KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Nach den verheerenden Bränden in Russland macht der NABU auf die alarmierenden Folgen für das Weltklima aufmerksam.

Ein feuchtes Moor kann nicht brennen – Foto: Dohduhdah / Wikipedia

Nach Schätzungen von Prof. Florian Siegert vom GeoBio-Center der Ludwig-Maximilians-Universität in München könnten allein durch die Torfbrände in Russland zwischen 30 und 100 Millionen Tonnen klimaschädliches Kohlendioxid entstanden sein. Das entspricht in etwa vier bis zwölf Prozent der CO2-Jahresemission Deutschlands. Diese erste Auswertung basiert auf zunächst gering aufgelösten Satellitendaten. Um das gesamte Ausmaß der Katastrophe detailliert zu erfassen bedarf es dringend weiterer Forschung. Thomas Tennhardt, NABU-Vizepräsident und Leiter des Fachbereichs Internationales: „Die Torfbrände hatten nicht nur schlimme Auswirkungen für die Menschen und Tiere in der Region. Die Gefahr für das Klima wird durch die freigesetzten Rußpartikel noch verstärkt. Sie halten sich sehr lang in der Atmosphäre und können bis zur Arktis getragen werden, wo sie die Eisschmelze weiter beschleunigen.“

Wochenlang brannten im Umland von Moskau nicht nur Wälder, sondern auch Torfmoore. Die dadurch entstandene extreme Feinstaubbelastung kostete vermutlich Tausende von Menschen das Leben. Der dichte Qualm aus brennenden Mooren enthält große Mengen des äußerst gefährlichen Kohlenstoffmonoxids und klimaschädliches Kohlendioxid. Die daraus resultierende Schadstoffbelastung ist um ein Vielfaches höher als die aus brennenden Wäldern. Die russischen Torfmoore wurden seit den dreißiger Jahren flächendeckend für eine wirtschaftliche Nutzung trockengelegt. Um das Entstehen von Torfbränden künftig zu verhindern und die Funktionstüchtigkeit dieser Ökosysteme zu sichern, müssen die ehemaligen Torfmoore wieder vernässt werden.

Aus NABU-Sicht ist es daher notwendig, in den betroffenen Regionen in Russland ein Konzept zur Wiederherstellung der Moore zu starten. Dies schließt nicht zwangsläufig eine weitere Nutzung aus. Felix Grützmacher, NABU-Referent für Moorschutz: „In Deutschland zeigen solche Projekte bereits vielversprechende Ergebnisse. Bei der wirtschaftlichen Nutzung von zum Beispiel Schilf als Brenn- oder Baustoff kann der Boden nass bleiben und die Gefahr von Feuern ist gebannt. Dies wäre nicht nur ein Beitrag für den Klimaschutz, sondern hätte positive Effekte für viele Tier- und Pflanzenarten.

Wird das Eis auf dem Nordpolarmeer immer dünner? Forschungsflugzeug Polar 5 misst Meereiseisdicke nördlich von Grönland.

Die Polar 5 auf dem Eis vor dem Start zu einem Messflug – (c) Johannes Käßbohrer / AWI

Die Meereisausdehnung in der Arktis wird im September ihr jährliches Minimum erreichen. Prognosen lassen vermuten, dass es nicht so gering ausfallen wird wie im Jahr 2007, dem Jahr der geringsten Ausdehnung seit Satelliten diese aufzeichnen. Meereisphysiker vom Alfred-Wegener-Institut sorgen sich trotzdem um das langjährige Gleichgewicht im Nordpolarmeer. Sie haben Indizien dafür, dass die Masse des Meereises schwindet, weil seine Dicke abnimmt. Um dies zu belegen, messen sie derzeit die Eisdicke nördlich und östlich von Grönland mit dem Forschungsflugzeug Polar 5. Ziel der gut einwöchigen Kampagne ist es, den Export von Meereis aus der Arktis zu bestimmen. Hierüber findet etwa ein Drittel bis die Hälfte des Süßwasserexports aus dem Nordpolarmeer statt – ein wichtiger Antriebsfaktor im globalen Ozeanströmungssystem.

