Unsere Modelle prognostizieren Ausbreitungsgeschwindigkeiten von bis zu acht Kilometer pro Jahr“, sagt die Doktorandin Anna Weinmann vom Steinmann-Institut der Universität Bonn. Korallen können ähnlich rasant in neue Bereiche vordringen. Allerdings macht ihnen die mit dem höheren Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre einhergehende Ozeanversauerung zu schaffen. Das Skelett der Korallen besteht aus Aragonit und ist damit viel säureempfindlicher als die Kalzitschale der Foraminiferen. „Amphisteginen und andere Foraminiferen übernehmen zunehmend die Kalkproduktion der Korallen und besetzen deren ökologische Nische. Ein Rollentausch vollzieht sich“, berichtet Prof. Langer.

Kalkproduzenten stabilisieren die Küsten und Riffe

Auf diese Weise werden in Zukunft Massenvorkommen von Foraminiferen den tropischen Meeresgrund prägen. Dafür gibt es auch zahlreiche Belege aus der Vergangenheit, zumal die Kalk-Einzeller die Ozeane bereits seit rund 600 Millionen Jahren besiedeln. „Der Fossilbericht zeigt: Immer wenn in der Erdgeschichte der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre erheblich höher und die Ozeane deutlich wärmer waren, sind Foraminiferen die häufigsten Kalkproduzenten in den Riffen gewesen“, sagt der Mikropaläontologe. Die winzigen Kalk-Einzeller können damit absehbar auch einen Teil der Schäden durch den Klimawandel wieder wettmachen. Bereits heute klagen Inselstaaten über den ansteigenden Meeresspiegel und zunehmende Schäden an ihren Küsten. Prof. Langer: „Amphisteginen und andere Foraminiferen werden sich in den nächsten Jahrzehnten rasch ausbreiten und die Küsten und Riffe durch ihre hohe Kalkproduktion stabilisieren.“

Originalpublikation:

Climate-Driven Range Extension of Amphistegina (Protista, Foraminiferida): Models of Current and Predicted Future Ranges, PLOS ONE, DOI: 10.1371/journal.pone.0054443

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

SOPRAN

Mittwoch 13. Februar 2013 von birdfish

Die Abkürzung SOPRAN steht für „Surface Ocean Processes in the Anthropocene“.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF finanziert. Phase I lief von November 2007 bis Januar 2010, Phase II von Februar 2010 bis Januar 2013. Die dritte Phase wird bis Januar 2016 mit 6 Mio. Euro finanziert. Neben dem GEOMAR sind das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, die Universität Hamburg, die Universität Bremen, die Universität Heidelberg, das Institut für Ostseeforschung Warnemünde, das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung Leipzig, sowie das Max-Planck-Institut für Chemie Mainz beteiligt.

SOPRAN ist gleichzeitig der deutsche Beitrag zum internationalen SOLAS (Surface Ocean Lower Atmosphere Study) Programm, in dem sich 31 Nationen zusammengeschlossen haben, um die Prozesse am Übergang von Atmosphäre zum Ozean besser zu verstehen. Das internationale SOLAS-Büro ist ebenfalls am GEOMAR in Kiel angesiedelt.


Das Wechselspiel zwischen Ozean und Atmosphäre ist äußerst komplex. Ständig werden Gase zwischen Luft und Wasser ausgetauscht, außerdem tragen Winde Staub bis weit auf den offenen Ozean hinaus. Beide Prozesse beeinflussen das globale Klima, aber auch die Lebensumstände der Organismen an Ort und Stelle. Seit sechs Jahren untersucht das am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel koordinierte Programm SOPRAN diese Prozesse. Für eine abschließende, dreijährige Projektphase bewilligte das Bundesministerium für Bildung und Forschung 6 Millionen Euro. Qualmende Fabrikschlote, rauchende Kraftwerkschornsteine, Abgase von Schiffen, Autos und LKW – noch immer entlässt die Menschheit gigantische Mengen an Kohlendioxid und anderer Treibhausgase in die Atmosphäre. Dort sorgen sie bekanntlich für einen Anstieg der durchschnittlichen Temperaturen. Doch nicht alle Gase bleiben in der Atmosphäre. Vom Kohlendioxid nehmen die Ozeane beispielsweise bis zu ein Drittel aus der Atmosphäre auf. Das ist einerseits gut. So bremsen die Ozeane den Temperaturanstieg in der Atmosphäre. Anderseits ist der Prozess auch bedenklich. Denn er verändert die Umweltbedingungen in den Meeren. Damit kommen einige Organismen besser, andere schlechter zurecht. Und möglicherweise führen diese Änderungen sogar dazu, dass die Ozeane nicht nur Gase aufnehmen, sondern ihrerseits mehr klimarelevante Gase wie Lachgas und halogenierte Kohlenwasserstoffe an die Atmosphäre abgeben.

