Post on 05-Apr-2015
Letzte Maximalvereisungvor 21.000 Jahren
Heute
Ausdehnung von Eiskappen auf der Nordhemisphäre
Modellierung von Eiszeitzyklen
• Rekonstruierte Eiszeitzyklen während der letzten 800.000 Jahre
• Astronomische Theorie der Eiszeiten
• Ein einfaches Modell für Eiszeitzyklen
Änderung der Sonneneinstrahlung Eisvolumenvariationen
• Physikalisch basierte Eismodelle
Eisverteilung in Nordamerika seit der letzten Eiszeit, Eiszeiten in der Zukunft
Rekonstruktion des Eisvolumens mit Sauerstoffisotopen
16O (~ 99,8 %) und 18O (~ 0,2 %)
18O /16O Verhältnis im Ozean = 1 / 500
Abweichungen davon (in ‰) Eisvolumen/Meeresspiegel
Berger & Seibold (1996)
-2.1
-1.8
-1.5
-1.2
-0.9
-0.6
-0.30 100 200 300 400 500 600 700 800
Sa
ue
rsto
ffis
oto
pe
nw
ert
[‰]
Alter [ka]
Interglazial
Glazial
Rekonstruierte Eiszeitzyklen (ODP 806, W-Pazifik)
Berger et al. (1996)
Astronomische Theorie der Eiszeiten
Zeit
+
─
Durchschnittswert
Sonneneinstrahlungbei ca. 65° N im Sommer
Eisschmelze
Eiswachstum
Jahresgang der solaren Einstrahlung
Hartman (1994)
Erde näher an der Sonne im SH Sommer
Tageslängen-EffeKtMittelwert = 342 W m-2
Erdbahnparameter
Elliptizität (~100.000 Jahre)
Schiefe (41.000 Jahre)
Schiefe der Erdbahn und Saisonalität
Ruddiman (2001)
Keine Saisonalität
MaximaleSaisonalität
Änderung der Lage des Frühlingspunktes
Nordsommer
min. Abstand
Nordwinter
min. Abstand
Vor 11.000 Jahren
Heute Kreiselbewegung (~20.000 Jahre)
380
400
420
440
460
480
500
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Q6
5N
(Ju
li) [
W/m
2]
Alter [ka]
Sonneneinstrahlung bei 65° N im Juli
A. Berger (1978)
Solare Einstrahlung und Eisschilde
Ruddiman (2001)
Orbitale Steuerung von Eisschilden:Milankovic Hypothese
Ruddiman (2001)
Kritische Rolle der Sommer- Einstrahlung
Ruddiman (2001)
Die MilankovicHypothese
Sonneneinstrahlung Eisvolumen
Klimasystem
Ziel: Mathematische Beschreibung der Signalumwandlung
Ein einfaches Rechenschema für Eiszeitzyklen
Für ein Zeitintervall gilt:
Änderung Eisvolumen = Eiswachstum – Eisschmelze
Regeln: - Der im Winter gefallene Schnee muss den Sommer überdauern
- Warme Sommer und großes Eisvolumen begünstigen Eisschmelze
Eisschmelze = a1 · Sommereinstrahlung + a2 · Eisvolumen
aus Beobachtungen (konstant)
Kontinentale Eisschilde und Isostasie
Ruddimann (2001)
Zerfall kontinentaler
Eisschilde durch “Kalbung”
Eisschmelze schneller als Hebung des Untergrundes Meerwasser dringt in Senke Kalbung
Ruddimann (2001)
Ein “nulldimensionales” Eismodell
Eismasse, E:
a0 = Eiswachstumsrate (Schneeakkumulation)
a1 = Empfindlichkeit gegenüber Einstrahlungsanomalien, Q
a2 = Eiszerfallsrate neg. Rückkopplung
K = Kalbungsrate
0 1 2
dEa a Q a E K
dt
Kalbungsrate, K: – Positiv wenn “offene” Senke unterhalb des
Meerespiegels existiert– Null sonst
Isostatische Absenkung des Untergrundes, D
H = Mächtigkeit des Eisschildes = f(E)
1 = Zeitkonstante f. Einsinken (1/2 ≈ 1/4)
2 = Zeikonstante f. Entlastung (1/2 = 22 ka)
1 2
dDH E
dt
Zusammenfassung des Eismodells
• Zwei prognostische Gleichungen für E und D
• Diagnostische Gleichungen für K und H
Erfordern weitere Annahmen
• Mehrere unbekannte Parameter (ai, i)
Größenordnung abgeschätzbar
• Anfangsbedingungen: E0 = 0 kg; D0 = 0 m
• Einstrahlungsanomalien: Berger (1978), Rauschen,
Sinusschwingung
Saltzman und Verbitsky (1992): Asthenospheric ice load effects in a global
dynamical-system model of the Pleistocene climate. Climate Dynamics, 8: 1-11.