Die Frage, wann die Arktis im Sommer eisfrei sein wird, beschäftigt die Meereismodellierer um Prof. Dr. Rüdiger Gerdes vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft schon seit längerem. Satelliten erfassen die Ausdehnung des arktischen Eises seit mehr als 30 Jahren. Für die Bilanz, wie viel Meereis es gibt, ist neben der flächigen Ausdehnung auch die Dicke des Eises entscheidend. Diese lässt sich bisher jedoch nur vor Ort bestimmen: Beispielsweise mit Hilfe des so genannten EM-Bird, einem elektromagnetischen Messgerät, das Helikopter oder Flugzeuge in geringer Höhe über das Eis schleppen. Für Gerdes eine ganz besondere Aufgabe, denn gewöhnlich modelliert er seine Prognosen am heimischen Computer. Die Messkampagne mit dem Forschungsflugzeug Polar 5 des Alfred-Wegener-Instituts führt ihn jetzt erstmalig auf Expedition in die Arktis. „Ich bin sehr gespannt auf die Ergebnisse der Eisdickenmessungen“, so Gerdes. „Nur wenn wir wissen, wie das Eis unterschiedlicher Dicken verteilt ist, können wir berechnen, wie viel Süßwasser aus dem Nordpolarmeer über Eis abtransportiert wird.“

Ungefähr 3000 Kubikkilometer Eis driften jährlich aus dem Nordpolarmeer, das entspricht etwa 2700 Milliarden Tonnen. Das Eis exportiert Süßwasser, das über Flüsse und durch Niederschläge ins Nordpolarmeer gelangt. So wird dessen Salzgehalt aufrechterhalten, der langfristig konstant war. Der weltweit beobachtete Temperaturanstieg ist in den arktischen Breiten besonders ausgeprägt. Seit mehreren Jahren beobachten Forscher, dass das Eis immer dünner wird. Dadurch speichert und exportiert es weniger Süßwasser, und der Salzgehalt (auch als Salinität bezeichnet) des Arktischen Ozeans nimmt ab. Dies beeinflusst einerseits alle Lebewesen, die sich an die Bedingungen angepasst haben. Andererseits wirken sich Änderungen in der Salinität auch auf Strömungsmuster der globalen Ozeanzirkulation und damit den meridionalen Wärmetransport aus. Bei der Messkampagne TIFAX (Thick Ice Feeding Arctic Export) interessiert die Wissenschaftler besonders das mehrere Meter dicke, mehrjährige Eis, das vor allem an der Nordküste Grönlands vorkommt. „Hier von Station Nord aus die Messflüge zu starten, ist ein besonderes Abenteuer“, berichtet Gerdes von einer der nördlichsten Messstationen der Welt. „Mit dem hoch technisierten Forschungsflugzeug durch nahezu unbesiedelte Gebiete der Arktis zu fliegen ist ein starker Kontrast zu meiner Modellierungsarbeit am Computer.“

Nach dem Höhepunkt der letzten Eiszeit vor rund 21000 Jahren folgten die Mammuts den sich zurückziehenden Gletschern in kühlere Regionen der Nordhalbkugel.

Mammuts starben aufgrund des Klimawandels aus – Abbildung: Mauricio Anton / Wikipedia

