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