„Wir müssen das komplexe Wechselspiel zwischen Atmosphäre und Ozean mit all seinen biologischen, physikalischen und chemischen Komponenten verstehen, wenn wir die weitere Klimaentwicklung unseres Planeten abschätzen wollen“, sagt der Meereschemiker PD Dr. Hermann Bange vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Er koordiniert das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanzierte Verbundprojekt SOPRAN, dass sich seit 2007 auf breiter fachlicher Basis intensiv mit dem Wechselspiel zwischen Ozean und Atmosphäre beschäftigt. Jetzt startet es in seine dritte und abschließende Phase. Dafür hat das BMBF bis 2016 sechs Millionen Euro bewilligt. 2,8 Millionen davon entfallen auf das GEOMAR als koordinierende wissenschaftliche Einrichtung.

Chemiker, Biologen, Physiker und Meteorologen beschäftigen sich unter dem Dach von SOPRAN unter anderem damit, wie eine veränderte Zusammensetzung der Atmosphäre, zum Beispiel eine erhöhte CO2- oder Staubkonzentration, das Ökosystem des Ozeans nahe der Wasseroberfläche verändert. Andere SOPRAN Teilprojekte gehen der Frage nach, wie vom Klima veränderte Rahmenbedingungen den Ausstoß von klimarelevanten Spurengasen vom Ozean in die Atmosphäre beeinflussen. Dazu soll auch ganz allgemein geklärt werden, wie die Mechanismen des Stoffaustausches generell funktionieren und wie groß die Raten sind.

Um diese Fragen zu beantworten, setzen die Forscher im Rahmen von SOPRAN ein breites Spektrum von Methoden und Techniken ein. Auf Schiffsexpeditionen und mit autonomen Messplattformen wurden Daten und Proben aus dem tropischen Atlantik und aus dem Pazifik gewonnen. Im tropischen Atlantik können die Wissenschaftler außerdem auf die Langzeitmessreihen des Cape Verde Ocean Observatory (CVOO) und das Cape Verde Atmospheric Observatory (CVAO) auf den Kapverdischen Inseln zurückgreifen.

Auch in kälteren Gewässern waren SOPRAN-Forscher aktiv. Mit der Kieler Mesokosmen-Versuchsanlage haben sie vor der Küste Norwegens und Finnlands untersucht, wie höhere CO2-Werte die Abgabe von klimarelevanten Spurengasen beeinflussen. Modellversuche im Aeolotron, einer einzigartigen Wind-Wellen-Anlage an der Universität Heidelberg, ergänzen die Messungen des Gasaustausches im offenen Ozean. Alle Ergebnisse zusammen fließen in Computermodelle ein, die einen Blick auf die globalen Zusammenhänge ermöglichen.

„In der jetzt beginnenden dritten Projektphase geht es vor allem darum, die gewonnenen Erkenntnisse zusammenzuführen und zu publizieren“, sagt Dr. Bange. Um das Gesamtbild abzurunden, werden aber auch neue Expeditionen und Großversuche durchgeführt. So ist für 2014 eine Versuchsreihe mit den Kieler Mesokosmen vor den Kanarischen Inseln geplant. „Damit erhalten wir Vergleichstudien zu den bisherigen Versuchen in kälteren Gewässern“, ergänzt der Projektkoordinator.

Schon jetzt ist klar, dass SOPRAN viele alte Vorstellungen korrigiert hat. „Die Bedeutung von Oberflächenfilmen für den Stoffaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre wurde beispielsweise bisher stark unterschätzt“, erklärt Dr. Bange. Außerdem haben SOPRAN-Forscher sauerstoffreie Wirbel im Atlantik gefunden, mit denen niemand gerechnet hatte. Dr. Bange ist sich sicher: „Dank SOPRAN werden wir zukünftige Entwicklungen des Zusammenspiels zwischen Atmosphäre und Ozean viel präziser abschätzen können.“

AWI-Presse vom 5.02.2013

Kategorie: | Keine Kommentare »

Neue Eiskern-Studie: Grönlands Eisschild schrumpfte während Warmzeit nur minimal

Freitag 25. Januar 2013 von birdfish

Einem internationalen Forscherteam ist es zum ersten Mal gelungen, die Schichtung des grönländischen Eisschildes aus der zurückliegenden Eem-Warmzeit (130 000 bis 115 000 Jahre vor heute) vollständig zu rekonstruieren.

NEEM-Bohrcamp NEEM-Bohrcamp auf grönländischem Inlandeis – Foto: Lars Moeller / AWI

Mithilfe dieser Eisdaten können die Wissenschaftler jetzt sagen, wie warm es damals in Grönland wurde und wie der Eispanzer auf die Klimaveränderungen reagierte. Das überraschende Fazit ihrer Studie, die heute im Fachmagazin Nature erscheint: Bei Lufttemperaturen, die bis zu acht Grad Celsius höher waren als im 21. Jahrhundert, schrumpften die Eismassen im Vergleich zu heute weitaus weniger als vermutet. Der grönländische Eisschild hatte demzufolge auch einen viel kleineren Anteil am damaligen Anstieg des Meeresspiegels als bisher angenommen. Sollte der aktuelle Temperaturanstieg in Grönland anhalten, gelten die Reaktionen des Eisschildes im Zuge der Eem-Warmzeit als ein mögliches Zukunftsszenario für die Eismassen der Insel.