Dort starben die beeindruckenden Tiere sowie weitere große Säuger wie Wollnashorn und Höhlenlöwe vor etwa 11000 Jahren aus. Für dieses Massensterben wurden lange Zeit vor allem eiszeitliche Jäger verantwortlich gemacht. Jetzt belegt eine aktuelle Studie: Der Mensch war wahrscheinlich nicht die Hauptursache für das Aussterben der Eiszeitriesen. Der Grund war wohl vielmehr das sich verändernde Klima.
Die bisher umfangreichste Untersuchung über Klima und Vegetation der Nordhalbkugel während der letzten Eiszeit wurde im renommierten Fachjournal „Quarternary Science Reviews“ veröffentlicht. Neben Wissenschaftlern aus England und Schweden ist auch der kürzlich an das Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F) berufene Professor Thomas Hickler daran beteiligt. Der Leiter des Projektbereichs “Dynamische Biosphäre und Klimavariabilität” sagte: „Die so genannte Megafauna hat bereits frühere Warmzeiten überlebt. Deshalb gingen bisher viele davon aus, dass die menschliche Jagd die Hauptursache für ihr Aussterben war. Unsere Ergebnisse bestätigen jedoch Untersuchungen der letzten Jahre, die dem Klima die größere Rolle beimessen.“

Anhand von Pollendaten und Computersimulationen untersuchten die Wissenschaftler die durch den damaligen Klimawandel verursachten Veränderungen der Vegetation während und nach der Eiszeit. Die Ergebnisse belegen eindrucksvoll, wie sich der Lebensraum – parallel zu steigenden Temperaturen, bei zunehmender Feuchtigkeit und dem gleichzeitigen Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre – verändert hat. Die Produktivität der Ökosysteme nahm dabei insgesamt zu. Die für die einst riesige Eiszeitsteppe typische krautige Biomasse, von der sich Eiszeitriesen wie Wollmammut und Wollnashorn ernährt hatten, wurde durch Wälder und Tundren verdrängt und ging stark zurück. Die großen Säugetiere fanden deshalb immer weniger Nahrung – was schließlich, in Kombination mit der Bejagung durch den Menschen, zu ihrem Aussterben führte. Und ohne die großen Pflanzenfresser fehlte auch Fleischfressern wie Höhlenlöwen und Höhlenbären die Beute, sie verschwanden ebenfalls.

Thomas Hickler sieht in diesen eiszeitlichen Ereignissen eine Parallele zur heutigen Zeit. Im Hinblick auf die Bedrohung von Arten und Lebensräumen äußert der BiK-F-Wissenschaftler: „Die Auswirkungen der Kombination aus Klimawandel und menschlicher Einflussnahme auf die Ökosysteme könnte auch in naher Zukunft zu Massenaussterben führen, zumal es wahrscheinlich noch deutlich wärmer wird als damals. Außerdem greift der Mensch heute viel stärker in die Umwelt ein als damals durch die Jagd. Land- und Forstwirtschaft nehmen bereits zirka 50 Prozent der Landoberfläche in Anspruch, und immer mehr Menschen konkurrieren mit der Artenvielfalt um das, was noch übrig ist.“

Originalpublikation:

Judy R.M. Allen, Thomas Hickler, Joy S. Singarayer, Martin T. Sykes, Paul J. Valdes, Brian Huntley,: Last glacial vegetation of northern Eurasia. – Quaternary Science Reviews doi:10.1016/j.quascirev.2010.05.031.

Wissenschaftler der Universität Trier wollen einen bedeutenden Beitrag zum Verständnis des Klimasystems in der Arktis leisten.

Die Polar 5 auf dem Eis – (c) Johannes Käßbohrer / AWI

Dazu wurde eine dreiwöchige Messkampagne im Rahmen des Trierer Projekts IKAPOS unter der Leitung von Prof. Günther Heinemann (Umweltmeteorologie) in Nordgrönland durchgeführt. Mit dem speziell für meteorologische Messungen instrumentierten Forschungsflugzeug „POLAR 5“ wurden bei Flügen über Gletschern in Nord- und Westgrönland sowie über Meereis und Ozean im Bereich der Nares-Straße zwischen Kanada und Grönland Messdaten erhoben. Die Expeditionsbasis befand sich im Inuit-Dorf Qaanaaq, in dem 600 Einwohner leben. Hauptziel der Messungen war die quantitative Erfassung von Austauschprozessen zwischen Eis- bzw. Ozeanoberfächen und der Atmosphäre.
Die Messungen dienen zum Verständnis des arktischen Klimasystems und der Klimamodellierung in polaren Regionen. Die Flugzeugmessungen wurden durch das Alfred-Wegener-Institut gefördert, die Auswertungen finden im Rahmen eines Projekts der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) statt und werden etwa zwei Jahre dauern.

