KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

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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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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CryoSat-2: Neuer Satellit zeigt das genaue Ausmaß des Meereis-Rückganges in Arktis

Sonntag 17. Februar 2013 von birdfish

Aktuelle Messungen des ESA-Eisdicken-Satelliten CryoSat-2 haben ergeben, dass die Gesamtmasse des arktischen Meereises im vergangenen Herbst 36 Prozent kleiner war als zur gleichen Zeit in den Jahren 2003 bis 2008.

CryoSat EisdickenbestimmungMessflug zur Eisdickenbestimmung. Foto: Stefan Hendricks / AWI

Betrug das Herbst-Volumen der Eisdecke bis vor fünf Jahren noch durchschnittlich 11900 Kubikkilometer, schrumpfte sie im vierten Quartal des Jahres 2012 auf 7600 Kubikkilometer.
Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Forscherteam, nachdem es CryoSat-Daten der zurückliegenden zwei Jahre verglichen hat mit Messungen eines ehemaligen NASA-Satelliten sowie mit den Ergebnissen der Meereis-Untersuchungen des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung. Die Studie ist in der Online-Ausgabe des Fachmagazins Geophysical Research Letters erschienen und zeigt zum ersten Mal, wie genau Wissenschaftler die Entwicklung des arktischen Meereises mit CryoSat-2 beobachten können.

Als das arktische Meereis im Spätsommer des vergangenen Jahres so weit geschmolzen war, dass seine Fläche einen neuen Negativrekord aufstellte, war Meereisphysiker Stefan Hendricks genau am Ort des Geschehens – in der zentralen Arktis. Von Bord des Forschungsschiffes POLARSTERN aus starteten er und Kollegen mit Helikoptern, um mit einem Meereisdicken-Sensor im Schlepptau die Dicke des verbliebenen Eises zu vermessen; und das über eine Strecke von mehr als 3500 Kilometer. Daten wie diese haben Stefan Hendricks und Kollegen anschließend benutzt, um die Messmethode und die Messergebnisse des Eis-Satelliten CryoSat-2 zu überprüfen, den die ESA (European Space Agency) am 8. April 2010 in das Weltall gebracht hatte.

Der Satellit verfügt über einen Radar-Abstandsmesser, der erfasst, wie groß der Abstand zwischen der Eisoberfläche und dem darunterliegenden Meerwasser ist. CryoSat-2 umkreist die Erde zudem auf einer Umlaufbahn, die ihn dichter an den Nordpol heranführt als jeden seiner Vorgänger. Sein 1000 Meter breiter Radar-Strahl wandert dabei innerhalb eines Monats fast einmal über die gesamte Arktis, sammelt hochaufgelöste Daten und durchdringt im Gegensatz zu CryoSats Vorgänger ICESat auch die Wolkendecke. Technik, welche die Wissenschaftler begeistert und voranbringt: „Wir wissen jetzt, dass das CryoSat-Messverfahren gut funktioniert. Mit Hilfe des Satelliten ist es uns zum ersten Mal gelungen, eine nahezu vollständige Eisdicken-Karte der Arktis zu erstellen“, sagt Meereisphysiker und Mitautor Stefan Hendricks vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). AWI-Meereis-Experten messen seit dem Jahr 2003 in einem Projekt der ESA die Dicke von Meereis.

Die CryoSat-Daten aus den vergangenen zwei Jahren belegen, dass die Eisdecke in der Arktis im Herbst des Jahres 2012 etwa 36 Prozent und im Winter rund 9 Prozent kleiner war als in den gleichen beiden Zeiträumen in den Jahren 2003 bis 2008. Betrug das Herbst-Volumen der Eisdecke bis vor fünf Jahren noch durchschnittlich 11900 Kubikkilometer, schrumpfte sie im vierten Quartal des Jahres 2012 auf 7600 Kubikkilometer – ein Minus von 4300 Kubikkilometern. Das Winter-Volumen dagegen sank von 16300 Kubikkilometern (2003-2008) auf 14800 Kubikkilometer (2010-2012), ein Verlust von insgesamt 1500 Kubikkilometern.

Diese Einbußen führen die Wissenschaftler vor allem auf den Rückgang des drei bis vier Meter dicken, mehrjährigen Eises zurück. „Die CryoSat-Daten belegen, dass dieses dicke Meereis zum Beispiel in einer Region nördlich Grönlands, am Kanadisch-Arktischen Archipel sowie auch nordöstlich Spitzbergens verschwunden ist”, sagt Mitautorin Dr. Katharine Giles vom University College London.

