Ein schmelzender Eisberg am 19. Juli 2007 vor der Insel Ammassalik in Ostgronland. Nach dem dramatischen Gipfel auf der indonesischen Ferieninsel Bali vor einem Jahr haben die Verhandlungen ueber einen neuen globalen Klimapakt längst die Mühen der Ebene erreicht. Im polnischen Posen (Poznan) versuchen Experten aus aller Welt ab Montag (1.12.) erste Pfloecke einzurammen, um den hoch komplizierten Vertrag bis Ende 2009 fertig zu bekommen.

Wetter, Klima und Klimawandel

Was unser Klima heute und in der Vergangenheit beeinflusst


31.5.2013
"Eine Schwalbe macht noch keinen Sommer“ und ein heißer Sommer bedeutet nicht unbedingt Klimawandel. Wetter und Klima hängen jedoch eng zusammen und werden durch komplexe Wechselwirkungen im Klimasystem der Erde geprägt.

Ein Fahrradfahrer vor sich auftürmenden Wolken.Ein heißer Sommer bedeutet nicht unbedingt Klimawandel. (© picture-alliance/dpa)

Der Zusammenhang zwischen Wetter und Klima



Unter Wetter versteht man den kurzfristigen Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit. Also ob die Sonne scheint, ob es regnet, ob es kalt oder warm ist, woher der Wind kommt. Im Laufe der Zeit variiert das Wetter an einem Ort sehr stark. Das Klima dagegen bezieht sich auf längere Zeiträume – mindestens 30 Jahre. Aus einer Vielzahl an Wetterbeobachtungen werden dabei typische Verhältnisse abgeleitet. Dadurch lässt sich das Klima einer Region bestimmen. Das Klima stellt aber nicht nur die durchschnittlichen Wetterverhältnisse dar, sondern beschreibt auch die Wahrscheinlichkeiten für Extremereignisse und für Abweichungen vom Mittelwert.

Man kann sich den Zusammenhang anhand eines Würfels vorstellen. Das Wetter ist dabei die Seite des Würfels, die gerade oben liegt. Das Klima hingegen beschreibt, wie oft jede der sechs Seiten im Durchschnitt gewürfelt wird sowie die Wahrscheinlichkeit, dass beispielsweise dreimal die gleiche Seite oben liegt. Überträgt man das Beispiel auf den Begriff Klimawandel, so beschreibt dieser eine Veränderung der statistischen Parameter zum Beispiel durch einen gezinkten Würfel. Ein einzelnes Wetterereignis ist damit noch kein Anzeichen eines Klimawandels, denn nur im Kontext langer Beobachtungszeiträume lässt sich feststellen, ob Klimaveränderungen stattgefunden haben. Der Rekordsommer 2003 zum Beispiel kann nicht allein als Indiz für Veränderungen des Klimas gewertet werden, viele überdurchschnittlich warme Sommer jedoch können zeigen, dass eine Veränderung der statistischen Parameter und somit des Klimas stattgefunden hat.

Was beeinflusst das Klima auf der Erde?



Das Klima der Erde wird durch komplexe, interaktive Vorgänge auf der Erde sowie durch äußere Faktoren bestimmt.Die Sonne ist dabei der wichtigste dieser Faktoren – sie liefert die Energie für unser Klimasystem. Die Atmosphäre, die als gasförmige Hülle die Erde umgibt, ist für die als kurzwellige Strahlung ankommende Sonnenstrahlung, welche wir u.a. als Licht wahrnehmen, überwiegend durchlässig. Etwa 30 Prozent der einfallenden Strahlung jedoch wird bereits in der Atmosphäre oder an der Erdoberfläche reflektiert und geht ohne Einfluss auf das Klimasystem zurück ins All. Diese Reflexivität – genannt Albedo – auf der Erdoberfläche ist in Schnee- und Eisregionen am höchsten.