Der Klimawandel, die intensive Landwirtschaft, Infrastrukturausbau und Entwaldung setzen der Bergwelt besonders zu.

Stausee im Hochgebirge – Foto: Erich Werner / Pixelio

Das hat die Europäische Umweltagentur EEA in einer Studie zu alpinen Ökosystemen herausgearbeitet.

“Reiche Biodiversität, aber immer verwundbarer” – so lautet das Fazit der EEA. Dabei seien die alpinen Ökosyteme hochgradig wichtig für die Regulierung von klimatischen Zyklen und dem Wasserhaushalt. Dennoch nähmen die Bedrohungen durch Landnutzung, Intensivierung der Landwirtschaft, den Bau neuer Straßen und Gebäude, nicht nachhaltige Ausbeutung der Naturschätze und die Klimaveränderungen immer mehr zu.

Berge und Alpen stellen 29 Prozent des Gebietes der EU. Rund 40 Prozent dieses Gebietes ist bewaldet. Durch die Höhen-, Temperatur- und Niederschlagsunterschiede bedingt ist die Artenvielfalt sehr reichhaltig. Auch die durch die schwierigere Bewirtschaftung weit extensiver genutzten landwirtschaftlichen Zonen seien artenreich – jegliche Änderung der Wirtschaftsform gefährdeten diesen Reichtum. Die Klimaerwärmung sei für die alpinen Arten besonders schwer zu ertragen, schon weil es kaum Ausweichmöglichkeiten gebe. Deshalb könnte beispielsweise die Hälfte aller Pflanzenarten bis 2100 ausgestorben sein, warnt die EEA. Die Zersiedelung der Landschaft durch Straßenbau tue sein Übriges dazu.

Die Studie ist Teil der EEA-Kampagne im Internationalen Jahr der Biodiversität, für das die in Kopenhagen ansässige Umweltagentur zehn Botschaften entwickelt. Die Studie über alpine Ökosysteme ist die achte in der Reihe.

EEA-Seite zur Ökosystem-Studie der Bergwelt (engl.)

Teile der Arktis haben sich im letzten Jahrhundert deutlich abgekühlt. Seit 1990 steigen die Temperaturen jedoch auch dort stark an.

Probenentnahme an Baum auf Halbinsel Kola in NW-Russland – Foto: Michael Friedrich / Institut für Botanik, Uni Hohenheim

Das geht aus einer Rekonstruktion der Sommertemperaturen der letzten 400 Jahre mit Hilfe von Baumringen aus Regionen nördlich des Polarkreises hervor. Dazu analysierten deutsche und russische Forscher das Baumwachstum mit Hilfe von Jahresringen von der russischen Kola-Halbinsel und verglichen es mit drei ähnlichen Untersuchungen von anderen Orten in der Arktis.

Seit dem Jahre 1600 hat die rekonstruierte Sommertemperatur auf Kola in den Monaten Juli und August zwischen 10,4°C (1709) und 14,7°C (1957) gelegen – bei einem Mittelwert von 12,2°C über die letzten 400 Jahre. Nach einer Phase der Abkühlung ist seit 1990 ein anhaltender Erwärmungstrend beobachtbar. „Die Daten deuten auf einen starken Einfluss der Sonnenaktivität auf die Sommertemperaturentwicklung hin, der allerdings seit 1990 von anderen Faktoren überlagert wird“, schreiben Wissenschaftler der Moskauer Instituts für Geographie, der Universität Hohenheim und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) im Fachblatt Arctic, Antarctic and Alpine Research.