Diese neuen Erkenntnisse und CryoSats Daten-Zuverlässlichkeit sind für Meereisphysiker Stefan Hendricks jedoch erst der erste Schritt. „Das Meereis via Satellit zu vermessen, hat den großen Vorteil, dass wir nicht mehr von den Jahreszeiten abhängig sind und auch im Winter Daten erfassen können. Gleiches war vom Flugzeug aus wegen des oft sehr schlechten Wetters nicht möglich“, erklärt Stefan Hendricks.

Eine ständige Vermessung des Meereises aber wird dringend benötigt. „Auf dieses Ziel arbeiten wir seit Jahren hin, denn erst wenn wir wissen, wie dick das Wintereis in der gesamten Arktis ist, lassen sich genauere und eventuell auch kurzfristigere Vorhersagen über die Entwicklung der Eisdecke im darauffolgenden Sommer treffen“, sagt Stefan Hendricks.
Sein persönliches Ziel lautet, bald schon in jedem Monat eine AWI-Arktis-Karte mit den aktuellen Meereis-Dicken zu veröffentlichen. Stefan Hendricks: „Jeder Wissenschaftler und jede Wissenschaftlerin, die an diesem Thema arbeiten, sollen diese Daten dann ganz unkompliziert nutzen können.“

Originalpublikation:

Die Studie ist unter folgendem Titel in der Online-Ausgabe von Geophysical Research Letters erschienen:
Seymour W. Laxon, Katharine A. Giles, Andy L. Ridout, Duncan J. Wingham, Rosemary Willatt, Robert Cullen, Ron Kwok, Axel Schweiger, Jinlun Zhang, Christian Haas, Stefan Hendricks, Richard Krishfield, Nathan Kurtz, Sinead Farrell, Malcolm Davidson (2013): CryoSat-2 estimates of Arctic sea ice thickness and volume, Geophysical Research Letters, Online-Veröffentlichung am 28. Januar 2013.

Zur Homepage des deutschen CryoSat-Projekbüros

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Forscher berechneten, wie Festland-Flüsse zum Anstieg des Meeresspiegels beitragen

Montag 28. Januar 2013 von birdfish

Vermessungswissenschaftler der Universität Bonn haben berechnet, inwieweit die Flüsse auf dem Festland zum Anstieg des Meeresspiegels beitragen.

MeeresspiegelanstiegeKeine Entwarnung: Meeresspiegeländerungen 2002-2009 – Grafik: (c) Roelof Rietbroek / Uni Bonn

Im Schnitt verringerte in den letzten acht Jahren der abnehmende Zufluss vom Land in die Weltmeere den Anstieg jährlich um 0,2 Millimeter – das sind etwa zehn Prozent des durchschnittlichen globalen Meeresspiegelanstiegs. Die Wissenschaftler geben mit Blick auf den Klimawandel jedoch keine Entwarnung. Die Ergebnisse werden nun im „Journal of Geophysical Research“ vorgestellt.

Der Meeresspiegel steigt und bedroht insbesondere Inseln und Küsten. Eine Ursache für den Anstieg ist die globale Erwärmung, die Gletscher und Eisschilde schmelzen lässt und die Ozeane aufheizt, was zur Ausdehnung des Wassers führt. Weitgehend unklar war bislang jedoch, ob die Kontinente mit Flüssen, Seen, grundwasserführenden Bodenschichten und künstlichen Reservoirs zu den steigenden Pegeln beitragen. „In der Wissenschaft gibt es seit Jahren eine Kontroverse darüber, ob die Summe der Effekte an Land den Meeresspiegelanstieg verstärken oder bremsen“, sagt Prof. Dr. Jürgen Kusche vom Institut für Geodäsie und Geoinformation der Universität Bonn. Diese Effekte sind sehr unterschiedlich und teils auch gegenläufig: So kann sich der Niederschlag über dem Festland etwa durch Landnutzungsänderung oder Luftverschmutzung ändern, die Verbauung von Flussauen als Rückhalteräume oder die Entnahme von Grundwasser für die Bewässerung beschleunigt die Wassermassen. Umgekehrt bremst etwa der Bau von Staudämmen den Abfluss vom Land ins Meer.