D:\Fazies_Klima\Ice0D.gsp
Achtung: Modell benutzt physikalischeZeitachse!
1 Ma 0 Ma Zukunft
Experimente mit dem Eismodell 1
• Starten Sie das Modell mit den Standardeinstellungen
• Vergleichen Sie den modellierten Meeresspiegel mit den rekonstruierten Werten. – Gibt das Modell die Daten gut wieder?
– Welche Kriterien sind für den Vergleich sinnvoll?
• Für welchen Zeitpunkt in der Zukunft sagt das Modell eine zukünftige Eiszeit voraus?
Wie gut ist das Modell?
Kriterien: - Glazial-Interglazial Hub (± ok)- Zeitpunkt der Terminationen ()- Lage der Stadiale/Interstadiale ()
Die nächste Eiszeit
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
9.0e05 9.2e05 9.4e05 9.6e05 9.8e05 1.0e06 1.02e06 1.04e06 1.06e06 1.08e06 1.1e06
Time (yr)
Modeled Sea Level
0 Ma
60 ka in der Zukunft
Experimente mit dem Eismodell 2
Starten Sie das Modell nacheinander mit folgenden Einstellungen für Antrieb und Kalbung:
Orbital Sinus Rauschen Kalbung
Ref. - -
1 - -
2 -
3 - - -
4 - - -
Welchen Einfluss haben Antrieb und Kalbung auf die Entstehung des “100-ka” Zyklus und die Lage der Terminationen?
Reaktion auf den Antrieb
• Terminationen treten unabhängig vom Antrieb auf
• Der Antrieb bestimmt den Zeitpunkt der Terminationen (“Phasenlage”)
Rauschen
Sinus
Orbital
Bedeutung der Kalbung
In diesem Modell ist das Auftreten von Terminationen (und damit des “100-ka” Zyklus) vom Kalbungs-mechanismus abhängig.
Ohne Antrieb/Kalbung
Orbital
Orbital + Kalbung
Nulldimensionales EismodellNur wenige Regeln sind notwendig, um die Abfolge der Eiszeiten aus der Sommereinstrahlung in hohen Breiten zu berechnen:
• Der im Winter gefallene Schnee muss den Sommer überdauern
• Eisschmelze wird begünstigt durch
- extrem warme Sommer
- extrem großes Eisvolumen in Gegenwart und Vergangenheit (Einsinktiefe)
• Grundsätzliche Eigenschaften des Klimasystems lassen sich analysieren
• Alter vergangener Eiszeiten können berechnet werden
ABER: - keine physikalischen Gesetzmäßigkeiten liegen zugrunde
- keine Aussage über die räumliche Eisverteilung
- unrealistische Parameterwerte
Unbefriedigend
Wozu eignet sich solch ein Modell?
Physikalische Eismodelle
Herterich (1989)
Letzte Maximalvereisungvor ~ 21.000 Jahren vor 15.000 Jahren
vor 13.000 Jahren vor 9.000 Jahren
Modellierte Eisverteilung in Nordamerika
Marshall & Clarke (1999)
Eiszeiten in der Zukunft
Berger & Loutre (2002)
Zukunft Vergangenheit
vergangene Werte (210-280 ppmv)
eiszeitlicher Wert (210 ppmv)
Treibaus-Wert (750 ppmv)
CO2-Gehalt der Atmosphäre