Die natürliche Variabilität des Klimas Anne Wackerbarth 25.01.2007 Betreuer: Augusto Mangini.
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Die natürliche Variabilität des Klimas
Anne Wackerbarth 25.01.2007
Betreuer: Augusto Mangini
Gliederung:
1. Klimavariationen der letzten 4,5 Mrd Jahre
2. Klimavariationen des Quartär
3. Hauptthema: Das Klima des Holozäns
(Untersuchungen an Stalagmiten im Vergleich mit anderen Klimaarchiven)
1. Klima der letzten 4,5 Mrd Jahre
• Frühphase der Erde : andere Zusammensetzung der Atmosphäre viele Vermutungen
• wenige Archive Fehler von einigen Millionen Jahren
Bildquelle: Schönwiese
2. Klima des Quartärs
aktuelle Eiszeitalter : Quartär (Beginn vor 2,6 Mio Jahren)
• Unterscheidung zwischen Stadialen und Interstadialen (kältere und
wärmere Perioden) Bessere Informationen aufgrund von Sedimentuntersuchungen und Untersuchungen an Eisbohrkernen
Bildquelle: Wikipedia
2. Klima des Quartärs
• Temperaturschwankungen von ΔT=15°C (EPICA) bzw. ΔT=12°C (Vostok)
• 100.000 jähriger Zyklus
Vostok – Station
Bildquelle:Robert A. Rohde
Variationen
2. Klima des Quartärs
Die Milankovic-Theorie
Thema: Zusammenhang zwischen Klimaschwankungen und Sonneneinstrahlung auf der Erde
Berechnung der solaren Einstrahlung aufgrund der Bahnparametern der Erde
2. Klima des Quartärs
Die Milankovic-Theorie
Bildquelle: Rutherford (1997)
Bildquelle: Rutherford (1997)
2. Klima des Quartärs
Die Milankovic-Theorie
2. Klima des Quartärs
• Ungeklärt, warum ein Zyklus dominiert
Zyklen: Exzentrizität 100.000 Jahre
Präzession 21.000 Jahre
Nutation 41.000 Jahre
Bildquelle: http://www.dwd.de/
Weitere Zyklen
Bildquelle:Lisiecki und Raymo (2005)
Das Klima des Holozäns
Aktuelles Interstadial (Warmzeit) : Holozän (Beginn vor 11.000 Jahren)
3. Das Klima des Holozäns
Bekannt: IPCC- Report
• ΔT ~ 0,5°C
• kaum Variationen bis 1860 Anstieg der Temperatur/ Klimawandel von
Menschen verursacht
Bildquelle:
IPCC-Report
3. Das Klima des Holozäns
Der IPCC- Report
Kritik :
Rekord hauptsächlich erstellt aus klimarelevanten Information aus Baumringen
Kritikpunkte :
• Wachstum hauptsächlich im Frühjahr und Sommer nur Archiv für Frühjahr-
und Sommer-Klimaverhältnisse
• Wachstum variiert mit Alter des Baumes
• Biologische Organismen anpassungsfähig für Klima Zusammenhang mit
Temperatur nicht genau geklärt
www.gtz-amazonia.org
3. Das Klima des Holozäns
• Moberg et al. (2005) :
Rekord aus verschiedenen Archiven (Eisbohrkerne, Meer- und Seesedimente)
ΔT~0,9°C zwischen LIA und MWP im Gegensatz zu IPCC mit ΔT~0,3°C
• Mangini et al. :
Untersuchungen zur weiteren Erforschung des Klimas des Holozäns an Stalagmiten der Spannagelhöhle
Bildquelle: lumi.zr.ruhr-uni-bochum.de
Bildquelle:
Vollweiler 2006
Aktuelle Messungen:
3. Das Klima des Holozäns
Die Spannagelhöhle :
Lage: Österreich (Tirol) am
Hintertuxer Gletscher
Länge L=10km
Temperatur T=1,8°C
Luftfeuchtigkeit nahezu 100%
Bildquelle: www.mamilade.at
Bildquelle: Vollweiler 2006
3. Das Klima des Holozäns
Grundlagen Stalagmiten:
Bildquelle:
McGarry et al.