„Tom“ und „Jerry“ lieferten die Daten für die Berechnungen
Das Forscherteam um Prof. Kusche verwendete Daten des Satellitentandems „GRACE“ (Gravity Recovery And Climate Experiment), um die Summe der Abflüsse vom Festland ins Meer zu berechnen. Die beiden Satelliten mit den Spitznamen „Tom“ und „Jerry“ erfassen sehr präzise das Schwerefeld der Erde. Die Wissenschaftler nutzten, dass das Satellitenpaar jeden Messpunkt über der Erde mehrmals überfliegt. Dadurch erhielten sie zeitversetzte Messdaten und konnten damit Veränderungen im Schwerefeld der Erde beobachten. „Diese Schwerkraftänderungen sind auf Veränderungen der Wassermengen zurückzuführen“, berichtet Prof. Kusches Mitarbeiter Roelof Rietbroek. Wenn sich also ein großer Staudamm mit Wasser füllt oder der Meeresspiegel ansteigt, macht sich dies auch durch einen Anstieg der Schwerkraft an dieser Stelle bemerkbar. Zusätzlich wurden Radarhöhenmessungen der Weltmeere ausgewertet. Auf diese Weise konnten die Forscher die Wasserflüsse vom Festland ins Meer und den Pegelanstieg in den Ozeanen global erfassen.

Wasserspeicherung der Kontinente bremst Meeresspiegelanstieg
„Derjenige Teil des globalen Meeresspiegelanstiegs, der auf veränderten Niederschlägen über Land und Effekte des Menschen durch Entnahme von Grundwasser oder Bau von Talsperren beruht, ist negativ“, berichtet Prof. Kusche. Konkret: Im Schnitt der vergangenen acht Jahre verringerte sich der Beitrag des Festlandes zum Meeresspiegelanstieg jährlich um 0,2 Millimeter – das sind etwa zehn Prozent des durchschnittlichen globalen Meeresspiegelanstiegs. Also wird die Erhöhung der Pegel in den Ozeanen durch verringerte Wasserzuführung der Flüsse ins Meer leicht gebremst.

Keine Entwarnung
„Das bedeutet aber überhaupt keine Entwarnung: Es ist nur eine Momentaufnahme und erlaubt keine Rückschlüsse für die Zukunft“, sagt der Geodät der Universität Bonn. Zumal der Anstieg der Pegel in den Weltmeeren an verschiedenen Küsten auch sehr unterschiedlich erfolgt: Vor den Küsten von Südamerika und Westafrika steigt der Spiegel alleine aufgrund von Zuflüssen bis zu 0,9 Millimeter im Jahr, während er um Alaska und Australien bis zu 2 Millimeter im Jahr gebremst wird. Weltweit ist der Meeresspiegel in den letzten acht Jahren durchschnittlich um etwa zwei Millimeter im Jahr gestiegen, wenn man die Erwärmung und das Abschmelzen der Gletscher und Polkappen mitberücksichtigt. Wie sich die Abflüsse vom Festland ins Meer weiterentwickeln, hängt entscheidend davon ab, wie die Menschen die Wasservorräte an Land nutzen. So führen etwa Grundwasserentnahmen für die landwirtschaftliche Bewässerung zu einem stärkeren Abfluss ins Meer und verschärfen dadurch das Problem.

Originalpublikation
Land water contribution to sea level from GRACE and Jason-1 measurements, Journal of Geophysical Research, DOI: 10.1002/jgrc.20058

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Bisher genauester Beleg für Abschmelzen der Eisschilde: Vermessung der Erderwärmung

Mittwoch 5. Dezember 2012 von birdfish

Seit etwa zwei Jahrzehnten erfassen Wissenschaftler mithilfe von Satellitendaten das Abschmelzen der Eisschilde.

Schmelzwasser Grönland
Schmelzwasser auf Grönland – Foto: Ian Joughin

Wie stark sich das Polareis in Grönland und der Antarktis in dieser Zeit genau verändert hat, war bislang strittig. Unterschiedliche Berechnungsmethoden lieferten widersprüchliche Ergebnisse. Ein internationales Expertenteam, unter anderem von der Technischen Universität München, belegt nun mit den bisher genauesten Satelliten-Daten: Beide Eisschilde schwinden, allerdings unterschiedlich schnell.
Die Forscher zeigen, dass das Abschmelzen des Grönländischen und des Antarktischen Eisschildes den Meeresspiegel seit 1992 weltweit um 11,1 Millimeter anstiegen ließ. Etwa zwei Drittel des Verlustes wurden durch Abschmelzen des Eisschildes auf Grönland verursacht, der Rest stammt aus der Antarktis. Die Studie erschien jetzt in der Zeitschrift Science.