Die Atmosphäre besteht neben Gasen und Wolken auch aus kleinen Partikeln wie Staub oder Ruß – sogenannten Aerosolen –, die beeinflussen, wie viel Strahlung reflektiert wird. Die verbleibende Sonnenstrahlung wird von der Atmosphäre und der Erdoberfläche absorbiert, was eine Temperaturerhöhung zur Folge hat und dadurch zu einer stärke Abstrahlung von Wärme von der Erdoberfläche in die Atmosphäre führt. Würde diese Wärmestrahlung die Erde ungehindert verlassen, läge die globale Durchschnittstemperatur bei -18°C.

Der natürliche Treibhausgaseffekt

Dass die durchschnittliche Temperatur auf der Erde +15°C beträgt, verdanken wir dem natürlichen Treibhausgaseffekt. Dieser bewirkt, dass nur ein Teil der langwelligen Wärmestrahlung die Atmosphäre verlassen kann und der Großteil absorbiert und zum Teil zur Erde zurückgestrahlt wird, was einen wärmenden Effekt auf die Erdoberfläche und die tieferen Schichten der Atmosphäre hat.

Ein Treibhaus funktioniert ganz ähnlich. Das Glasdach ist durchlässig für die kurzwellige Sonnenstrahlung, jedoch nicht für die langwellige Wärmestrahlung, so dass sich das Innere des Treibhauses erwärmt. In der Atmosphäre übernehmen sogenannte Treibhausgase die Rolle des Glasdachs. Wasserdampf und Kohlendioxid (CO2) sind die wichtigsten Treibhausgase. Daneben haben aber auch Methan (CH4), Stickoxide (NOx), Ozon (O3) und weitere Gase der Atmosphäre eine Treibhausgaswirkung. Insgesamt machen die Treibhausgase jedoch nur einen sehr geringen Teil unserer Atmosphäre aus. Ca. 99 Prozent der Atmosphäre besteht aus Stickstoff und Sauerstoff, die keine Treibhausgaswirkung haben. Verändert man die Konzentration der Treibhausgase in der Atmosphäre, verändert sich somit auch der Treibhausgaseffekt und hat Auswirkungen auf die Temperaturen und das gesamte Klimasystem der Erde.

Der natürliche Treibhauseffekt. Quelle: Allianz Umweltstiftung, Informationen zum Thema KlimaAbb.1: Der natürliche Treibhauseffekt. Quelle: Allianz Umweltstiftung, Informationen zum Thema Klima (© Allianz Umweltstiftung) (© Allianz Umweltstiftung )

Wechselwirkungen innerhalb des Klimasystems

Verschiedene Komponenten bilden gemeinsam das Klimasystem der Erde. Die Atmosphäre ist die Hauptkomponente. Sie beeinflusst, wie viel Energie in Form von kurzwelliger Sonnenstrahlung oder langwelliger Wärmestrahlung ins Klimasystem eingeht. Weitere Komponenten des Klimasystems sind: Die Hydrosphäre, bestehend aus den Ozeanen sowie Wasser in Seen, Flüssen oder Wolken. Die Kryosphäre, die alle Formen von Eis (z.B. Gletscher, Meereis) umfasst. Die Biosphäre, die aus der Gesamtheit der Tiere und Pflanzen besteht, sowie die Pedosphäre und die Lithosphäre, die den Erdboden und das darunterliegende Gestein umfassen.

Die verschiedenen Komponenten sind durch Energie- und Stoffströme verbunden und die Wechselwirkungen zwischen ihnen haben Einfluss auf unser Klima. Beispielsweise bindet die Biosphäre durch den Aufbau von Biomasse CO2 und hat somit einen Einfluss auf die Konzentration dieses Treibhausgases in der Atmosphäre. Da Schnee und Eis (Kryosphäre) eine hohe Reflexivität haben, wirkt sich die Größe dieser Flächen auf die Reflexion der Sonnenstrahlung aus. Dabei besteht ein positiver Rückkopplungsmechanismus, das heißt, dass eine Veränderung des Klimas durch diesen Zusammenhang verstärkt wird: Je wärmer es auf der Erde ist, desto mehr Schnee und Eis schmilzt, desto geringer ist die Reflexion der Sonnenstrahlung und desto höher steigen die Temperaturen auf der Erde.