In einer grönländischen Sage heißt es, Erik, der Wikinger sei bei seinem ersten Landgang auf der Insel so beeindruckt gewesen von der fruchtbaren Fjordlandschaft, dass er dem Eiland den Namen „Grönland“ (übersetzt „grünes Land“) gab. Je nachdem, wie weit der Wikinger im Jahr 982 jedoch in das Landesinnere vorgestoßen sein mag, dürfte er auch die Ausläufer des grönländisches Eispanzers entdeckt haben. Denn wie ein internationales Forscherteam nun herausgefunden hat, war Grönland weder zu Eriks Lebzeiten noch rund 125.000 Jahre früher, zum Höhepunkt der zurückliegenden Eem-Warmzeit, eisfrei. Im Gegenteil: Der Eispanzer hatte seit dem Hochstand der dem Eem vorangegangenen Kaltzeit etwa 400 Meter an Mächtigkeit verloren und war am Ende der Wärmeperiode vor 130.000 bis 115.000 Jahren etwa 130 Meter niedriger als heute. Sein Volumen war im gleichen Zeitraum um maximal ein Viertel geschrumpft.

Zu diesem Ergebnis kommen die Wissenschaftler aus 14 Nationen, nachdem sie den unteren Teil eines 2540 Meter langen Eisbohrkernes aus Nordgrönland untersucht haben und erstmals seine in der Tiefe durcheinandergebrachte Schichtung rekonstruieren konnten. „Wir wussten, dass das Eis aus einer Tiefe von 2200 bis 2450 Meter aus der Eem-Warmzeit stammte. Die Herausforderung war jedoch, in diesem Eis ‚zu lesen’. Denn im Gegensatz zu dem darüber liegenden jüngeren Eiszeit-Eis, dessen einzelne Jahresschichten wie Tortenböden übereinanderliegen, hatten sich die einzelnen Schichten des Eem-Eises und die Schichten aus dem Übergang in die letzte Eiszeit wie eine zusammengeschobene Tischdecke mit aufliegender Serviette ineinander gefaltet“, erzählt die am Projekt beteiligte Expertin für Eisdeformation und Mikrostrukturen Dr. Ilka Weikusat vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.

Um Ordnung und somit eine zeitliche Abfolge in dieses Schichtchaos zu bringen, haben die Wissenschaftler den grönländischen Eispanzer mit Radiowellen vermessen, die physikalischen Eigenschaften des Eiskerns untersucht, die Wasser- und Sauerstoff-Isotopenzahl bestimmt, überprüft, wie viel Methan die im Eis eingeschlossene Luft enthielt und all diese Werte am Ende mit Eem-Daten aus der Antarktis und anderen Orten der Welt verglichen. Im Anschluss daran konnten sie dann ihre eigentlichen Fragen nach den Temperatur- und Eisbedingungen auf Grönland während der Eem-Warmzeit beantworten.

„Unsere Daten zeigen, dass es während der Eem-Warmzeit in Nordgrönland bis zu acht Grad Celsius wärmer war als heute“, sagt Projektleiterin Prof. Dorthe Dahl-Jensen von der Universität Kopenhagen. Dass der grönländische Eispanzer auf diesen Temperaturanstieg nicht so empfindlich reagiert habe, wie bisher gedacht, sei die gute Nachricht der Studie.
Eine schlechte Nachricht gibt es allerdings auch: „Wenn der grönländische Eisschild damals nicht vollständig verschwunden ist, bedeutet dies im Umkehrschluss, dass die Eismassen der Antarktis hauptverantwortlich dafür waren, dass der Meeresspiegel während des Eems vier bis acht Meter höher war als heute“, sagt Dorthe Dahl-Jensen.

Und noch etwas gibt der Projektleiterin zu denken: Während der Eem-Warmzeit ist der Schnee an der Gletscheroberfläche immer wieder erheblich geschmolzen und das Schmelzwasser in die darunterliegenden Schneeschichten gesickert. Dafür sprechen Schichten aus wiedergefrorenem Schmelzwasser, welche die Forscher im Eiskern gefunden haben.

Ein ähnlich großes Schmelzereignis hatten Dorthe Dahl-Jensen und ihr NEEM-Team (NEEM = North Greenland Eemian Ice Drilling Project) bei ihren letzten Bohrungen im Sommer des vergangenen Jahres beobachtet. „Die warmen Oberflächentemperaturen des Sommers 2012 haben uns wirklich überrascht. Es hat geregnet und wie damals im Eem ist das Schmelzwasser versickert und in der Tiefe wieder gefroren“, erzählt Dorthe Dahl-Jensen. Ihrer Meinung nach war der vergangene Sommer ein Extremereignis. Dennoch steige mit der vorhergesagten Erwärmung Grönlands die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein solches Ereignis in den kommenden 50 bis 100 Jahren wiederhole und das Klima eem-ähnliche Züge annähme.

