Klimazustand

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Eisbohrkerndaten und die Kalt- und Warmzeiten des Quartärs

Der Klimazustand beschreibt den Zustand des Klimasystems. Klimaveränderungen beschreiben den Wandel des Klimas, der durch das Energie-Budget eines Planeten bestimmt wird.

Das Energie-Budget hängt zum großen Teil von den Milanković-Zyklen ab. Der Klimawandel wird durch die Exzentrizität, der Präzession der Erdrotationsachse, die Erdschiefe, der Ekliptik, der Orogenese, durch den Zustand der Ozeane, durch Tektonik und durch Eingriffe des Menschen in die Umwelt beeinflusst. Die orbitale Erdausrichtung entscheidet dabei maßgeblich über die Intensität der Sonnenstrahlung speziell auf der Nordhalbkugel, wodurch periodische Klimaschwankungen entstehen.

Klimaschwankungen im Klimasystem werden durch Prozesse in geosphärischen Systemen verursacht, welche versuchen das Nichtgleichgewichtssystem in das dem Energiebudget des Planeten entsprechende Thermodynamische Gleichgewicht zu bringen. Thermische Energie und Treibhausgase in der Atmosphäre ergeben das Tendenzpotenzial für die Ausrichtung beim Klimawandel. Das Klimasystem enthält verschiedene Kippelemente,[1] die abhängig von der Wasserdampfrückkopplung und Eis-Albedo-Rückkopplung sind.[2][3][4] Abrupte Klimawechsel sind nichtlineare Prozesse im Klimasystem; diese können nach Erreichen von Schwellenwerten ausgelöst werden.

Klimazustände[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Syukuro Manabe wies im Jahre 1988 als erster darauf hin, dass das Erdklima zwei stabile Zustände haben könne.[5] Der Begriff „Hintergrund-Klimazustand“ (englisch background state) beschreibt den heutigen Klimazustand. In der Erdgeschichte schwankt der Klimazustand zwischen „Treibhaus“- (Warmzeiten) und „Eishaus“-Bedingungen (Kaltzeiten).[6] In der Klimatologie unterscheiden Forscher auch zwischen dem Anfangszustand oder Paläozustand, wenn es um die Bestimmung der Klimasensitivität und den Strahlungsantrieb geht.[7]

Der „Schneeball Erde“-Zustand erklärt die mehrmalige Vereisung des gesamten Erdballs während des Neoproterozoikums vor 760 bis 635 Millionen Jahren. Wahrscheinlich erfasste der damalige Vereisungsprozess die gesamte Erde von den Polen bis zum Äquator einschließlich der Ozeane.

Der „Hitzehaus“-Zustand[8] wird diskutiert im Zusammenhang mit einem ungebremsten Klimawandel auf dem Planeten Venus, und es wird erforscht, ob dies auch auf der Erde möglich ist.[9][10][11][12] Hansen et al. berechneten 2013 eine Klimasensitivität von 3 bis 4 °C, basierend auf einem Szenario von 550 ppm CO2. Das Verbrennen aller fossilen Brennstoffe würde die Luft über den Kontinenten durchschnittlich um 20 °C erwärmen und die Pole um 30 °C.[7]

Verschiedentlich wird in der wissenschaftlichen Literatur, ausgehend von den beiden Grundklimata Warm- beziehungsweise Kaltzeit, eine weitere Unterteilung der Klimazustände in Eishaus, Kühles Treibhaus, Warmes Treibhaus und Hitzehaus vorgenommen (Icehouse, Cool Greenhouse, Warm Greenhouse, Hothouse). Danach besitzt jeder dieser Klimazustände seine eigene geophysikalische und klimatische Charakteristik, die sich von den übrigen signifikant unterscheidet. Zusätzlich werden am Übergang von Eishaus zu Kühlem Treibhaus sowie von Warmem Treibhaus zu Hitzehaus mehrere Kipppunkte angenommen, die das Erdklimasystem in einen neuen und teilweise irreversiblen Zustand überführen können (Kippelemente im Erdsystem).[13]