2004
3. Das Klima des Holozäns
Die Isotopie des Sauerstoffes:
Sauerstoff besitzt verschiedene Isotope
• 16O mit 99,7%
• 18O mit 0,2%
Untersuchtersuchung Stalagmiten verschiedene Sektoren haben verschiedene Isotopenverhältnisse
Isotopie des Sektors abhängig von:
• Isotopie des Niederschlags
• Kinetische Effekte, d.h. Anreicherung schwerer Isotope
• Temperatur (-0,23‰/°C)
Bildquelle: Vollweiler 2006
Das Klima des Holozäns
100011000tan
Pr
tan
tanPr
dardS
obe
dardS
dardSobe
R
R
R
RR
Isotopie des Sauerstoffes wird durch die Delta-Notation ausgedrückt
δ18O
-8‰
-7‰
-6‰
-5‰
Beispiel:Niedrige δ18O-Werte
Höhere δ18O-Werte
↕
Die Isotopie des Sauerstoffes:
3. Das Klima des Holozäns
U/Th-Methode „Mutter-zu-Tochter“-Verhältnis
Alters-Datierung
3. Das Klima des Holozäns
SPA 12: Klimarekonstruktion der letzten 2000 Jahre
Spannagelhöhle: niedrige Temperatur und hohe Tropfrate
kinetische Effekte ausschließbar
δ18O Rückschluss auf Temperatur und Niederschlagsisotopie
Temperatureichkurve:
Anhand von fünf Messpunkte bekannter Temperatur
Mangini et al. (2005)
3. Das Klima des Holozäns
Temperaturverlauf der letzten 2000 Jahre:
Vergleich:
SPA 12: ΔT~2,7°C
IPCC : ΔT~0,5°C
Moberg: ΔT~0,9°C
Bildquelle: Mangini et al. (2005)
3. Das Klima des Holozäns
Temperaturverlauf der letzten 2000 Jahre
Vergleich:
Schwankung der Größe des großen Aletschgletschers
(Schweiz) (z.B. Holzhauser et al. 2005)
Bildquelle: Mangini et al. 2005
Bildquelle: Wikipedia
Rote Kurve: Gletscher
Schwarze Kurve: SPA12
3. Das Klima des Holozäns
Ursachen:
• Relativ unbekannt
• Vermuteter Zusammenhang mit der Aktivität der Sonne
• Δ14C vermutlich
Funktion solarer
Abstrahlung
• niedriger Δ14C
leichtere
Isotopie Bildquelle: Mangini et al. (2005)
Rote Kurve: Delta14C
Schwarze Kurve: SPA12
Comparison
Delta14C – SPA12
3. Das Klima des Holozäns
Ursachen:
Je höher Sonnenaktivität
umso niedriger Δ14C
Solares Magnetfeld schirmt hochenergetische Strahlung ab.
Strahlung erzeugt Reaktion:
3. Das Klima des Holozäns
• δ18O abhängig von Temperatur
• δ18O abhängig von Niederschlagsisotopie
Es gilt:
• je mehr Ausregnung umso leichter
• je länger Weg über den Kontinent umso leichter
• je niedriger Temperatur, umso leichter Isotopie Winterniederschlag leichter als Sommerniederschlag Rückschlüsse auf NAO-Index
Bildquelle: Wikipedia
Niederschlagsisotopie
3. Das Klima des Holozäns
Auswirkungen des Druckgradienten zwischen Islandtief und Azorenhoch auf den resultierenden Westdrift auf Europa
Niedriger δ18O-Wert Beitrag Winterniederschlag höher NAO+ Situation
Niedriger Druckgradient Hoher Druckgradient
Der NAO-Index:
3. Das Klima des Holozäns
Klimaaufnahme der letzten 9000 Jahre:
• Drei Stalagmiten
(SPA12, SPA128, SPA70)
aus überlappenden
Wachstumsperioden
entnommen im Abstand von
maximal 50m
Bildquelle: Vollweiler et al.
3. Das Klima des Holozäns
Klimaaufnahme der letzten 9000 Jahre:
Bildquelle: Vollweiler et al. (2006)tuned curve (to the level of SPA 12)
wärmer, NAO+
kälter, NAO-
„Ötzi“ „Hannibal“
LIA
MWPΔT~3,2°C
Age [kyr]Age [kyr]9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
-9,0
-8,5
-8,0
-7,5
-7,0
-6,5
δ18
O [
‰]
3. Das Klima des Holozäns
Vergleich mit anderen Archiven:
Bildquelle: Vollweiler et al. (2006)
Aletschgletscher
(Holzhauser et al. 2001)
Seespiegel
Westalpen
(Magny 2004)
3. Das Klima des Holozäns
Vergleich überregionale Archive:
HSG:
Hematite Stained Grains (Bond et al. 2001) = Maß für Eisdrift auf dem Nordatlantik
Bildquelle: Mangini et al. 2006
Bildquelle: www.wissen.swr.de
3. Das Klima des Holozäns
ITCZ
Vergleich mit überregionalen Archive
3. Das Klima des Holozäns
Vergleich mit überregionalen Archiven:
TROJA
Siedlungsphasen
Bildquelle: Mangini (2006)Bildquelle: Vollweiler (2006)
Zusammenfassung: • Über die frühe Zeit der Erde ist nur wenig bekannt wenig Archive
• Innerhalb der besser erforschten Zeit erkennt man zyklische Variationen, die möglicherweise mit der Variation der Bahnparametern der Erde zusammenhängen
• Möglicherweise ist der Verlauf des Klimas des Holozäns weniger glatt als angenommen und starke Temperaturschwankungen existieren nicht erst seit der Industrialisierung
• Mit Hilfe von Stalagmiten wurden Klimaaufzeichnungen des Holozäns erstellt, die eine Temperaturschwankung von ca. 3,2°C nahe legen
• Möglicherweise wurde der Einfluss der natürlichen Variabilität bisher unterschätzt