In seinem Klimabericht 2007 ging der Weltklimarat IPCC bei der Entwicklung des Polareises noch von einer großen Bandbreite aus: Ob der Antarktis-Eisschild schrumpft oder wächst, war dabei unklar. Die nun vorgelegten Schätzungen sind dank einer größeren Anzahl an Satellitendaten deutlich genauer: Sie bestätigen, dass sowohl der Antarktische als auch der Grönländische Eisschild an Masse verlieren.

Eisschwund hat sich beschleunigt

Die Studie zeigt zudem, dass die Eisschilde insgesamt immer schneller abschmelzen: Grönland und die Antarktis verlieren heute mehr als dreimal so viel Eis wie in den 90er Jahren. Das entspricht einem jährlichen Anstieg der Meeresspiegel von heute 0,95 mm im Vergleich zu 0,27 mm in den 90er Jahren.

Zudem lässt sich eine unterschiedliche Dynamik bei den Veränderungen beider Polkappen beobachten: Aus den Satellitendaten geht hervor, dass sich der Rückgang des Eisschildes auf Grönland seit Mitte der 90er Jahre fast verfünffacht hat. Im Gegensatz dazu ist die negative Gesamtbilanz in der Antarktis relativ konstant, wobei dort regionale Veränderungen teilweise sehr groß ausfallen.

Was das Gravitationsfeld der Erde verrät

Einen Teil dieser Messergebnisse hat Dr. Martin Horwath vom Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie der Technischen Universität München beigetragen. Um die Veränderung der Eismassen exakt zu bestimmen, nutzt der Geodät Daten über die Änderung der Erdanziehung, die ein Satellitenpaar liefert. Denn die Bahn, auf denen sich die Satelliten bewegen, wird schon von kleinen Unterschieden im Gravitationsfeld der Erde verändert: Nehmen die Eismassen an den Polen im Laufe eines Jahres zu oder ab, äußert sich das in minimalen Bahnstörungen.

Änderungen des Gravitationsfeldes auszuwerten, ist einer von drei Beobachtungsansätzen, die in der Studie verfolgt wurden. Die Forscher konnten diese nun aber auch mit Ergebnissen aus anderen Verfahren zusammenführen, die bisher in Dutzenden von Einzelstudien verwendet wurden. Dazu haben die Wissenschaftler unterschiedliche Messzeiträume und Messgebiete in Übereinstimmung gebracht und die Messungen verschiedener Satellitentypen kombiniert. Unter der Federführung von Prof. Andrew Shepherd (Universität Leeds) und Dr. Erik Ivins (NASA Jet Propulsion Laboratory) wurden Daten von zehn verschiedenen Satellitenmissionen ausgewertet.

Das IMBIE-Projekt (Ice Sheet Mass Balance Inter-comparison Exercise) ist ein Gemeinschaftsprojekt von 47 Wissenschaftlern aus 26 Forschungsinstituten und wurde durch die Europäische Weltraumbehörde ESA und die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde NASA gefördert.

Originalpublikation
Andrew Shepherd et al: A reconciled estimate of ice sheet mass balance, Science, November 2012, doi: 10.1126/science.1228102.

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Klimaforschung: Wurden Projektionen zum Meeresspiegelanstieg unterschätzt?

Donnerstag 29. November 2012 von birdfish

Während die globale Mitteltemperatur in den letzten Dekaden in einer Geschwindigkeit zugenommen hat, die gut mit den Projektionen des Weltklimarats übereinstimmt, ist der Meeresspiegel schneller angestiegen als vorhergesagt.

Den Malediven steht das Wasser bis zum Hals
Den Malediven steht das Wasser bereits bis zum Hals, auch Mega-Städte wie Tokyo kann es treffen – Foto: H. Hoppe / Pixelio

Das geht aus einer Studie hervor, die jetzt im Fachjournal Environmental Research Letters veröffentlicht wurde. Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und seine Kollegen vergleichen darin für den Zeitraum zwischen 1990 und 2011 Projektionen mit tatsächlichen Messdaten. Der schnellere Anstieg des Meeresspiegels könnte darauf hinweisen, dass auch für die Zukunft die Berechnungen vom IPCC zu niedrig sind, so die Wissenschaftler.
Der Anstieg des Meeresspiegels hat potenzielle Auswirkungen für Millionen von Menschen auf der ganzen Welt, von Küstenregionen bis hin zu Megastädten wie Tokio.