Klimawandel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Um künftige Klimawandel-Ereignisse exakter bestimmen zu können, wird der Zusammenhang zwischen Rückkopplungen in Bezug auf Klimasensitivität und Klimazustand intensiv erforscht. Alle Rückkopplungen können nichtlineare Prozesse auslösen und so den Klimazustand (bzw. den Hintergrund-Klimazustand) und den Strahlungsantrieb stören.[14]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Kippelemente – Achillesfersen im Erdsystem. Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, abgerufen am 26. September 2016.
  2. Walter Roedel: Physik unserer Umwelt - Die Atmosphäre. 3. Auflage. Springer, Heidelberg 2000, ISBN 3-540-67180-3, 1.2 Die solare Einstrahlung, S. 21, Tabelle 1.3 (Einige Werte für das Rückstreuvermögen – Albedo – der Erdoberfläche).
  3. Thermodynamics: Albedo (englisch) In: All About Sea Ice. National Snow and Ice Data Center. Abgerufen am 5. Juli 2016.
  4. James Croll: Climate and Time in Their Geological Relations. A Theory of Secular Changes of the Earth’s Climate. Appleton, New York 1885 (books.google.de).
  5. S. Manabe, R. J. Stouffer: Two Stable Equilibria of a Coupled Ocean-Atmosphere Model. In: Journal of Climate. Band 1, Nr. 9, 1. September 1988, ISSN 0894-8755, S. 841–866, doi:10.1175/1520-0442(1988)001<0841:TSEOAC>2.0.CO;2 (englisch).
  6. Thomas Farmer und John Cook: Climate Change Science: A Modern Synthesis. Band 1: The Physical Climate. Springer Wissenschaftsverlag, 2013, ISBN 978-94-007-5756-1, 2.8 From Hothouse to Icehouse.
  7. a b James Hansen, Makiko Sato, Gary Russell, Pushker Kharecha: Climate sensitivity, sea level and atmospheric carbon dioxide. In: Philosophical transactions of the Royal Society of London / A. Band 371, Nr. 2001, 28. Oktober 2013, ISSN 1364-503X, S. 20120294, doi:10.1098/rsta.2012.0294 (englisch).
  8. Michael Marshall: Humans could turn Earth into a hothouse. Band 212, Nr. 2839. Elsevier, 19. November 2011, S. 10–11, doi:10.1016/S0262-4079(11)62820-0.
  9. S. I. Rasool, C. De Bergh: The Runaway Greenhouse and the Accumulation of CO2 in the Venus Atmosphere. In: Nature. Band 226, Nr. 5250, 13. Juni 1970, S. 1037–1039, doi:10.1038/2261037a0.
  10. James F. Kasting: Runaway and moist greenhouse atmospheres and the evolution of Earth and Venus. In: Icarus. Band 74, Nr. 3, Juni 1988, S. 472–494, doi:10.1016/0019-1035(88)90116-9.
  11. Kendall Powell & John Bluck: Tropical ‘runaway greenhouse’ provides insight to venus. NASA Ames Research Center, 2002 (nasa.gov).
  12. H. C. Fricke, C. Williams, J. B. Yavitt: Polar methane production, hothouse climates, and climate change. American Geophysical Union, Dezember 2009, bibcode:2009AGUFMPP44A..02F.
  13. David L. Kidder, Thomas R. Worsley: A human-induced hothouse climate?. (PDF) In: GSA Today (The Geological Society of America). 22, Nr. 2, Februar 2012, S. 4–11. doi:10.1130/G131A.1.
  14. E. J. Rohling, A. Sluijs, H. A. Dijkstra, P. Köhler, R. S. W. van de Wal, A. S. von der Heydt, D. J. Beerling, A. Berger, P. K. Bijl, M. Crucifix, R. DeConto, S. S. Drijfhout, A. Fedorov, G. L. Foster, A. Ganopolski, J. Hansen, B. Hönisch, H. Hooghiemstra, M. Huber, P. Huybers, R. Knutti, D. W. Lea, L. J. Lourens, D. Lunt, V. Masson-Demotte, M. Medina-Elizalde, B. Otto-Bliesner, M. Pagani, H. Pälike, H. Renssen, D. L. Royer, M. Siddall, P. Valdes, J. C. Zachos, R. E. Zeebe: Making sense of palaeoclimate sensitivity. In: Nature. Band 491, Nr. 7426, November 2012, S. 683–691, doi:10.1038/nature11574 (englisch, academiccommons.columbia.edu [PDF]).