Klimazustand

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Zur Navigation springen Zur Suche springen

DerKlimazustandbeschreibt den Zustand des Klimasystems, der durch dasEnergie-Budgetbeziehungsweise dieStrahlungsbilanzeines Planeten bestimmt wird.

Die Veränderung eines Klimazustands auf globaler Ebene beruht im Wesentlichen – unter Einbeziehung verschiedener Rückkopplungen – auf einer deutlichen Zu- oder Abnahme des Strahlungsantriebs, der das Klimasystem aus einem stabilen thermisch-radiativenGleichgewichtin das neue Gleichgewicht eines anderen Klimazustands überführt und somit einenKlimawandelbewirkt. Dabei wird generell zwischen positiven und negativen Rückkopplungen unterschieden, wobei positive als selbstverstärkende Rückkopplungen bezeichnet werden und negative als sich selbst abschwächende oder stabilisierende Rückkopplungen. Ein negativ rückgekoppeltes System wird daher Störungen seiner energetischen Balance ausgleichen und zum ursprünglichen Klimazustand zurückkehren.

In diesem Artikel wird hauptsächlich der Klimazustand des Planeten Erde behandelt.

Beschreibung und Einordnung

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
Eisbohrkerndatenund die Kalt- undWarmzeitendesQuartärsmit Angabe der Kohlenstoffdioxid-Konzentrationen

Das Energie-Budget hängt in der jüngeren Erdgeschichte zum großen Teil von denMilanković-Zyklenab (in signifikanter Ausprägung seit dem Beginn desKänozoischen Eiszeitaltersvor 33,9 Millionen Jahren).[1]DieErdbahnparameterwaren maßgeblich an der Intensität derSonneneinstrahlungund den periodischen Klimaschwankungen während desQuartärsauf derNordhalbkugelbeteiligt. Darüber hinaus kann ein Klimawandel auf unterschiedlich langen Zeitskalen vonOrogenesen(Gebirgsbildungen), durch denWärmeinhalt der Ozeane,durchplattentektonische Prozessein Verbindung mit einemMegavulkanismusoder durchmenschliche (anthropogene) Aktivitätenausgelöst oder verstärkt werden.

Thermische EnergieundTreibhausgasein der Atmosphäre bestimmen dasTreibhauspotentialund damit die Entstehung, die Stärke und den Verlauf eines Klimawandels. Für das Erdsystem werden verschiedeneKippelementeangenommen,[2]die unter anderem von Faktoren wie derWasserdampf-Rückkopplungund derEis-Albedo-Rückkopplungabhängig sind undAbrupte Klimawechselauslösen können.[3]Das Konzept der Kippelemente wird in der geowissenschaftlichen Fachliteratur seit Beginn des 21. Jahrhunderts als bis dahin vernachlässigte Möglichkeit diskontinuierlicher Prozesse auf breiter Basis diskutiert.[4]

Kategorien möglicher Klimazustände

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
Fiktionale Darstellung eines Schneeball-Erde-Stadiums, wie im Neoproterozoikum, aber mit modernen Kontinenten

Syukuro Manabewies im Jahre 1988 erstmals darauf hin, dass das Erdklima zwei stabile Zustände haben könne.[5] Der Begriff „Hintergrund-Klimazustand “(englischbackground state) beschreibt den heutigen Klimazustand. In derErdgeschichteschwankt der Klimazustand zwischen „Treibhaus “- (Warmzeiten) und „Eishaus “-Bedingungen (Kaltzeiten).[6]In derKlimatologiewird auch zwischen dem Anfangszustand oderPaläozustandunterschieden, wenn es um die Bestimmung derKlimasensitivitätund des Strahlungsantriebs geht.[7]

Während des „Schneeball Erde“-Zustands kam es zu einer mehrmaligen Vereisung des Planeten imNeoproterozoikumvor rund 720 bis 635 Millionen Jahren. Wahrscheinlich erfassten die damaligen Vereisungsprozesse die gesamte Erde von denPolenbis zumÄquatoreinschließlich der Ozeane.