„Die globale Temperatur steigt weiterhin in der Geschwindigkeit, die in den letzten zwei Sachstandsberichten des IPCC prognostiziert wurde. Das zeigt erneut, dass die Erwärmung sich nicht verlangsamt hat oder hinter den Projektionen zurückbleibt“, sagt Rahmstorf. Für die Studie haben die Forscher aus Potsdam, dem Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales (LEGOS) in Frankreich und Tempo Analytics in den USA fünf gemittelte globale Reihen zu Land- und Ozeantemperaturen mit den Projektionen des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) verglichen. Um einen möglichst genauen Vergleich zu ermöglichen, wurden von den Forschern dabei auch kurzfristige Temperaturschwankungen durch das El Niño Phänomen, Schwankungen in der Sonnenintensität und Vulkanausbrüche berücksichtigt. Die Ergebnisse bestätigen, dass die in den 1960er und 1970er Jahren von Wissenschaftlern als Konsequenz steigender Treibhausgaskonzentration prognostizierte Erderwärmung sich mit einer unverminderten Geschwindigkeit von 0,16 Grad Celsius pro Dekade fortsetzt und damit den Vorhersagen des IPCC entspricht.

Die Analyse der Daten zum Meeresspiegelanstieg ergab dagegen ein anderes Bild. Wie die neue Studie zeigt, steigen die Ozeane 60 Prozent schneller als nach der mittleren Prognose des Weltklimarats in seinen beiden letzten Sachstandsberichten. Die Forscher verglichen diese früheren Vorhersagen mit Satellitenmessungen des Meeresspiegelanstiegs. Satelliten haben global eine deutlich bessere Abdeckung als Pegelstationen und können durch die Nutzung von Radarwellen und ihrer Reflektion von der Meeresoberfläche den Anstieg exakt messen. Während der IPCC einen Meeresspiegelanstieg mit 2 mm pro Jahr ab dem Jahr 1990 prognostizierte, zeichneten Satellitendaten einen Anstieg von 3,2 mm pro Jahr auf. Dass nur ein vorübergehender Eisverlust von den Eisschilden Grönlands oder der Antarktis oder andere interne Schwankungen im Klimasystem für die erhöhte Geschwindigkeit des Meeresspiegelanstiegs verantwortlich sind, ist der Studie zufolge unwahrscheinlich. Die Anstiegsrate des Meeresspiegels korreliert eng mit der Zunahme der globalen Mitteltemperatur.

„Im Unterschied zur Physik der globalen Erwärmung selbst ist der Meeresspiegelanstieg deutlich komplexer. Es ist wichtig immer wieder zu prüfen, wie gut frühere Prognosen mit dem seither beobachteten tatsächlichen Verlauf übereinstimmen, um künftige Projektionen zu verbessern“, sagt Rahmstorf. „Die neuen Erkenntnisse unterstreichen, dass der IPCC keineswegs alarmistisch ist, sondern in einigen Fällen sogar die Klimarisiken unterschätzt hat“.

Originalpublikation

Rahmstorf, S., Foster, G., Cazenave, A. (2012): Comparing climate projections to observations up to 2011. Environ. Res. Lett. 7 044035 [DOI:10.1088/1748-9326/7/4/044035]

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Globales System zur Beobachtung von Änderungen von Ökosystem-Dienstleistungen

Mittwoch 21. November 2012 von birdfish

Die Ökosysteme der Erde versorgen uns mit Dienstleistungen wie Nahrungsmitteln und Trinkwasser, die für das Wohlergehen der Menschheit von existentieller Bedeutung sind.

Ökosystem
Komplexes Ökosystem – keine Insekten, keine Früchte. Foto: Dagmar Struß

Doch obwohl etliche Studien auf ein zunehmendes Systemversagen hinweisen, das Lebensräume und Leben bedroht, existiert bislang noch kein zentrales Monitoring-System für Ökosystem-Dienstleistungen. Um ein differenzierteres Verständnis für die Bedeutung des Verlusts von Ökosystem-Dienstleistungen und Biodiversität zu ermöglichen, hat ein Team von Forschern im Fachmagazin „Bioscience“ nun den Rahmen für ein globales System zur Beobachtung von Änderungen von Ökosystem Dienstleistungen entwickelt. Zu den Wissenschaftlern gehören Kirsten Thonicke und einige ihrer Kollegen vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK).

