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9 – Natürliche Klimaentwicklung und menschlicher Einfluss auf das Klima

Die moderne Industriegesellschaft führt im Klimasystem der Erde ein Großexperiment mit ungewissem Ausgang durch. Um die derzeitigen Klimaveränderungen und die zukünftige Entwicklung objektiv beurteilen zu können, ist es notwendig, die natürlichen Klimavariationen und die vom Menschen verursachten Veränderungen zu erkennen.

Unter dem Begriff Klima versteht man den langjährig (meist über 30 Jahre) gemittelten Zustand der Atmosphäre und dessen Veränderlichkeit. In der modernen Klimaforschung wird der Begriff des Klimas jedoch weiter gefasst. Um zu verstehen, wie sich der mittlere Zustand der Atmosphäre im Laufe der Zeit ändert, muss man die Wechselwirkung der Atmosphäre mit den anderen Komponenten des Klimasystems betrachten. Klima wird daher in der modernen Klimaforschung über das Klimasystem definiert und mit Hilfe von Klima- oder Klimasystemmodellen simuliert. Diese Klimasystemmodelle sind erweiterte Wettervorhersagemodelle. Sie berechnen die Bewegung der Atmosphäre über viele Jahre und Jahrzehnte und beschreiben auch die Meeresströmungen, das Driften des Meereises (eine Komponente der so genannten Kryosphäre), die Vorgänge in Böden (der Pedosphäre) und das Wandern der Vegetationszonen. Klimasystemmodelle sind ein ideales Werkzeug, um Veränderungen und deren Ursachen auf unterschiedlichen Zeitskalen zu untersuchen. Veränderungen über einen Zeitraum von mehr als 10.000 Jahren bezeichnet man als Langzeitklima, über einen Zeitraum zwischen hundert und 10.000 Jahren als Mittelzeitklima und Veränderungen, die weniger als hundert Jahre dauern, als Kurzzeitklima. Klimasystemmodelle können Vorsorgeuntersuchungen zum Großexperiment der modernen Industriegesellschaft leisten.

Das Klimasystem der Erde

Klima ist eine Eigenschaft des Klimasystems. Das System setzt sich aus verschiedenen Bestandteilen zusammen: der Atmosphäre, der Hydrosphäre (dazu gehören Ozeane, Flüsse, Seen, Regen, Grundwasser), der Kryosphäre (Inlandeismassen, Meereis, Schnee, Permafrost), der marinen und terrestrischen Biosphäre, der Pedosphäre (Böden), und, wenn die Klimaentwicklung über viele Jahrtausende betrachtet wird, der Erdkruste und dem oberen Erdmantel. Das Klimasystem wird von außen durch den Energiefluss der Sonne und von innen durch die Erdwärme angetrieben. Die Komponenten des Klimasystems sind miteinander gekoppelt und beeinflussen sich gegenseitig (Quelle: nach Martin Claußen, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg und Andrey Ganopolski, Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, Potsdam (persönliche Mitteilung))

Der Vergleich von Messungen und Modellergebnissen belegt, dass die vom Menschen verursachte Zunahme der Treibhausgase das Klima seit einigen Jahrzehnten verstärkt beeinflusst. Klimatische Extremereignisse, wie Überschwemmungen, Stürme, Unwetter, Dürren, Hitze- und Kälteperioden, haben in den letzten Jahren zugenommen – möglicherweise aufgrund der Klimaveränderung. Als Folge dieser Extremereignisse ist es vermehrt zu Deichbrüchen, Sturzfluten und Bergrutschen gekommen, mit entsprechenden volkswirtschaftlichen Schäden.

Mit Hilfe von geowissenschaftlichen Daten können frühere Klimavariationen rekonstruiert werden. Das ermöglicht es, frühere Veränderungen der Umwelt zu quantifizieren, die nicht mit Messinstrumenten aufgezeichnet wurden. So können die Prozesse entschlüsselt werden, die diese natürlichen Klimaschwankungen verursachen. Darüber hinaus bieten solche Rekonstruktionen die Möglichkeit, Klimasystemmodelle zu testen und zu verbessern. Paläoklimatologische Daten ermöglichen es auch abzuschätzen, welchen natürlichen Schwankungen das Klima ausgesetzt war, bevor der Mensch begann, es zu beeinflussen. Diese Daten helfen dabei, menschliche Einflüsse von natürlichen Klimavariationen zu unterscheiden. Sie sind somit von bedeutendem Wert für die Forschung über den globalen Wandel.