Die neu gewonnenen Eis- und Temperaturdaten für Grönland sollen jetzt in Klimamodelle einfließen und deren Vorhersagegenauigkeit weiter verbessern. „Diese neuen Erkenntnisse sind wirklich aufregend. Sie widerlegen nicht nur alle Schreckensszenarien, denen zufolge der grönländische Eispanzer im Zuge einer Warmzeit im Nu verschwindet. Sie bestätigen zudem Modellrechnungen, die schon vor über einem Jahrzehnt am Alfred-Wegener-Institut gemacht wurden“, sagt Prof. Heinrich Miller, Mitautor der Studie und Helmholtz-Professor für Glaziologie am Alfred-Wegener-Institut.

Beteiligung von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Institutes
Experten des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), waren in allen Abschnitten des NEEM-Projektes beteiligt. Sie haben an den geophysikalischen und glaziologischen Vorerkundungen der Bohrstelle mitgewirkt, haben mit den Forschungsflugzeugen POLAR 5 und 6 logistische Unterstützung auf Grönland geleistet, die Bohrtechnik mitentwickelt sowie beim Bohren und der ersten Verarbeitung der Eisbohrkerne geholfen. Anschließend war ihre Expertise bei den Staub- und Aerosolmessungen sowie bei der Isotopenanalyse gefragt. Im grönländischen Bohrcamp sowie im AWI-Eislabor in Bremerhaven haben AWI-Glaziologen zudem die physikalischen Eigenschaften des Bohrkernes untersucht und ausgewertet.

Das NEEM-Projekt

Kategorie: Allgemeines, Öffentlichkeit, Boden, Elemente, Forschung, Gruppen, Klimamodelle, Meteorologie, Prognosen, Veröffentlichungen, Wasser | Keine Kommentare »

NEEM-Projekt

Freitag 25. Januar 2013 von birdfish

Das North Greenland Eemian Ice Drilling Project (NEEM) ist ein internationales Eiskern-Forschungsprojekt, an dem Wissenschaftler aus 14 Nationen mitarbeiten.

NEEM-Bohrcamp NEEM-Bohrcamp auf grönländischem Inlandeis – Foto: Lars Moeller / AWI

Ziel dieses Projektes war es, in Nord-West-Grönland (Camp-Koordinaten: 77.45° N 51.06 °W) so tief in das grönländische Inlandeis zu bohren, dass Eisschichten aus der letzten Warmzeit, dem Eem, erreicht werden. In gerade einmal zwei Sommern gelang es dem Forscherteam, mit ihrem Eiskernbohrer bis in eine Tiefe von 2500 Meter – also bis zur Unterseite des Eispanzers – vorzustoßen. Dabei bargen sie die ersten vollständigen Proben von Eis, das sich in der letzten zurückliegenden Warmzeit, dem Eem, gebildet hatte. Es enthält Informationen über die damalige Durchschnittstemperatur, die Niederschlagsmenge und den Gehalt von Treibhausgasen in der Atmosphäre. Diese Daten sollen helfen, die gegenwärtigen und zukünftigen Klimaentwicklungen zu verstehen und bessere Vorhersagen treffen zu können.

Experten des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), waren in allen Abschnitten des NEEM-Projektes beteiligt. Sie haben an den geophysikalischen und glaziologischen Vorerkundungen der Bohrstelle mitgewirkt, haben mit den Forschungsflugzeugen POLAR 5 und 6 logistische Unterstützung auf Grönland geleistet, die Bohrtechnik mitentwickelt sowie beim Bohren und der ersten Verarbeitung der Eisbohrkerne geholfen. Anschließend war ihre Expertise bei den Staub- und Aerosolmessungen sowie bei der Isotopenanalyse gefragt. Im grönländischen Bohrcamp sowie im AWI-Eislabor in Bremerhaven haben AWI-Glaziologen zudem die physikalischen Eigenschaften des Bohrkernes untersucht und ausgewertet.

Website des NEEM-Projektes

Kategorie: | Kommentare deaktiviert

Studie: Emissionen früh senken bringt mehr, als sie später und dann stärker zu senken

Donnerstag 24. Januar 2013 von birdfish

Das Vermeiden von Schäden durch den Klimawandel hängt stärker vom frühen Beginn des Rückgangs von Treibhausgas-Emissionen ab als von der Geschwindigkeit dieses Rückgangs.

Überschwemmung Thailand
Der Klimawandel verursacht weltweit immense Kosten – Foto: Kunstzirkus / pixelio.de

Das ist ein Ergebnis der ersten Abschätzung von weltweiten Folgen des Klimawandels über alle Sektoren hinweg, von Überflutungen an den Küsten bis zu Ernteverlusten, die jetzt in Nature Climate Change veröffentlicht wurde. Regelungen zur Emissionsreduktion, welche die globale Erwärmung unter zwei Grad Celsius halten sollen, könnten der Studie zufolge Klimaschäden um 20 bis 65 Prozent verringern. Dies gilt im Vergleich zu dem, was bei ungeminderten Emissionen zu erwarten ist.

