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Unser Klima
Der Planet Erde
Unsere Vorstellung von der Erde und von unserer Umwelt hat sich während der Geschichte der menschlichen Zivilisation oft gewandelt. Im antiken Griechenland stellten sich die Menschen den Titan Atlas vor, der die Erdkugel auf seinen Schultern trägt. Im späten Mittelalter (1633) wurde Galileo Galilei eingekerkert, weil er behauptete, dass sich die Erde um die Sonne dreht. Heute blicken wir mit Teleskopen auf ferne Galaxien im Weltraum und Satelliten geben uns ein genaues Bild von unserem Planeten. Die moderne Wissenschaft zeigt uns auch, dass sich die Bedingungen auf unserer Erde rasch ändern.
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Enzyklopädie
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Eine neue Ära in der Erdgeschichte?
Schauen wir in die geologische Vergangenheit zurück, so sehen wir, dass das Klima der Erde schon extremeren Veränderungen unterworfen war, als dies heute der Fall ist und in diesem Jahrhundert der Fall sein wird. Der Planet und das Leben auf ihm haben solche Änderungen in der Vergangenheit überstanden. Sind die Änderungen, die wir derzeit im Klimasystem beobachten, wirklich so ungewöhnlich?
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Erdgeschichtliche Zeiträume dauern Millionen von Jahren, manchmal sogar hunderte Millionen Jahre. Derartige Zeiträume können wir nicht mit der menschlichen Geschichte vergleichen. Seit der letzten Eiszeit, die vor über 10.000 Jahren endete, erlebte die Erde eine relativ stabile Warmzeit. Die menschlichen Hochkulturen haben sich bislang innerhalb dieser stabilen Periode entwickelt. Nun aber ändern wir durch unsere Lebensweise die natürliche Umwelt und wir können uns nicht sicher sein, inwieweit wir uns selbst diesen Veränderungen anpassen können.
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3. Die Kohlendioxidkonzentrationen und die angenommenen Temperaturen über die letzten 20.000 Jahre. Vor 18.000 Jahren erreichte die Vereisung ein Maximum (die kleine Karte zeigt die Gletscher). Vor 3.300 Jahren regierten Echnaton und Nofretete (Büste, Ägyptisches Museum, Berlin) in Ägypten.
Quelle: *1 - Click to see full size! (120 K)
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4. Luftblasen in Eisbohrkernen und Spuren in Sedimenten sind Zeugen der vergangenen Jahrtausende. Über 400.000 Jahre zurückblickend können wir sehen, dass die Kohlendioxide Anteile in der Luft zwischen 180 und 280 ppm geschwankt haben. Vor 400.000 Jahren lebten frühe Vorfahren des heutigen Menschen wie der Heidelbergmensch (Bild links) und vor etwa 100.000 Jahren der Neanderthaler (Bild rechts)
Quelle: *2 Bitte zur Vollansicht anklicken! (120 K)
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Abbildung 4 zeigt uns, dass die Änderungen in den Kohlendioxid-Anteilen in der Luft und die Änderungen in der Temperatur der Erde weitgehend parallel gehen. Analysen von Luftblasen, die in polares Eis eingeschlossen sind, lassen uns 400.000 Jahre in die Vergangenheit zurückschauen. Die CO2 Anteile schwanken zwischen 180 ppm (Millionstel Teilen) während der Eiszeit und 280 ppm in Warmzeiten. Die heutigen Werte liegen bei 370 ppm aufgrund der menschlichen Emission von CO2 aus fossilen Brennstoffen. Keiner unserer unmittelbaren Vorfahren hat je unter solchen Bedingungen gelebt. In der zweiten Hälfte des 20. Jh. sind wir uns mehr und mehr bewusst geworden, dass sich unser Klima ändert. Dies führt zu einer intensiveren Forschung und einem größeren Wissen über das Klimasystem. In der ESPERE Kimaenzyklopädie erklären wir, wie das Klimasystem funktioniert und wie die Menschen es verändert haben. Dieser Überblick gibt eine kurze Einführung in alle Themen, die wir betrachten werden.
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Die Sonne ..
ist die Energiequelle, die unser Klimasystem antreibt. Die Energie wird als Strahlung durch den Raum transportiert. Gibt es leichte Veränderungen in der Aktivität der Sonne oder in der Umlaufbahn der Erde um die Sonne, so hat dies direkte Auswirkungen auf unser Klima.
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5. Röntgenbild der Sonne
Quelle: SOHO, Yohkho projects
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Die Atmosphäre ..
ist Hauptgegenstand der ersten vier Themenfelder in der Klimaenzyklopädie. Änderungen in der Aktivität der Sonne sind im allgemeinen recht regelmäßig und hatten keinen Einfluss der stark genug gewesen wäre, unser Klima über die letzten tausend Jahre deutlich zu verändern. Wir können untersuchen, wie viel Energie von der Sonne kommt, wie viel unsere Atmosphäre erreicht und wie viel bis zur Erdoberfläche vordringt. Dies ist die Strahlungsbilanz der Erde und wir erklären sie im Themenfeld UNTERE ATMOSPHÄRE. Die untere Atmosphäre, die wissenschaftlich Troposphäre genannte wird, erstreckt sich von der Erdoberfläche bis in Höhen von 8 bis 15 km.