Für die Untersuchungen verwendeten die Forscher Holzproben von insgesamt 69 Waldkiefern (Pinus sylvestris) aus dem Khibiny-Gebirge auf der Kola-Halbinsel unweit der Grenze zu Finnland zwischen dem Polarkreis und dem Nordmeerhafen Murmansk. Die Untersuchungsregion befindet sich in der Übergangszone zwischen dem von Golf- bzw. Nordatlanikstrom geprägten Skandinavien und den kontinentalen Gebieten Eurasien. Diese Grenzlage macht diese Region besonders interessant für klimatologische Studien.

Auf Kola herrscht ein kalt-gemäßigtes Klima mit langen, mittelkalten Wintern und kalten feuchten Sommern. Die Temperatur schwankt in diesem Teil der Arktis im Mittel zwischen -12°C im Januar und +13°C im Juli, bei einer Wachstumsphase für die Bäume von nur 60 bis 80 Tagen. Die Vegetation an den nördlichen Ausläufern der Taiga wird von Fichten, Kiefern und Birken geprägt. Die Proben stammten von drei Standorten in Khibiny Gebirge in der Nähe der heutigen Höhenbaumgrenze zwischen 250 und 450m über dem Meeresspiegel. Die geografische (nördliche) Baumgrenze verläuft etwa 100 Kilometer weiter nördlich. In früheren Studien konnten die Forscher um Tatjana Böttger vom UFZ zeigen, dass die Kiefernwälder auf der Kola-Halbinsel vor 7000 bis 3500 Jahren bereits ca. 50 Kilometer weiter im Vergleich zu Ihrer heutigen nördlichen Position nach Norden reichten. Für diese Studie haben die Forscher jedoch Bäume von der Höhen-Baumgrenze verwendet, da diese sehr sensibel auf Temperaturschwankungen reagieren und besonders aussagekräftig sind wie auch US-Amerikanische Forscher im November 2009 im Fachblatt PNAS demonstrierten als sie mit Hilfe einer langlebigen Kiefernart in Kalifornien und Nevada nachwiesen, dass diese Bäume in den letzten 50 der vergangenen 3500 Jahre aufgrund von gestiegenen Temperaturen besonders stark gewachsen waren.
Im Institut für Botanik der Universität Hohenheim in Stuttgart maßen die deutschen Forscher die Breite der einzelnen Jahresringe. Die Kalibrierung der Jahresringchronologien mit Hilfe der meteorologischen Wetteraufzeichnungen der letzten 127 Jahre und die Auswertung der Ergebnisse erfolgte zusammen mit dem Institut für Geographie der Russischen Akademie der Wissenschaften (RAW) in Moskau und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung in Halle. „Neben Temperatur, hängt das Wachstum stark auch von nichtklimatischen Faktoren wie Licht, Nährstoffen, Wasserversorgung und Konkurrenz zu anderen Bäumen ab. Es ist daher entscheidend, diese Trends zu isolieren, um das möglichst reine Klimasignal zu erhalten“, erklärt Yury M. Kononov von der RAW in Moskau.