„Bei den vermiedenen Schäden gibt es erhebliche Unterschiede zwischen den Sektoren“, erklärt das internationale Autoren-Team. Leit-Autor ist Nigel Arnell von der University of Reading, auch zwei PIK-Wissenschaftler zählen dazu. „Wenn die Emissionen zum Beispiel 2016 ihren Höhepunkt überschreiten und dann pro Jahr um fünf Prozent sinken, führt das zur Vermeidung von 58 bis 66 Prozent der negativen Auswirkungen des Klimawandels auf das Risiko von Überflutungen an den Küsten, sofern der Küstenschutz nicht ausgebaut wird – aber nur von 30 bis 40 Prozent bei den negativen Auswirkungen auf Nutzpflanzen in der Landwirtschaft“, sagt Jochen Hinkel, Gastwissenschaftler am PIK und leitender Wissenschaftler beim Global Climate Forum.

Die Autoren richten ihr Augenmerk insbesondere auch auf verbleibende Unsicherheiten. „Der Anteil der Folgen des Klimawandels, der auf globaler Ebene vermieden wird, ist bei den meisten Indikatoren ziemlich robust, über die verschiedenen Klimamodelle hinweg – aber das absolute Ausmaß dieser vermiedenen Folgen unterscheidet sich hierbei erheblich“, heißt es in der Studie. Zudem wurde in jedem Sektor nur eine Computersimulation der Klimafolgen – ein so genanntes Modell – verwendet. Und die indirekten Konsequenzen von Veränderungen in einem Sektor auf einen anderen Sektor wurden nicht berechnet.

Das Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project (ISI-MIP), von vielen Modellierungsgruppen getragen und vom PIK koordiniert, strebt in diesem Forschungsbereich Fortschritte an. Auf der Grundlage gemeinsamer Klimaszenarien und sozio-ökonomischer Szenarien soll eine quantitative Abschätzung der Klimafolgen sowie der Unsicherheiten für die verschiedenen Sektoren und für die unterschiedlichen Modelle erreicht werden. Ergebnisse werden auf der ersten Impacts World Conference in Potsdam Ende Mai präsentiert und diskutiert. Veröffentlicht werden sie in Sonderausgaben der Zeitschrift der US-Akademie der Wissenschaften, PNAS, sowie in Earth System Dynamics.

Originalpublikation
Arnell, N.W., Lowe, J.A., Brown, S., Gosling, S.N., Gottschalk, P., Hinkel, J., Lloyd-Hughes, B., Nicholls, R.J., Osborn, T.J., Osborne, T.M., Rose, G.A., Smith, P., Warren, R.F. (2013): A global assessment of the effects of climate policy on the impacts of climate change. Nature Climate Change (online)

Kategorie: Allgemeines, Öffentlichkeit, Elemente, Forschung, Gruppen, Klimamodelle, Luft, Meteorologie, Prognosen, Veröffentlichungen | Keine Kommentare »

Temperaturextreme: monatliche Hitzerekorde durch die Erderwärmung verfünffacht

Montag 21. Januar 2013 von birdfish

Monatliche Temperaturextreme sind deutlich häufiger geworden – das zeigen Messungen aus aller Welt.

Hitzerekorde nehmen zuRekord-Hitzemonate sind weltweit häufiger geworden. Grafik: PIK

Im Schnitt kommen Rekord-Hitzemonate heute weltweit fünfmal öfter vor, als ohne die globale Erwärmung zu erwarten wäre, das belegt eine neue Studie in Climatic Change. In Teilen Europas, Afrikas und Süd-Asiens hat sich die Zahl der monatlichen Hitzerekorde sogar verzehnfacht. 80 Prozent der beobachteten monatlichen Hitzerekorde wären ohne den Einfluss des Menschen auf das Klima nicht zustande gekommen, erklärt das Autoren-Team aus dem Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und der Universidad Complutense de Madrid.

„In den letzten zehn Jahren gab es beispiellose Hitzewellen wie 2012 in den USA, 2010 in Russland, 2009 in Australien oder 2003 in Europa“, sagt Leitautor Dim Coumou. „Hitzeextreme verursachen Todesfälle, große Waldbrände und Ernteverluste – Gesellschaften und Ökosysteme sind an solche immer neuen Rekordtemperaturen nicht angepasst“. Die nun veröffentlichte Studie stützt sich auf monatliche Temperaturdaten aus 131 Jahren von mehr als 12.000 Punkten rund um die Welt, die von der NASA erhoben wurden. Durch eine umfassende statistische Analyse wurde die Zunahme der Rekorde herausgearbeitet.

Die Wissenschaftler entwickelten hierfür ein statistisches Modell, welches zeigt, dass die beobachtete Zunahme der Rekorde und die im Modell aufgrund der globalen Erwärmung erwartete Zunahme der Rekorde stark übereinstimmen. Diese Zunahme war in den letzten 40 Jahren besonders stark, wegen der starken globalen Erwärmung in diesem Zeitraum. Die langfristige Zunahme von Rekorden wird überlagert von natürlichen Schwankungen, wobei besonders Jahre mit El Niño-Ereignissen eine große Zahl von extremen Monatstemperaturen zeigen. Diese natürlichen Schwankungen erklären aber eben nicht die dauerhafte starke Zunahme der Rekorde, wie die Forscher ermittelten.