„Die Zusammenhänge zwischen Natur und Gesellschaft sind äußerst komplex und wir wissen noch wenig über die Kipp-Elemente unseres sozio-ökologischen Systems“, sagt Thonicke. Erstmals haben die Wissenschaftler der internationalen Group on Earth Observation (GEO) und des daran angesiedelten Biodiversity Observation Network (GEO BON) nun die Grundzüge eines globalen Warnsystems skizziert. In ihrem Entwurf konzentrieren sich die Wissenschaftler darauf, bestehende Datenbanken miteinander zu verbinden, Lücken in Beobachtungssystemen zu identifizieren und Kommunikationsstandards zu optimieren. „Das globale Monitoring-System für Veränderungen in den Dienstleistungen der Ökosysteme wird uns eine vollständigere Bestandsaufnahme des Lebenserhaltungssystems unseres Planeten ermöglichen und damit sowohl die Forschung wie auch Einschätzungen und Entscheidungsprozesse verbessern“, erklärt Thonicke.

Obwohl der Schwerpunkt auf nationaler Ebene liegt, lässt sich der Entwurf sowohl auf lokaler als auch auf globaler Ebene anwenden. Trotz Satellitenbeobachtungen zum Schwinden unserer Wälder, Ländern und internationalen Organisationen, die wirtschaftliche Flüsse vieler Güter wie Getreide oder Holz verfolgen, und umfangreicher Programme wie der Roten Liste für Bedrohte Arten, die Daten zum Bestand von Spezies und Populationen sammeln, werden zahlreiche wesentliche Prozesse derzeit nicht global oder gar nicht beobachtet. An einem weitreichenden Warnsystem fehlt es deshalb bislang noch.

Originalpublikation
Tallis, H., Mooney, H., Andelman, S., Balvanera, P., Cramer, W., Karp, D., Polasky, S., Reyers, B., Ricketts, T., Running, S., Thonicke, K., Tietjen, B., Walz, A. (2012): A Global System for Monitorin Ecosystem Service Change. Bioscience. Nov 2012, Vol. 62. No. 11

Weblink zur GEO BON (Group on Earth Observation Biodiversity Observation Network)

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Eisforscher der Uni Hamburg erwarten 2012 Rekordschmelze des Eises in der Arktis

Dienstag 14. August 2012 von birdfish

Eisforscher vom KlimaCampus, Universität Hamburg, prognostizieren für September die geringste jemals gemessene Eisbedeckung.

Eisschmelze Arktis 2012
Eisbedeckung der Arktis seit 1972 (September-Minimum) – Grafik: UHH / KlimaCampus / Kaleschke

Mit 4,1 Millionen Quadratkilometern würde die Fläche sogar noch das Rekordminus von 2007 (4,3 Mio. km²) deutlich unterschreiten. Im vergangenen Jahr lagen Lars Kaleschke und sein Team mit ihrer Prognose exakt richtig.
Die Arktis als „Frühwarnsystem“ des Klimawandels macht sich erneut deutlich bemerkbar: Meereis-Experte Lars Kaleschke vom KlimaCampus, Universität Hamburg, erwartet im September, zum Zeitpunkt des jährlichen Minimums der Eisbedeckung in der Arktis, eine Fläche von nur noch etwa 4,1 Millionen Quadratkilometern. Dies wäre der geringste Wert seit Beginn der Satellitenmessungen in den 1970er Jahren.

Forscher aus aller Welt beteiligen sich alljährlich am so genannten Sea Ice Outlook, in dem sie mit unterschiedlichen Methoden das verbleibende Eisminimum abschätzen. Mit einer statistischen Prognose basierend auf aktuellen Satellitendaten traf das KlimaCampus-Team diesen Wert im vergangenen Jahr auf eine Nachkommastelle genau – die Eisfläche war auf 4,6 Mio km² geschmolzen.

Auffallend waren bereits die Ereignisse der vergangenen Monate. Der Petermann-Gletscher kalbte einen gigantischen Eisblock, während die Eisoberfläche Grönlands beinahe komplett antaute. Zurzeit fegt ein außergewöhnlich starker Sturm über die Arktis, der die Entwicklung noch kurzfristig beeinflussen kann: „Wenn der Sturm das Eis auseinandertreibt, würde die bedeckte Fläche auf den ersten Blick wieder größer erscheinen. Öffnungen, die dabei entstehen, könnten jedoch das Schmelzen anschließend beschleunigen“, sagt Kaleschke. Denkbar wäre auch, dass durch die Bewegung im Eis wärmeres Wasser aus tieferen Schichten nach oben gelangt. Dadurch könnte die Unterseite des Eises schneller abschmelzen, so der Eisforscher, und das September-Minimum noch extremer ausfallen als schon erwartet.

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