Nach der Rekonstruktion der Sommertemperaturen auf der Kola-Halbinsel verglichen die Forscher ihre Ergebnisse mit ähnlichen Untersuchungen an Baumringen aus dem schwedischen Lappland sowie von der Yamal- und Taimyr-Halbinsel im sibirischen Teil Russlands, die bereits 2002 im Fachblatt Holocene veröffentlicht worden waren. Die rekonstruierten Sommertemperaturen der letzten vier Jahrhunderte ähneln sich zwischen Lappland, der Kola- und Taimyr-Halbinsel insofern, dass alle drei Datenreihen ein Temperaturmaximum in der Mitte des 20. Jahrhunderts zeigen, auf das eine Abkühlung um ein bis zwei Grad folgte. Lediglich die Datenreihe der Yamal-Halbinsel erreichte ihr Maximum erst um etwa 1990. Auffällig an den Daten der Kola-Halbinsel ist, dass die höchsten Werte im Zeitraum um die Jahre 1935 und 1955 ermittelt wurden und die Kurve bis 1990 auf das Niveau von 1870 sank, was dem Beginn des industriellen Zeitalters entspricht. Seit 1990 erhöhten sich die Temperaturen dagegen wieder deutlich. Auffällig an den neuen Daten ist, dass die rekonstruierten Temperaturminima gerade mit Zeiten niedriger Sonnenaktivität zusammenfallen. Daher vermuten die Forscher, dass in der Vergangenheit die Sonnenaktivität einen wesentlichen Beitrag zu den Schwankungen der Sommertemperaturen der Arktis beigetragen hat. Allerdings ist dieser Zusammenhang nur bis 1970 deutlich, dann gewinnen andere, möglicherweise regionale Besonderheiten, die Oberhand. „Sicher ist nur: Dieser Teil der Arktis hat sich nach der Ende der Kleinen Eiszeit vor ca. 250 Jahren erwärmt, ab der Mitte des vorigen Jahrhunderts abgekühlt und erwärmt sich seit 1990 wieder“ so die Paleoklimatologin Dr. Tatjana Böttger vom UFZ.

Im September 2009 hatte eine internationale Forschergruppe Modellrechnungen präsentiert, wonach sich die Arktis in den letzten zwei Jahrtausenden bis zum Beginn des Industriezeitalters um etwa 0,2 °C pro Tausend Jahre langsam abgekühlt hat und dafür ein langsames Nachlassen der Sonneneinstrahlung im Sommer verantwortlich gemacht. Allerdings sei das letzte Jahrzehnt das wärmste seit Beginn der Zeitrechnung gewesen und habe 1,4°C über der Prognose gelegen, so Darrell S. Kaufman und Kollegen im Fachblatt Science. Die neuen Daten von Kononov, Friedrich und Böttger stützen diese These, wonach die Sonnenaktivität in der Vergangenheit einen wesentlichen Einfluss auf die Sommertemperaturen in der Arktis hatte, dieser aber in den letzten Jahrzehnten stark abgeschwächt ist.
Tilo Arnhold / UFZ

Originalpublikation:
Yu. M. Kononov, M. Friedrich and T. Boettger (2009): Regional Summer Temperature Reconstruction in the Khibiny Low Mountains (Kola Peninsula, NW Russia) by Means of Tree-ring Width during the Last Four Centuries
Arctic, Antarctic, and Alpine Research, Vol. 41, No. 4, 2009, pp. 460–468, DOI: 10.1657/1938-4246-41.4.460
Zur Online-Publikation (engl.)

Kulturpflanzen widerstandsfähiger gegen Hitze, Trockenheit und Krankheitsbefall zu machen, ist das Ziel des neuen bayerischen Forschungsverbunds „Forplanta: Pflanzen fit für die Zukunft“.

Ackerschmalwand – Foto: Alberto Salguero / Wikipedia

Prof. Dr. Uwe Sonnewald, Lehrstuhl für Biochemie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), ist an der Forschung mit einer Arbeitsgruppe beteiligt. Das bayerische Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst fördert den Verbund in den kommenden drei Jahren mit rund 1,5 Millionen Euro.
„Durch den Klimawandel werden in den nächsten Jahren Hitze und Trockenheit unseren Kulturpflanzen verstärkt zusetzen“, sagt Prof. Sonnewald. „Der neue Forschungsverbund will mit Hilfe moderner Technologien wie der Gen- und Genomforschung herausfinden, wie Pflanzen besser gegen diese Belastungen gewappnet werden können.“ Zunächst wollen die Forscher die Pflanze Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) untersuchen. Von dieser existieren weltweit eine Vielzahl so genannter Ökotypen, d.h. Varianten, die entweder an heiße und trockene oder an kalte Klimaregionen angepasst sind.