Setzt sich die Erderwärmung fort, wird die Anzahl neuer Monatsrekorde in 30 Jahren zwölfmal höher liegen als ohne Klimawandel. „Das heißt nicht, dass wir zwölfmal mehr heiße Sommer in Europa haben werden als heute – es ist tatsächlich noch schlimmer“, sagt Coumou. „Denn neue Rekorde in dem Jahrzehnt ab 2040 werden nicht nur an heutigen Standards gemessen heiß sein: Um als Rekorde zu gelten, müssen sie vielmehr die Rekorde der 2020er und 2030er Jahre noch schlagen, die bereits heißer sein werden als alles, das wir bislang erlebt haben“, erklärt Coumou. „Und das ist nur der globale Durchschnitt – in einigen kontinentalen Regionen wird die Zunahme neuer Rekorde noch stärker ausfallen“.

„Statistiken allein können uns nichts über die Ursache einzelner Hitzewellen sagen, aber sie zeigen uns eine große und systematische Zunahme der Anzahl von Hitzerekorden durch den Klimawandel“, sagt Stefan Rahmstorf, Ko-Autor der Studie und Leiter des Forschungsbereichs Erdsystemanalyse am PIK. „Heute ist diese Zunahme schon so groß, dass die große Mehrheit monatlicher Hitzerekorde vom Klimawandel verursacht wird. Unsere Forschung zeigt klar, dass nur ein kleiner Teil aufgrund natürlicher Faktoren stattgefunden hätte“.

Originalpublikation
Coumou, D., Robinson, A., Rahmstorf, S. (2013): Global increase in record-breaking monthly-mean temperatures. Climatic Change (online) [doi:10.1007/s10584-012-0668-1]

Kategorie: Allgemeines, Öffentlichkeit, Elemente, Forschung, Gruppen, Klimamodelle, Luft, Meteorologie, Prognosen, Veröffentlichungen | Keine Kommentare »

Wie kalt wird ein Winter in zwei Jahren? Mittelfristige Klimaprognosen sind schwer

Freitag 7. Dezember 2012 von birdfish

Wie gut sind die weltweit wichtigsten Klimamodelle geeignet, um die Wetterbedingungen für das kommende Jahr oder gar Jahrzehnt vorherzusagen?

Das Eis wird weniger
Wie schnell wird das Eis weniger? – Foto: AWI

Die Potsdamer Wissenschaftler Dr. Dörthe Handorf und Prof. Dr. Klaus Dethloff vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft (AWI) haben 23 Klimamodelle getestet und ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der internationalen Fachzeitschrift Tellus A veröffentlicht. Ihr Fazit: Der Weg zu verlässlichen regionalen Vorhersagen auf saisonalen und dekadischen Zeitskalen ist noch weit. Keines der getesteten Modelle ist heute schon in der Lage, die wetterbestimmenden Muster von Hoch- und Tiefdruckgebieten so gut vorauszuberechnen, dass die Wahrscheinlichkeit eines kalten Winters oder eines trockenen Sommers verlässlich prognostiziert werden kann.

Wie sich der globale Klimawandel regional und mittelfristig auswirken wird, gehört aktuell zu den wichtigsten Fragen der Klimaforschung. Diese sind Gegenstand nationaler und internationaler Forschungsprogramme und werden auch im nächsten Weltklimabericht eine große Rolle spielen. Denn Gesellschaften, die sich auf klimatische Änderungen einstellen müssen, sollten wissen, welche konkreten Veränderungen auf sie zukommen. Für die Energie- oder Landwirtschaft beispielsweise wäre es ein enormer Gewinn, wenn die mittelfristig vorherrschenden Wetterbedingungen in einer Region einigermaßen verlässlich prognostiziert werden könnten. Vor diesem Hintergrund ist die Vorhersagequalität gängiger Klimamodelle für den Zeitraum von Jahreszeiten bis hin zu einem Jahrzehnt von großer Bedeutung.

Das Wettergeschehen auf der Erde wird ganz wesentlich von großräumigen Zirkulationsmustern der Atmosphäre bestimmt. Ein Beispiel ist die nordatlantische Oszillation. Sie beeinflusst Stärke und Lage der Westwinde über dem Nordatlantik und legt damit die Zugbahnen der Tiefdruckgebiete über Nord- und Mitteleuropa fest. Solche auch als „Telekonnektion“ bezeichneten Zirkulationsmuster sind über die gesamte Erde verteilt und bestimmen die räumliche und zeitliche Verteilung von Hoch- und Tiefdruckgebieten über große Entfernungen hinweg. Wissenschaftler sprechen dabei von der Ausbildung „meteorologischer Aktionszentren“, die das Wetter einer ganzen Region prägen. Im Fall der nordatlantischen Oszillation sind das zum Beispiel die bekannten Wetterzentren „Islandtief“ und „Azorenhoch“.