Frühere Klimavariationen

Die moderne Paläoklimaforschung verknüpft dabei alle verfügbaren Klimaarchive, um zu einer möglichst umfassenden Analyse globaler Umweltveränderungen zu gelangen. Verknüpft man Pa­läoklimarekonstruktionen mit Klimasystemmodellen, ergeben sich weit reichende Einblicke in die Dynamik von Klimavaria­tionen.

Klimaarchive

Vergleich der beobachteten Änderungen der globalen Erdoberflächentemperatur mit den von Klimasystemmodellen berechneten Resultaten

Vergleich der beobachteten Änderungen der globalen Erdoberflächentemperatur mit den von Klimasystemmodellen berechneten Resultaten. Die über 10 Jahre gemittelten, gemessenen Temperaturveränderungen (schwarze Linie) sind relativ zum entsprechenden Mittel von 1901 bis 1950 eingezeichnet. Blau schattierte Bänder zeigen die Bandbreite für 19 Simulationen von fünf Klimasystemmodellen, welche nur die natürlichen Antriebe durch Sonnenaktivität und Vulkane berücksichtigen. Rot schattierte Bänder zeigen die Bandbreite für 58 Simulationen von 14 Klimasystemmodellen, die sowohl die natürlichen als auch die anthropogenen Antriebe verwenden. Ohne menschlichen Einfluss kann die Erwärmung der letzten Jahre nicht erklärt werden (Quelle: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report (AR4): Climate Change 2007: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Core Writing Team, Pachauri, R.K. and Reisinger, A. (Eds.), Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Geneva, Switzerland, pp 104)

Meeressedimente und biogene Ausfällungen in den Ozeanen bilden kontinuierliche Klimaarchive, die zeitlich am weitesten zurückreichen, über viele Millionen Jahre in die Vergangenheit. Sie enthalten Informationen darüber, wie sich die gesamte marine Umwelt veränderte und was für Auswirkungen das auf das Leben im Meer hatte. Die Untersuchung dieser Archive erlaubt es daher, die Folgen von Klimaveränderungen auf die Ozeane abzuschätzen, insbeson­dere auf die ozeanischen Zirkulationssysteme. Marine Archive eignen sich zudem hervorragend, um die Mechanismen paralleler Klimaänderungen im Ozean und an Land zu entschlüsseln. Terrestrische Archive, zum Beispiel Baumringe, Seesedimente, Höhlensinter und Eisablagerungen kommen als Klimaarchive in nahezu allen Regionen der Erde vor. Sie eignen sich besonders, um regionale Unterschiede der Klimavariabilität aufzuzeigen, beispielsweise zwischen kontinental und ozeanisch geprägten Klimazonen. Vor allem jahreszeitlich geschichtete Ablagerungen sind von großer Bedeutung. Sie erlauben es, fundierte Aussagen zur kurzfristigen Klimadynamik zu treffen.

Die geowissenschaftliche Klimaforschung hat in den letzten Jahrzehnten erhebliche Fortschritte dabei gemacht, die Klimageschichte der Erde quantitativ zu rekonstruieren. Gleichzeitig sind aber neue wissenschaftliche Herausforderungen entstanden, die es zukünftig anzugehen gilt. Dabei sollten sich die Geowissenschaften stärker mit Nachbardisziplinen verflechten. Synergieffekte sind insbesondere durch eine verstärkte Zusammenarbeit mit der Klimatologie, Meteorologie, Ozeanografie, Ökosystemforschung, Archäologie und Anthropologie zu erwarten.

zuletzt geändert am 2014-08-26 11:05:05 durch Jana Stone | Impressum