In der Arbeitsgruppe von Prof. Sonnewald wird erforscht, wie sich bei den verschiedenen Ökotypen die Aktivität der Gene sowie der Stoffwechsel bei Hitze und Trockenheit verändern. Im Zentrum der Forschung stehen dabei der pflanzliche Wasserhaushalt und das Pflanzenhormon Abscisionsäure (ABA). Dieses wirkt bei Wassermangel wie ein Stresshormon. Es sorgt dafür, dass die Spaltöffnungen in der Außenhaut der Blätter geschlossen werden – aus der Pflanze entweicht dann weniger Wasser. Wenn es gelingt, die Wirkung von ABA bei den Pflanzen zu optimieren, könnte die Toleranz gegen Hitze und Dürre verbessert werden. Da die Spaltöffnungen außerdem wichtige Eintrittspforten für schädliche Bakterien und Pilze sind, will die Arbeitsgruppe von Prof. Sonnewald untersuchen, ob sich Veränderungen bei den Spaltöffnungen auch auf die Abwehr von Krankheitserregern auswirken.

Das Max-Planck-Institut für Meteorologie veröffentlicht neue Modellrechnungen.

Wieviele Emissionen können wir uns noch leisten? – Foto: Dagmar Struß / birdfish

Erich Roeckner und seine Koautoren am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) gehen der Zwei-Grad-Frage in einer jetzt erschienenen Veröffentlichung mit dem Titel „Historical and future anthropogenic emission pathways derived from coupled climate-carbon cycle simulations“ in der Fachzeitschrift „Climatic Change“ nach.
Als Erste veröffentlichen sie die Ergebnisse einer Pilotstudie, die im Rahmen des EU-Projekts ENSEMBLES durchgeführt wurde. Die Wissenschaftler berechnen mit einem gekoppelten Klima-Kohlenstoffkreislauf-Modell des MPI-M die CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen, die noch erlaubt sind, um das von der EU angestrebte 2°C-Ziel nicht zu überschreiten. Dazu wenden sie eine Inversmethode an, mit der aus vorgegebenen CO2-Konzentrationen zeitliche Emissionsverläufe rekonstruiert werden können.

Ergebnis

Es müssen signifikante und baldige Maßnahmen getroffen werden, um Emissionen von Treibhausgasen zu vermindern. Nur so kann die globale Erwärmung in diesem Jahrhundert bei nicht mehr als 2°C oberhalb des vorindustriellen Niveaus stabilisiert werden. Im verwendeten Stabilisierungsszenario steigt die „erlaubte“ CO2-Emission von ca. 7 GtC im Jahr 2000 auf einen Maximalwert von ca. 10 GtC im Jahr 2015 an. Danach müssen die Emissionen deutlich reduziert werden, und zwar um 56 % bis zum Jahr 2050 und um fast 100 % gegen Ende dieses Jahrhunderts. Die globale Erwärmung bleibt nach den Berechnungen des MPI-M bis 2100 zwar unterhalb der 2°C-Grenze, längerfristig ist jedoch eine weitere Erwärmung nicht auszuschließen.

Methodik

Ziel der Studie ist es, zukünftige Klimaänderungen und CO2-Emissionen in einem Szenario zu simulieren, in dem die CO2(äquivalent)-Konzentrationen in der Atmosphäre langfristig auf 450 ppm stabilisiert werden. Hintergrund für dieses sogenannte E1-Szenario ist das politische Ziel der EU, die durch den Menschen verursachte globale Erwärmung auf maximal 2°C gegenüber dem vorindustriellen Niveau zu begrenzen. Das E1-Szenario wurde im ENSEMBLES Projekt mithilfe eines „Integrated Assessment Models“ entwickelt, das u. a. Energieerzeugung, Landnutzung und Kohlenstoffkreislauf beinhaltet sowie ein einfaches Klimamodell. Die mit diesem Modell berechneten Konzentrationen von Treibhausgasen und Aerosolen dienen als Input für die MPI-M Simulationen.