Der „Hitzehaus “-Zustand[8]wird im Zusammenhang mit einer sehr starken ungebremsten Erwärmung diskutiert, wie sie zum Beispiel in extremer Form auf dem PlanetenVenusauftrat[9]oder als geologisch kurzzeitiges Ereignis an derPerm-Trias-Grenzevor 252 Millionen Jahren dieBiosphäredestabilisierte und ein globales Massenaussterben verursachte.[10]

Auf der Grundlage einesTreibhaus-Erde-Szenarioswird erforscht, ob ein sogenanntergaloppierender Treibhauseffekt(englischrunaway greenhouse effect) auch unter den gegenwärtigen Bedingungen möglich ist.[11][12][13][14]In einer 2013 publizierten Studie wird bei einem CO2-Level von 550 ppm eineKlimasensitivitätvon 3 bis 4 °C angenommen. Demnach würde das Verbrennen aller fossilenEnergieträgereine Zunahme der gegenwärtigen Treibhausgas-Konzentration um das 8- bis 16-fache bewirken und zu einer globalen Temperaturerhöhung von 16 °C führen (mit einer Erwärmung der bodennahen Atmosphäre über den Kontinenten um durchschnittlich 20 °C und über den Polen um 30 °C). Ein vergleichbarer Effekt wie auf der Venus wäre hingegen nahezu ausgeschlossen und erst über längere Zeiträume bei einer grundlegenden Veränderung derSolarkonstanteund der geophysikalischen Parameter zu erwarten.[7]

Verschiedentlich wird in der wissenschaftlichen Literatur, ausgehend von den beiden Grundklimata Warm- bzw. Kaltzeit, eine weitere Unterteilung der Klimazustände inEishaus,Kühles Treibhaus,Warmes TreibhausundHitzehausvorgenommen (Icehouse, Cool Greenhouse, Warm Greenhouse, Hothouse). Nach dieser Systematik besitzt jeder Klimazustand seine eigene geophysikalische und klimatische Charakteristik, die sich von den übrigen deutlich unterscheidet. Darüber hinaus werden an den Übergängen vonEishauszuKühlem Treibhaussowie vonWarmem TreibhauszuHitzehausmehrereKipppunkteangenommen, die das Erdklimasystem in einen neuen und teilweise irreversiblen Zustand überführen können (→Kippelemente im Erdklimasystem).[15][16]

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. denHintergrund-Klimazustand) und den Strahlungsantrieb verändern.[17]In der Wissenschaft wird übereinstimmend festgestellt, dass im Unterschied zu vorindustriellen Klimaschwankungen der aktuelle Erwärmungsprozess gleichzeitig auf allen Kontinenten auftritt, in seiner rapiden Entwicklung von keiner Klimaveränderung der letzten zweitausend Jahre übertroffen wird[18][19]und wahrscheinlich auch ohne vergleichbares Beispiel in der jüngeren Erdgeschichte ist.[20]