Die Prozesse der Hydrosphäre sind sehr eng mit der Atmosphäre verbunden und haben einen besonders hohen Einfluss auf unser Klima. Ozeane speichern und transportieren Wärme, was zu regionalen Temperaturunterschieden führt. Das Klima in Europa ist beispielsweise stark durch den wärmenden Golfstrom bestimmt. In der Atmosphäre hat Wasser in Form von Wolken oder Wasserdampf einen maßgeblichen Einfluss darauf, wie viel Sonneneinstrahlung reflektiert wird (Wolken) und wie durchlässig die Atmosphäre für langwellige Wärmestrahlung ist (Wasserdampf).

Der Boden (Pedosphäre) hat durch seine Farbe bzw. seine Pflanzendecke einen Einfluss auf die Reflexivität der Erdoberfläche. Zudem sind Böden durch Stoffkreisläufe wie dem Kohlenstoffkreislauf mit der Atmosphäre verbunden. Die Veränderungen von Bodeneigenschaffen wie beispielsweise die Trockenlegung von Mooren oder das Auftauen von ursprünglich ganzjährig gefrorenen Böden (Permafrostböden) kann große Mengen von CO2 und Methan freisetzen. Auch bei der Verwitterung von Gestein (Lithosphäre) kann CO2 aus der Erdkruste freigesetzt werden.

Unser Klima auf der Erde ist folglich ein sehr komplexes System und jeder Eingriff in dieses System kann eine Reihe von Veränderungen hervorrufen, die in ihrer Komplexität und ihrem Ausmaß kaum vorhersehbar sind.

Schematische Darstellung des Klimasystems der Erde. Quelle: Wuppertal InstitutAbb. 2: Schematische Darstellung des Klimasystems (Quelle Wuppertal Institut)

Vergangene Klimaveränderungen



Das Klima hat sich im Verlauf der 4,6 Milliarden Jahre Erdgeschichte etliche Male verändert. Nach sehr warmen Phasen kamen lange Eiszeiten, die wiederum wieder von warmen Perioden abgelöst wurden. Zur Zeit der Dinosaurier im Erdmittelalter (ca. 251 bis 65,5 Millionen Jahre vor unserer Zeit) war die globale Durchschnittstemperatur ca. sechs bis acht Grad höher und es herrschte warmes, tropisches Klima. Der Meeresspiegel lag etwa 80 Meter höher als heute, wobei jedoch die Kontinente und Ozeane anders verteilt waren. Erst vor ca. zwei Millionen Jahren bildeten sich die Kontinente und Ozeane, wie sie uns in ihrer heutigen Form bekannt sind. Seit dieser Zeit ist das Klima durch zyklisch wiederkehrende Eiszyklen gekennzeichnet.

Der Temperaturverlauf der letzten 400.000 Jahre zeigt insgesamt einen Wechsel zwischen lang anhaltenden Eiszeiten und darauf folgende Warmzeiten. Seit dem Ende der letzten Eiszeit vor 15.000 Jahren erwärmten sich über einen Zeitraum von etwa 5.000 Jahren die Temperaturen global langsam um 5 Grad Celsius. Seitdem befinden wir uns in einer Warmzeit mit relativ stabilen Temperaturen. Der vom Menschen induzierte Klimawandel droht einen ähnlich starken Temperaturanstieg über einen wesentlich kürzeren Zeitraum – innerhalb hundert Jahren – herbeizuführen. Die nächste Eiszeit wäre nämlich erst in 30.000 bis 50.000 Jahren zu erwarten.