Erich Roeckner und seine Koautoren folgen in ihrer Studie einer Methodik, die das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) für die Simulationen zum fünften Weltklimastatusbericht (Assessment Report 5 – AR5) vorschlägt: Erdsystemmodelle inklusive Kohlenstoffkreislauf werden benutzt, um die anthropogenen CO2-Emissionen abzuschätzen, die mit einem vorgeschriebenen Konzentrationsverlauf vereinbar sind. Die berechneten Emissionen hängen dann allein davon ab, welcher Anteil des anthropogenen Kohlenstoffs im Modell von der Landoberfläche und den Ozeanen aufgenommen wird. In der vorliegenden Studie wurde die „Ensemblemethode“ verwendet: Die Wiederholung der Experimente mit unterschiedlichen vorindustriellen Startterminen erlaubt, anthropogene Klimaänderung und interne Klimavariabilität zu unterscheiden.

Modell

Das für diese Studie genutzte Modell ist eine grob aufgelöste Version (ca. 400 km Gitterabstand) des Erdsystemmodells des MPI-M mit den Subsystemen Atmosphäre einschließlich der Landoberfläche, Ozean inklusive Meereis sowie dem marinen und terrestrischen Kohlenstoffkreislauf. Abgesehen vom Kohlenstoffkreislauf und feinerer Gitterauflösung (200 km Gitter), wurden mit diesem Modell die Berechnungen für den AR4 des IPCC am MPI-M durchgeführt.

Ergebnisse

Relation von Emissionen und Temperaturen – Abb.: MPI
Abbildung 1a zeigt den zeitlichen Verlauf der vom Modell berechneten CO2-Emissionen im E1-Stabilisierungsszenario. Nach einem Anstieg bis zu einem Maximalwert von etwa 10 GtC im Jahr 2015 folgt eine Abnahme auf 4.5 GtC im Jahr 2050. Dies entspricht einer Reduktion um 56 % in 35 Jahren. Bis zum Ende dieses Jahrhunderts müssen die fossilen CO2-Emissionen gegen Null gehen, um eine langfristige Stabilisierung der atmosphärischen CO2-Konzentration zu erreichen.

Abbildung 1b zeigt die zeitliche Entwicklung der globalen Jahresmitteltemperatur nahe der Erdoberfläche. Bis zum Jahr 2040 steigt die globale Erwärmung noch relativ stark an. Danach nähert sie sich allmählich der 2°C-Grenze. Offenbar ist aber am Ende des Jahrhunderts noch kein Gleichgewichtszustand erreicht, und vermutlich würde die 2°C-Grenze bei Fortsetzung der Simulationen im 22. Jahrhundert überschritten werden.

Abb. 1a (links): Beobachtete und simulierte CO2-Emissionen in GtC/Jahr. Gezeigt wird das 11-jährige übergreifende Mittel für 5 Modellsimulationen (dünne Linien) und für das Ensemblemittel (fett). Hellgrün: Vergangener Zeitraum (1950-2000); dunkelgrün: Stabilisierungsszenario E1 (2001-2100); schwarz: Beobachtungen.

Abb. 1b (rechts): Analog zu Abb. 1a für die Anomalien der globalen Jahresmitteltemperatur in Bodennähe bezüglich des Referenzzeitraums 1860-1880.

Analoge Modellsimulationen wurden im Rahmen des ENSEMBLES-Projekts an mehreren europäischen Klimazentren durchgeführt. Eine Zusammenschau der Ergebnisse wurde von T.C. Johns vom Met Office, Hadley Centre, UK, zur Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Climate Dynamics“ eingereicht.

Originalveröffentlichung

E. Roeckner, M.A. Giorgetta, T. Crüger, M. Esch und J. Pongratz: Historical and future anthropogenic emission pathways derived from coupled climate-carbon cycle simulations. Climatic Change, DOI 10.1007/s10584-010-9886-6, (2010). http://www.springerlink.com

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