Wir besprechen die Bedeutung des Treibhauseffektes und wie Treibhausgase wie Kohlendioxid eine wichtige Rolle dabei spielen, die von der Sonne eingebrachte Energie in der Nähe der Erdoberfläche zurückzuhalten. Wir betrachten auch die vielfältige Chemie die in diesem Teil der Atmosphäre abläuft und welche Einflüsse die Emissionen von Pflanzen und aus Feuern haben. Ein besonderer Schwerpunkt ist das Gas Ozon, welches im Sommer oft in photochemischem Smog in stark besiedelten Gebieten auftritt.
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6. Ein einfaches Bild des Temperaturprofils unserer Atmosphäre: in der Troposphäre (T), der Stratosphäre (S) und der Mesosphäre (M). In der Stratosphäre liegt auch die Ozonschicht (O3).
Zum Vergrößern bitte anklicken! (65 K)
Grafik: Elmar Uherek
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Die nächsthöhere Schicht der Atmosphäre über den Wolken ist die Stratosphäre, die bis in etwa 50 km Höhe reicht. Wir betrachten sie im Themenfeld OBERE ATMOSPHÄRE im Detail. Hier befindet sich auch die Ozonschicht. Wir erklären, welche Prozesse dortr ablaufen und uns vor der gefährlichen ultravioletten Strahlung der Sonne schützen, wie Ozon abgebaut wird, warum sich ein Ozonloch bildet und welche Auswirkungen dies für unser Klima hat.
Troposphäre und Stratosphäre machen zusammen mehr als 99% der Masse unserer Atmosphäre aus. Höhere Schichten betrachten wir hier nicht. Das WETTER spielt sich nur in den unteren 15 km der Atmosphäre ab. Die Rotation der Erde und die regionalen Unterschiede in der Sonneneinstrahlung (Wärme am Äquator, Kälte an den Polen) zusammen mit dem Einfluss der Ozeane und Kontinente und verschiedenen Oberflächenstrukturen (Berge, Eisflächen, Wälder) machen das Wetter zu einem komplexen Geschehen.
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Wir werfen einen genaueren Blick auf WOLKEN & PARTIKEL. Wolken bedecken im Mittel 60% des Himmels. Sie stehen in starker Wechselwirkung mit dem Licht und der Energie, die von der Sonne kommt. Wolken reflektieren Licht zurück in den Weltraum, aber sie halten auch Wärme zurück, die von der Erde kommt und halten so die Erdoberfläche warm. Regen, der aus den Wolken fällt, nimmt Partikel und Gase mit zu Boden und reinigt die Luft. Verdunstung nimmt den umgekehrten Weg und verbraucht Wärme. Feine Partikel, die in der Luft schweben, lösen die Bildung von Wolken aus. Wir betrachten in diesem Themenfeld, woher die Partikel kommen. Wolken und Partikel sind schwer in Computermodellen zu erfassen. Infolgedessen sind sie die größten Unbekannten in der Vorhersage des zukünftigen Klimas.
Am Boden ...
Was geschieht am Erdboden? Die meisten Menschen leben in Städten. Von daher ist das Thema STADTKLIMA von einigem Interesse. Das Klima in den Städten hat seine eigenen Regeln. Wind in den Straßen verhält sich anders als Wind in freier Landschaft. Der Boden ist meist versiegelt und die Aufnahmefähigkeit für Wasser reduziert. Städte können mehr Strahlung absorbieren als andere Landschaftsformen. Zusätzlich werden sie durch Heizungen, Klimaanlagen und Elektrizität erwärmt und werden daher zu 'Wärmeinseln'. Städte sind meist auch wichtige Quellen von Luftverschmutzung aus Verkehr und Industrie. Wir sehen uns an, was in die Luft emittiert wird und welche Folgen es für das Klima hat.
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Die OZEANE bestimmen nicht nur in erheblichem Maße unser Klima, sie werden auch durch den Klimawandel beeinflusst. Das Wasser der Ozeane speichert die Wärme der Sonne und transportiert sie von den Tropen in Richtung der Pole, wodurch das Leben auf der Erde in seiner Vielfalt erst möglich wird. Die Ozeane nehmen etwa ein Drittel des vom Menschen verursachten Kohlendioxids auf und speichern es in der Tiefsee. Hierdurch reduzieren sie den Treibhauseffekt. Kleine Pflanzen, Phytoplankton genannt, nehmen an der Oberfläche Kohlendioxid auf. Sie emittieren aber auch Schwefelverbindungen, die das Klima beeinflussen und zur Wolkenbildung beitragen. Die Erderwärmung wird aber umgekehrt auch die Ozeane betreffen, am offensichtlichsten durch einen Anstieg des Meeresspiegels. Da etwa 60% der Weltbevölkerung nicht weiter als 100 km von der Küste entfernt wohnen, kann dies zu großen Problemen für die Menschen führen.