Ursachen für natürliche Klimaveränderungen

Die Klimaveränderungen in der Vergangenheit haben vielfältige Ursachen und neben Auslösern haben Rückkopplungseffekte einen großen Einfluss. Verschiedene Veränderungen des Strahlungshaushalts der Erde können eine Klimaänderung auslösen bzw. verstärken:

  1. eine Veränderung der einfallenden Sonnenstrahlung, z.B. durch Änderungen im Abstand zwischen Sonne und Erde oder der Aktivität der Sonne;

  2. eine Veränderung des Anteils der reflektierten Sonnenstrahlung z.B. durch eine veränderte Reflexivität der Atmosphäre oder der Erdoberfläche;

  3. eine Veränderung der von der Erde ausgestrahlten Wärmestrahlung z.B. durch Änderung der Treibhausgaskonzentration.
Das warme Klima zur Zeit der Dinosaurier war beispielsweise mit einer extrem hohen CO2 Konzentration verbunden (vgl. 3), welches durch Magmenausfluss freigesetzt worden war. Der Treibhauseffekt war somit zu dieser Zeit besonders hoch. Das Ende der meisten damals lebenden Arten wurde vermutlich durch einen Meteoriten-Einschlag ausgelöst, der riesige Staubmengen in die Atmosphäre brachte, sodass wesentlich weniger Sonnenstrahlung die Erde erreichte (vgl. 2). Ähnlich kurzfristige Effekte sind nach Vulkanausbrüchen zu beobachten.

Die Eiszeitzyklen hängen mit der Veränderung der Umlaufbahn der Erde um die Sonne zusammen. Die sogenannten Milankowitch-Zkylen verändern die Menge an Sonnenstrahlung (vgl. 1), welche die verschiedenen Breiten jahreszeitlich erreichen. Dadurch können sich Eis- und Schneemassen ausbreiten und durch die verstärkte Reflexion eine weitere Abkühlung auslösen (vgl. 2).

Quelle: IPCC (2007), Nach: Latif, M. (2007): Wie stark ist der anthropogene Klimawandel?, in: Müller, M., U. Fuentes/H. Kohl (Hrsg.: Der UN-Weltklimareport. Berichte über eine aufhaltsame Katastrophe. Kiepenheuer und Witsch, Köln., S. 186-189.Abbildung 3: Verlauf der Temperatur (rot) in der Antarktis und der CO2-Konzentration (blau) der vergangenen 650.000 Jahre. Der parallele Kurvenverlauf verdeutlicht den Zusammenhang zwischen der Temperaturänderung und der Treibhausgaskonzentration (Quelle: IPCC (2007), Nach: Latif, M. (2007): Wie stark ist der anthropogene Klimawandel?, in: Müller, M., U. Fuentes/H. Kohl (Hrsg.: Der UN-Weltklimareport. Berichte über eine aufhaltsame Katastrophe. Kiepenheuer und Witsch, Köln., S. 186-189.

Proben aus antarktischen Eisbohrkernen haben gezeigt, dass die Temperatur und CO2-Konzentration der Atmosphäre während der vergangenen Eiszeit-Zyklen stark korrelieren (Abbildung 3). Auch wenn die Ursachen der CO2-Schwankungen während der Eiszeit-Zyklen noch nicht völlig geklärt sind, weiß man jedoch, dass die CO2-Konzentration wesentlich die Klimaschwankungen beeinflusst hat. Dieses Wissen kann genutzt werden, um Vorhersagen für die Zukunft zu treffen.

Vergangene Klimaveränderungen zeigen, dass es sich beim Klimasystem auf der Erde um ein sehr sensibles System handelt und wie sehr CO2-Konzentration und globale Durchschnittstemperaturen voneinander abhängen.

Literatur



IPCC 2007: Häufig gestellte Fragen und Antworten. In: Klimaänderung 2007: Wissenschaftliche Grundlagen, Beitrag der Arbeitsgruppe I zum Vierten Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC), Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller, Eds., Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom und New York, NY, USA. Deutsche Übersetzung durch die deutsche IPCC-Koordinierungsstelle, Bonn, 2011.

Latif, Mojib (2007): Bringen wir das Klima aus dem Takt? Hintergründe und Prognosen, Fischer Taschbuch Verlag, Frankfurt am Main.

Rahmstorf, Stefan und Schellnhuber, Hand Joachim (2007): Der Klimawandel – Diagnose, Prognosen, Therapie 6. Auflage, C. H. Beck, München.



 

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