„Kurzfristige Wettervorhersagen sind mittlerweile sehr verlässlich. Die Probleme für saisonale und dekadische, also mittelfristige Vorhersagen sind die enorme Variabilität und die vielfältigen Rückkopplungseffekte, denen die atmosphärische Zirkulation unterliegt“, erläutert AWI-Meteorologin Dörthe Handorf die besondere Herausforderung für Modellierer. Um die Vorhersagequalität der 23 wichtigsten Klimamodelle zu testen, haben die AWI-Wissenschaftler überprüft, wie gut diese Modelle die großräumigen Zirkulationsmuster der vergangenen 50 Jahre reproduzieren können. Insgesamt wurden 9 bekannte Zirkulationsmuster rückblickend untersucht, vier davon besonders eingehend. Ergebnis: Die räumliche Verteilung atmosphärischer Zirkulationsmuster wird von einigen Modellen bereits sehr gut beschrieben. Wie stark oder schwach Islandtief, Azorenhoch und andere meteorologische Aktionszentren zu einem bestimmten Zeitpunkt der letzten 50 Jahre ausgeprägt waren, die zeitlichen Verteilungsmuster also, konnte allerdings keines der Modelle zufriedenstellend reproduzieren.

„Gegenwärtig arbeiten Klimaforscher in aller Welt daran, die Auflösung ihrer Modelle und die Leistungsfähigkeit von Klimarechnern zu erhöhen“, beschreibt AWI-Forscherin Dörthe Handorf eine naheliegende und wichtige Möglichkeit, um die mittelfristige Vorhersagequalität von Klimamodellen weiter zu verbessern. Dadurch können klimatische Veränderungen räumlich und zeitlich kleinskaliger abgebildet werden. „Es wird aber nicht reichen, die reine Computer-Power zu erhöhen“, o die Potsdamer Wissenschaftlerin, die sich bereits seit 1997 mit Fragen der Klimavariabilität beschäftigt. „Wir müssen weiter daran arbeiten, die grundlegenden Prozesse und Wechselwirkungen in diesem komplizierten System „Atmosphäre“ zu verstehen. Denn auch ein Hochleistungsrechner kommt an seine Grenzen, wenn die mathematischen Gleichungen eines Klimamodells die wirklichen Zusammenhänge nicht exakt genug beschreiben.“

Eine Schlüsselrolle für die Optimierung von Klimamodellen spielt die Arktis. Sie gehört zu den wichtigsten Motoren des Klima- und Wettergeschehens, ist gleichzeitig eine der Regionen, in denen das Klima sich gegenwärtig am stärksten verändert. Gleichzeitig ist der Hohe Norden noch immer so unwirtlich, dass viel zu wenig Daten über die Arktis existieren. Künftige Forschungsarbeiten der Potsdamer Wissenschaftler gehen deshalb in zwei Richtungen. Zum einen entwickeln sie ein Klimamodell, das die oft kleinskaligen, wetterbestimmenden Prozesse in der Arktis besonders gut auflösen kann. Das Projekt namens TORUS wird im Rahmen des Forschungsprogrammes „MiKlip-Mittelfristige Klimaprognosen“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und von Dörthe Handorf koordiniert. Da Modellverbesserungen aber nur möglich sind, wenn umfangreiche Datensätze in hoher Qualität vorliegen, ist für den Zeitraum 2018-2019 eine große internationale Messkampagne in der Arktis geplant. Sie wird den beteiligten Wissenschaftlern einiges abverlangen. Denn Teil der Messkampagne soll eine internationale arktische Driftstation sein, bei der ein Forscherteam im arktischen Winter mehrere Monate mit dem Meereis durchs Nordpolarmeer treibt.

Originalpublikation
Handorf, D. and K. Dethloff: How well do state-of-the-art Atmosphere-Ocean general circulation models reproduce atmospheric teleconnection patterns?, Tellus A, 2012, 64, 19777, (doi: 10.3402/tellusa.v64i0.19777)

Kategorie: Allgemeines, Öffentlichkeit, Forschung, Gruppen, Klimamodelle, Landwirtschaft, Meteorologie, Prognosen, Tiere und Pflanzen, Veröffentlichungen | Keine Kommentare »

Klimaforschung: Neue Methode ermöglicht einen besseren Ausblick in die Zukunft

Mittwoch 28. November 2012 von birdfish

Eine der großen Fragen der Klimawissenschaften ist, um wie viel Grad Celsius die globale Temperatur steigt, wenn sich die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre verdoppelt.

Eisbohrkern aus der Antarktis
Eisbohrkern auf Dome Concordia – Foto: S. Kipfstuhl, AWI

Viele Wissenschaftler blicken dafür in die Vergangenheit, denn sie verrät, wie die Natur ohne den Einfluss des Menschen auf Klimaveränderungen reagiert hat. Die vielfältigen Forschungsergebnisse erschwerten es Wissenschaftlern bisher, genaue Vorhersagen darüber zu treffen, wie sich der Kohlendioxidanstieg auf die zukünftige Erwärmung auswirkt.

Ein internationales Forscherteam hat deshalb die vorhandenen Resultate ausgewertet, kategorisiert und mit einer eindeutigen Terminologie versehen. Dieses Vorgehen soll helfen, die Bandbreite an Ergebnissen einzugrenzen und den Vergleich zwischen vergangenen Klimaveränderungen und den Prognosen über den zukünftigen Temperaturanstieg zu verbessern. Ihre neue Methode stellt die Gruppe in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature vor.

Die Forschungsgruppe hat Ergebnisse aus über 20 Studien zusammengefasst, klassifiziert und verglichen, um eine mögliche Vorhersage über den zukünftig zu erwartenden globalen Temperaturanstieg zu treffen. In diesen, als Paläostudien bezeichneten, Arbeiten hatten Wissenschaftler versucht, die so genannte Klimasensitivität rückblickend mit Hilfe von Daten aus beispielsweise Eisbohr- oder Sedimentkernen zu rekonstruieren. Klimasensitivität ist eine wichtige Größe in der Klimawissenschaft. Sie beschreibt, wie die Durchschnittstemperatur auf der Erdoberfläche auf Veränderungen im Klimasystem reagiert. Konkret steht ihr Wert für den globalen Temperaturanstieg, den Klimamodelle berechnen, wenn sich der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre verdoppelt. Den Anfangswert der Modelle bildet dabei die Kohlendioxidkonzentration aus der vorindustriellen Zeit.

Das Team stand nun vor der Herausforderung, die zusammengetragenen Studien zu vergleichen. Jede Studie sprach zwar von „Klimasensitivität“, aber nicht alle berücksichtigten dieselben Faktoren. „Wir mussten also zunächst die verschiedenen Annahmen und Unsicherheiten herausarbeiten. Welche Studie berücksichtigte ausschließlich Kohlendioxid, welche beachtete zusätzlich andere Treibhausgase, wie zum Beispiel Methan, oder den Rückstrahleffekt, die sogenannte Albedo, von Eisflächen? Erst dann konnten wir die Daten vergleichen. Zusätzlich haben wir exemplarisch für einen Datensatz berechnet, welche Klimasensitivität wir bekommen, wenn wir beispielsweise nur Treibhausgase wie Kohlendioxid berücksichtigten, oder zusätzlich auch die Albedo“, erläutert Dr. Peter Köhler, Klimawissenschaftler am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft und einer der Hauptautoren der neuen Veröffentlichung.

Mit Hilfe ihrer neuen Methode konnte die Forschergruppe am Ende zehn unterschiedliche Arten der Klimasensitivität unterscheiden. In einem zweiten Schritt legte sie dann für diese eine eindeutige Terminologie und konkrete Definitionen fest. Die neue Kategorisierung soll verhindern, dass Forscher in Zukunft unter dem Begriff Klimasensitivität eine weite Bandbreite an Ergebnissen zusammenfassen, denen unterschiedliche Annahmen zugrunde liegen. „Idealerweise erkennt man schon beim ersten Blick auf eine Studie, welche Art der Klimasensitivität hier ermittelt wurde. Man soll also schon anhand der verwendeten Bezeichnung erkennen, welche Faktoren die Wissenschaftler als treibende Kräfte der Temperaturveränderung betrachtet haben. Mit unserer Terminologie geben wir einen konzeptionellen Rahmen, die Klimasensitivität anhand vergangener Klimazustände zu berechnen. Wir hoffen, dass dieser dabei hilft, Vorhersagen über zukünftige Klimaveränderungen besser zu bewerten“, erklärt der Klimawissenschaftler.

Diese Arbeit ist ein wichtiges Ergebnis der Klimawissenschaften. Sie fasst erstmals zusammen, wie Wissenschaftler bisher die Klimasensitivität mittels Daten der vergangenen 65 Millionen Jahre rekonstruiert und welche Annahmen sie hierzu veröffentlicht haben. Darüberhinaus belegt sie, dass die Klimaprognosen, die in den Berichten des Weltklimarates IPCC zusammengefasst sind, mit jenen Ergebnissen übereinstimmten, die aussagen wie die Natur im Laufe der Erdgeschichte auf Klimaveränderungen reagiert hat.

Ein Ziel hat das Forschungsteam allerdings noch nicht erreicht. „Wir hatten gehofft, die Werte der aktuell angenommen Klimasensitivität einschränken zu können. In seinem letzten Bericht ging der Weltklimarat IPCC davon aus, dass die globale Temperatur um 2,1 Grad Celsius bis 4,4 Grad Celsius ansteigt, wenn sich der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre gegenüber den Werten aus der vorindustriellen Zeit verdoppelt. Dies ist auch die Bandbreite, in der sich die von uns zusammengefassten Klimasensitivitätswerte momentan bewegen“, sagt Dr. Peter Köhler.

Um genauere Werte zu erhalten, müssten weitere Fragen geklärt werden. Die Wissenschaftler wissen zum Beispiel, dass die Klimasensitivität davon abhängt, welches Hintergrundklima vorherrscht. Also ob man zu einer bestimmten Zeit von einer Eis- oder Warmzeit sprechen konnte. Doch wie genau sich dieses Hintergrundklima auf die Klimasensitivität auswirke, müsse noch geklärt werden. Der Klimawissenschaftler hofft, dass der in dieser Studie eingeführte konzeptionelle Rahmen die Forschung hierin vorantreibe.

Die Publikation entstand im Rahmen eines dreitägigen Workshops an der Königlich-Niederländischen Akademie der Wissenschaften in Amsterdam, an dem letztes Jahr über 30 Wissenschaftler teilnahmen.

Kategorie: Allgemeines, Öffentlichkeit, Forschung, Gruppen, Klimamodelle, Meteorologie, Prognosen, Veröffentlichungen | Keine Kommentare »