Einzelnachweise

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
  1. ↑Simone Galeotti, Robert DeConto, Timothy Naish, Paolo Stocchi, Fabio Florindo, Mark Pagani, Peter Barrett, Steven M. Bohaty, Luca Lanci, David Pollard, Sonia Sandroni, Franco M. Talarico, James C. Zachos:Antarctic Ice Sheet variability across the Eocene-Oligocene boundary climate transition.In:Science.352. Jahrgang,Nr.6281,April 2016,S.76–80,doi:10.1126/science.aab0669(englisch,core.ac.uk[PDF]).
  2. ↑Kippelemente – Achillesfersen im Erdsystem.Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung,abgerufen am 26. September 2016.
  3. ↑Timothy M. Lenton, Johan Rockström, Owen Gaffney, Stefan Rahmstorf, Katherine Richardson:Climate tipping points — too risky to bet against.In:Nature.Band575,Nr.7784,November 2019,S.592–595,doi:10.1038/d41586-019-03595-0(nature).
  4. ↑Timothy M. Lenton,Hermann Held,Elmar Kriegler,Jim W. Hall,Wolfgang Lucht,Stefan Rahmstorf,Hans Joachim Schellnhuber:Tipping elements in the Earth's climate system.In:PNAS.105. Jahrgang,Nr.6,2008,S.1786–1793,doi:10.1073/pnas.0705414105(englisch).
  5. ↑S. Manabe, R. J. Stouffer:Two Stable Equilibria of a Coupled Ocean-Atmosphere Model.In:Journal of Climate.Band1,Nr.9,1. September 1988,ISSN0894-8755,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.Band1:The Physical Climate.Springer Wissenschaftsverlag, 2013,ISBN 978-94-007-5756-1,2.8 From Hothouse to Icehouse.
  7. ↑abJames 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.Band371,Nr.2001,28. Oktober 2013,ISSN1364-503X,S.20120294,doi:10.1098/rsta.2012.0294(englisch).
  8. ↑Michael Marshall:Humans could turn Earth into a hothouse.Band212,Nr.2839.Elsevier, 19. November 2011,S.10–11,doi:10.1016/S0262-4079(11)62820-0.
  9. ↑M. J. Way, Anthony D. Del Genio:Venusian Habitable Climate Scenarios: Modeling Venus Through Time and Applications to Slowly Rotating Venus‐Like Exoplanets.In:JGR Planets.125. Jahrgang,Nr.5,Mai 2020,doi:10.1029/2019JE006276(englisch,arxiv.org[PDF]).
  10. ↑Yadong Sun, Michael M. Joachimski, Paul B. Wignall, Chunbo Yan, Yanlong Chen, Haishui Jiang, Lina Wang, Xulong Lai:Lethally Hot Temperatures During the Early Triassic Greenhouse.In:Science.338. Jahrgang,Nr.6105,Oktober 2012,S.366–370,doi:10.1126/science.1224126(englisch,edu.br[PDF]).
  11. ↑S. I. Rasool, C. De Bergh:The Runaway Greenhouse and the Accumulation of CO2 in the Venus Atmosphere.In:Nature.Band226,Nr.5250,13. Juni 1970,S.1037–1039,doi:10.1038/2261037a0.
  12. ↑James F. Kasting:Runaway and moist greenhouse atmospheres and the evolution of Earth and Venus.In:Icarus.Band74,Nr.3,Juni 1988,S.472–494,doi:10.1016/0019-1035(88)90116-9.
  13. ↑Kendall Powell & John Bluck:Tropical ‘runaway greenhouse’ provides insight to venus.NASA Ames Research Center, 2002 (nasa.gov).
  14. ↑H. C. Fricke, C. Williams, J. B. Yavitt:Polar methane production, hothouse climates, and climate change.American Geophysical Union, Dezember 2009,bibcode:2009AGUFMPP44A..02F.
  15. ↑David L. Kidder, Thomas R. Worsley:A human-induced hothouse climate?In:GSA Today (The Geological Society of America).22. Jahrgang,Nr.2,Februar 2012,S.4–11,doi:10.1130/G131A.1(englisch,semanticscholar.org[PDF]).
  16. ↑Thomas Westerhold, Norbert Marwan, Anna Joy Drury, Diederik Liebrand, Claudia Agnini, Eleni Anagnostou, S. K. Barnet, Steven M. Bohaty, David De Vleeschouwer, Fabio Florindo, Thomas Frederichs, David A. Hodell, Ann E. Holbourn,Dick Kroon,Vittoria Lauretano, Kate Littler, Lucas J. Lourens, Mitchell Lyle, Heiko Pälike, Ursula Röhl, Jun Tian, Roy H. Wilkens, Paul A. Wilson, James C. Zachos:An astronomically dated record of Earth’s climate and its predictability over the last 66 million years.In:Science.369. Jahrgang,Nr.6509,September 2020,S.1383–1387,doi:10.1126/science.aba6853(englisch,ucsc.edu[PDF]).
  17. ↑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.Band491,Nr.7426,November 2012,S.683–691,doi:10.1038/nature11574(englisch,academiccommons.columbia.edu[PDF]).
  18. ↑Raphael Neukom, Nathan Steiger, Juan José Gómez-Navarro, Jianghao Wang, Johannes P. Werner:No evidence for globally coherent warm and cold periods over the preindustrial Common Era.In:Nature.571. Jahrgang, Juli 2019,S.550–554,doi:10.1038/s41586-019-1401-2(englisch,researchgate.net[PDF]).
  19. ↑PAGES 2k Consortium:Consistent multidecadal variability in global temperature reconstructions and simulations over the Common Era.In:Nature Geoscience.12. Jahrgang,Nr.8,August 2019,S.643–649,doi:10.1038/s41561-019-0400-0,PMC 6675609(freier Volltext) – (englisch).
  20. ↑Richard E. Zeebe, Andy Ridgwell,James C. Zachos:Anthropogenic carbon release rate unprecedented during the past 66 million years.In:Nature Geoscience.9. Jahrgang,Nr.4,April 2016,S.325–329,doi:10.1038/ngeo2681(englisch,lta.org[PDF]).
Abgerufen von „https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Klimazustand&oldid=240950867“