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7. NASA, stark vereinfachtes Schema der Ozeanzirkulation:
(1) Der Golfstrom transportiert Wärme von den Tropen nach Nordeuropa. (2) Die Bildung nordatlantischen Tiefenwassers ist eine Folge der starken Abkühlung im Norden. (3) Antarktisches Tiefenwasser bildet sich durch die Bildung von Seeeis rund um die Antarktis.
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Wenn der jährliche Regen zu gering ausfällt, wenn große Gebiete überflutet werden oder wenn Hitzewellen in für das Pflanzenwachstum kritischen Zeiten den Boden ausdörren, so ist unsere Nahrungsmittelversorgung und das Einkommen der Landwirte hiervon stark betroffen. Wir betrachten die Auswirkungen des Klimawandels auf die Nahrungsmittelproduktion im Themenfeld LANDWIRTSCHAFT. Die wahrscheinlichen Konsequenzen eines Klimawandels vorherzusagen, wird uns dabei helfen, Ackerbautechniken schon frühzeitig anzupassen und so eine Nahrungsmittelknappheit zu vermeiden. In manchen Gegenden der Welt, wird der Wandel günstigere Anbaubedingungen schaffen. In anderen dagegen, vor allem in vielen ohnehin armen und schwach entwickelten Ländern, wird es schwieriger werden.
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Ändern Menschen das Klima?
MENSCHEN ÄNDERN KLIMA ist die Überschrift unseres nächsten Themas. Wir fassen hier zusammen, wie wir Menschen unser Klima ändern und was die Folgen unserer Aktivität sind. Hier finden sich auch einige konkrete Fallbeispiele für bestimmte Orte. Wir geben einen Überblick, welche Veränderungen Klimaforscher erwarten je nachdem, wie wir unsere Lebensweise ändern und welche politischen Maßnahmen ergriffen werden. Die Erforschung von SONNE & EIS sind wichtig, um den menschlichen Einfluss auf das Klima zu verstehen. Wissenschaftler erforschen, inwieweit der beobachtete Klimawandel auch auf eine Veränderung in der Sonnenaktivität zurückzuführen ist und wieviel wir selbst im Verhältnis beitragen.
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8. Arbeit im ewigen Eis - die Bedingungen sind hart, aber die Forschung ist wichtig um den Einfluß des Menschen im Zusammenhang mit der Klimageschichte zu verstehen.
Quelle: nsidc.org
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Da die Antarktis weit weg von den menschlichen Ballungsräumen liegt, ist sie der reinste Ort der Erde. Messungen von Spurengasen über der Antarktis zeigen uns, wie Emissionen sich weltweit in der Atmosphäre gleichmäßig verteilen. Die dicken Eispanzer bestehen aus dem zusammengepressten Schnee der vergangenen Jahrhunderte und Jahrtausende. Sie enthalten Luftblasen aus der Zeit, in der sich das Eis bildete. Die Untersuchung der Luft in diesen Luftblasen ermöglicht uns das Klima der Vergangenheit zu verstehen. In MODELLRECHNUNGEN können diese Daten genauso genutzt werden, wie die heutigen Beobachtungen der Klimaverhältnisse aus Satellitendaten und zahlreichen Wetterstationen sowie Forschungskampagnen. Dies hilft uns, die Klimaänderungen für die Zukunft abzuschätzen.
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Unser Klima verstehen
Unser Klimasystem ist sehr komplex und wir wissen noch nicht um alle Faktoren, die es beeinflussen. Das macht es schwer, in Modelle einzugeben, wie sich das Klima in der Zukunft verhalten wird. Auch sind die Modelle nicht fein genug und die Rechenleistung nicht ausreichend, alles mit einzubeziehen, obwohl die leistungsfähigsten Computer der Welt an Klimamodellen arbeiten. Aber selbst wenn wir alle Faktoren genau eingeben könnten, so wissen wir doch nur, was jetzt geschieht, aber nicht, wie die Erdbevölkerung wachsen wird, welche Energiequellen in 50 Jahren genutzt werden und wie sich die verschiedenen Wirtschaftssysteme entwickeln. Wir wissen nicht, ob und wann es Kriege geben wird, und in welchen Ländern Politiker und Bevölkerung eine nachhaltige Entwicklung fördern.
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Es sind nicht die Klimawissenschaftler, die für das zukünftige Klima verantwortlich sind. Wir alle wirken daran mit. Unser Ziel ist es daher, das heutige Wissen bekannt zu machen und allen Menschen ein Gefühl dafür zu vermitteln, wie das komplexe Klimasystem arbeitet und was die Konsequenzen eines Klimawandels nach unserem besten Wissen sein werden. Die folgenden Seiten dieser Zusammenfassung 'Klima kurz gefasst' lassen sich in etwa 30 Minuten lesen und geben einen groben Überblick über das Klimasystem. Vertiefende Information zu allen Themenbereichen findet sich dann in der Klimaenzyklopädie.
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9. Die Zukunft des Klimas bestimmen vor allem wir selbst.
© freefoto.com
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Internetquellen für die Bilder: