Im Jahr 1914 wird in Dalj im Osten des heutigen Krotatiens ein Mann verhaftet. Er hatte in einem früheren Krieg als Soldat für das serbische Militär gekämpft und die Streitkräfte Österreich-Ungarns wollen ihn nun daran hindern, im kurz zuvor ausgebrochenen Weltkrieg zu kämpfen. Doch das hatte er ohnehin nicht vor: In seinem erzwungenen Exil in Budapest wird er in den kommenden vier Jahren fernab des Kriegsgeschehens eine Theorie ausarbeiten, die erstmals die Sphären des Himmels mit dem Klima der Erde verbinden wird. Er wird drei Phänomene entschlüsseln, die wir heute als Milanković-Zyklen kennen, benannt nach dem serbischen Mathematiker Milutin Milanković.

Karl erzählt in dieser Podcastfolge, welches Problem Milanković zu lösen versuchte: Schon ein Jahrhundert zuvor hatten Geologen erkannt, dass das Klima der Welt nicht immer so gewesen war wie in der Gegenwart. Im Jahr 1837 gab der Schweizer Naturforscher Louis Agassiz deshalb bekannt, dass in Europa in grauer Vorzeit eine Eiszeit geherrscht haben müsse. Riesige Gletschermassen hätten sich nicht nur über den gesamten Alpenraum ausgebreitet, sondern auch weite Teile Europas bedeckt.

In den folgenden Jahrzehnten erhärtete sich die Hypothese von Agassiz. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden heraus, dass es sogar mehrere Eiszeiten gegeben haben musste, die von Zeiten wärmeren Klimas unterbrochen waren, die unserer heutigen Welt glichen. Doch warum dieser Wechsel von Kalt- und Warmzeiten überhaupt stattfand, dafür gab es viele Hypothesen und nur wenig Konsens. Das Eiszeit-Problem war jahrzehntelang in der Welt, ohne dass die Wissenschaft einer Lösung näherkam.

Von Anfang an waren Unregelmäßigkeiten der Erdbahn und andere astronomische Ursachen im Gespräch, aber bei den meisten Geologen nicht hoch im Kurs. Zu fern schien der Lauf der Planeten, zu unwahrscheinlich, dass sie die Kraft der Sonnenstrahlung auf der Erde ausreichend stark verändern würden. Erst Milutin Milanković änderte diese Sichtweise: Er nutzte genauere astronomische Daten und die bekannten physikalische Gesetze seiner Zeit, um zu berechnen, wie die Sonne auf das Klima der Erde auf unterschiedlichen Breitengraden wirkt. Hatte dieser serbische Mathematiker endlich das Eiszeit-Problem gelöst?

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban regelmäßig eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

Frühere Ausgaben des AstroGeo Podcast gibt es auf astrogeo.de. AstroGeo ist ein Podcast der Riffreporter eG. Er ist frei verfügbar und entsteht durch die finanzielle Unterstützung seiner Hörerinnen und Hörer. Das geht mit einem monatlichen Abonnement oder einer Spende. Diese und jede andere Form der finanziellen Unterstützung hilft dabei, dass der Podcast weiter werbefrei bleibt.

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Quelle: Universität Augsburg 6. August 2024.

6. August 2024 – Etwa 80 bis 120 Kilometer über der Erdoberfläche wird die Luft so dünn, dass dieser Höhenbereich oft als Grenze zum Weltraum bezeichnet wird. Dennoch hat diese Atmosphärenschicht eine enorme Bedeutung – einerseits für den Flug von Satelliten und andererseits für das Erdklima. Die Universitäten Augsburg und Bern sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wollen diesen Grenzbereich nun genauer untersuchen. Die DFG und die SNSF fördern das auf den Namen GIGAWATT getaufte Projekt mit insgesamt 1,2 Millionen Euro.

Das GIGAWATT-Projekt nimmt eine bestimmte Sorte von Strömungen genauer unter die Lupe, die sogenannten atmosphärischen Schwerewellen. Diese entstehen häufig in den unteren Luftschichten und pflanzen sich von dort bis in über 100 Kilometer Höhe fort – ähnlich wie Meereswellen, nur dass sie nicht nur horizontal, sondern vor allem auch vertikal verlaufen. Im Grenzbereich zwischen Atmosphäre und All brechen die Schwerewellen und verursachen dabei chaotische Verwirbelungen.

Dieser Vorgang ist es, der die Forschenden vor allem interessiert. Denn das Schicksal der Schwerewellen hat Auswirkungen auf unser Klima. „Die Wellen stellen gewissermaßen die Weichen für die großen erdumspannenden Strömungssysteme“, erklärt Michael Bittner, Professor für Atmosphärenfernerkundung an der Universität Augsburg. „Darunter sind beispielsweise die hochliegenden Windsysteme, die den Luftaustausch zwischen den Polen der Erde steuern. In Klimamodellen wird die Wirkung von Schwerewellen bislang aber nur sehr ungenau abgebildet.“

Ein Grund: Zwar ist die Ausbreitung und Brechung der Wellen physikalisch gut verstanden. Die Gleichungssysteme, die diese Prozesse beschreiben, sind aber so komplex, dass sie sich auch mit den schnellsten Supercomputern nicht lösen lassen. Forschende behelfen sich daher mit Näherungen, sogenannten Parametrisierungen, um den Werdegang der Wellen zu modellieren. „Damit diese Modelle ein realistisches Ergebnis liefern, muss man sie aber mit möglichst exakten Ausgangsdaten füttern“, erläutert Bittners Mitarbeiter Dr. Patrick Hannawald.

Radarsysteme und optische Kameras in den Alpen
Soll heißen: Man muss wissen, wo sich die Wellen aktuell befinden und wie sie sich verhalten, um ihren Verlauf in die Zukunft extrapolieren zu können. Und je genauer man das weiß, desto besser wird das Ergebnis. Doch bislang ist es nur sehr schwer möglich, die Wellen in der Grenzschicht zwischen Atmosphäre und All aufzuspüren. Genau hier setzt das neue Projekt an: Die beteiligten Arbeitsgruppen möchten die Schwerewellen mit verschiedenen Methoden exakter sichtbar machen. „Dazu werden wir zusammen mit unseren Projektpartnern in den deutschen und schweizer Alpen Radarsysteme installieren und zugleich optische Kameras aufbauen“, sagt Hannawald. „Damit lassen sich dann sogenannte tomografische Messungen durchführen.“

Mit diesem Ansatz lassen sich die Wellenfronten in ihrer dreidimensionalen Ausdehnung sichtbar machen. Die Beteiligten nutzen dazu ein Phänomen, das als Airglow bekannt ist: Die Moleküle in der oberen Atmosphäre werden durch die energiereiche Strahlung der Sonne angeregt, so dass sie permanent schwach leuchten. Vom Weltall aus ist dieses Glühen mit bloßem Auge zu sehen. Mit den Kameras soll das auch vom Boden möglich werden. Bereiche mit einem höheren Luftdruck – die Wellenberge, wenn man so will – leuchten dabei besonders stark. „Aus den Intensitätsmustern lässt sich daher auf den Verlauf der Wellen schließen“, erklärt der Augsburger Wissenschaftler.

So werden in den Aufnahmen oft charakteristische Strukturen sichtbar, ähnlich wie Rippeln in einem Sandstrand bei Ebbe. Wenn die Wellen brechen, hinterlassen sie zudem in den Fotos eine Art „Gischtspur“. Diese Ergebnisse sind nicht nur für die Klimaforschung relevant, sondern auch für einen ganz anderen Bereich. „Momentan nimmt die Zahl der Satelliten im erdnahen Orbit rasant zu“, sagt Prof. Bittner. „Dort etabliert sich gerade ein neues Industriegebiet. Die Flugkörper haben aber nur eine begrenze Lebensdauer – irgendwann fliegen sie immer niedriger und niedriger und stürzen schließlich ab.“

Wenn sie bei diesem Prozess mit einer Geschwindigkeit von mehreren Kilometern pro Sekunde in die oberste Atmosphärenschicht eintauchen, werden sie erheblich abgebremst. „Gerade in den Bereichen, in denen die Schwerewellen brechen, werden die Satelliten so stark durchgeschüttelt wie ein Auto auf einer Piste mit Schlaglöchern“, verdeutlicht Bittner. Das ist einer der Gründe, warum die Bahn der High-Tech-Flugkörper sich bislang nicht gut vorhersagen lässt.

Die GIGAWATT-Ergebnisse könnten auch hier Fortschritte ermöglichen. Vielleicht wird es auf ihrer Basis irgendwann möglich sein, Satelliten am Ende ihrer Lebenszeit gezielt so abstürzen zu lassen, dass die Trümmer im Meer landen – und nicht über bewohntem Gebiet niedergehen.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Swiss National Science Foundation (SNSF) fördern das GIGAWATT-Projekt in den kommenden drei Jahren mit insgesamt 1,2 Millionen Euro.

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Quelle: Airbus Defence and Space 5. August 2024.

Toulouse, 5. August 2024 – Airbus wurde von der französischen Raumfahrtbehörde (CNES) ausgewählt, zwei Mikrowellenradiometer der neuen Generation als Teil des französischen Beitrags zum Atmosphärenbeobachtungssystem (AOS) zu entwickeln und zu bauen. Die Mission selbst heißt C²OMODO (Convective Core Observations through MicrOwave Derivatives in the trOpics). Ziel von AOS, einer Kooperation zwischen den Vereinigten Staaten, Kanada, Japan, Italien und Frankreich, ist die Optimierung der Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Aerosolen, Wolken, atmosphärischer Konvektion und Niederschlag. Es umfasst sechs Satelliten sowie suborbitale Plattformen in der Luft und an Land und wird wichtige Daten für verbesserte Vorhersagen von Wetter, Luftqualität und Klima liefern.

„Die Arbeit an Klimamissionen ist für uns bei Airbus von großer Bedeutung. Nur wenige Wochen nach dem Start der europäisch-japanischen EarthCARE-Mission ist es ein wichtiger Schritt, an einer weiteren Klimamission teilzunehmen, diesmal unter der Leitung der NASA und mit internationalen Partnern“, sagte Alain Fauré, Leiter von Space Systems bei Airbus. „Ich möchte der französischen Raumfahrtagentur CNES für die Unterstützung der europäischen Industrie danken: Mit diesem Vertrag unterstreicht Airbus seine Rolle bei der Erforschung von Wolken, Wetter und Klima.“

C²OMODO wird zum ersten Mal einen globalen Überblick über vertikale Luftbewegungen und Niederschlagseigenschaften in konvektiven Stürmen liefern. Dies wird zwei entscheidende Verbesserungen ermöglichen: ein besseres Verständnis der Entstehung von Starkniederschlägen und die Darstellung dieser Prozesse in Computer-Wettermodellen, was zu einer verbesserten globalen Wettervorhersage führen wird.

Die in Toulouse, Frankreich, entwickelten und gebauten C²OMODO-Hochfrequenz-Mikrowellenradiometer werden auf zwei AOS-Satelliten montiert, die in einer geneigten Umlaufbahn im Tandembetrieb arbeiten: AOS-Storm unter der Leitung der USA und Precipitation Measuring Mission (PMM) unter der Leitung von Japan.

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Quelle: Universität Bern 24. Juli 2024.

24. Juli 2024 – Die Verbrennung fossiler Energieträger und der weit verbreitete Einsatz von Kunstdünger in der Landwirtschaft haben zu einer erheblichen Zunahme des biologisch verfügbaren, reaktiven Stickstoffs geführt. Diese Zunahme hat weitreichende und gut erforschte Auswirkungen auf Ökosysteme, Biodiversität und Gesundheit. «Luftverschmutzung führt allein in der Schweiz zu über 2’000 vorzeitigen Todesfällen pro Jahr und Stickstoff spielt dabei eine wichtige Rolle», sagt Mitautor der Studie und Professor am physikalischen Institut und am Oeschger-Zentrum für Klimaforschung der Universität Bern, Fortunat Joos. Bisherige Studien haben die Auswirkungen von reaktivem Stickstoff auf das globale Klimasystem seit der Industrialisierung nur unzureichend erforscht.

Eine neue Studie unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena schliesst nun diese Wissenslücke. Die Forschenden kombinierten Ergebnisse aus Modellen der terrestrischen Biosphäre mit Erkenntnissen aus der Atmosphärenchemie und Modellen der globalen atmosphärischen Verteilung von Stickstoffen. Diese Kombination ermöglicht eine neuartige und umfassende Abschätzung der Klimawirkung des von Menschen ausgestossenen reaktiven Stickstoffs. Die Ergebnisse wurde im Fachmagazin Nature publiziert.

Bisher insgesamt kühlende Klimawirkung
«Wir Menschen stossen eine ganze Reihe von Stickstoffverbindungen aus», erklärt Cheng Gong, Erstautor der Studie und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena. «Einige, wie beispielsweise Lachgas, sind Treibhausgase und wirken somit erwärmend.» Andere, wie etwa Feinstaubpartikel, die die Sonnenstrahlung reflektieren, hätten dagegen eine kühlende Wirkung auf das Klima. Diese Effekte spiegeln sich auch in den Ergebnissen der Studie wider: «Einerseits fanden wir eine signifikante Erwärmung durch steigende Konzentrationen der Treibhausgase Lachgas (N₂O) und Ozon (O₃). Andererseits haben wir mehrere Prozesse quantifiziert, die zur kühlenden Wirkung von Stickstoff beitragen», so Gong. Dazu gehören neben dem Feinstaub auch chemische Reaktionen, die zu einer verkürzten Verweildauer des Treibhausgases Methan in der Atmosphäre führen, sowie eine erhöhte Aufnahme von Kohlendioxid (CO₂) durch die Landbiosphäre aufgrund der düngenden Wirkung von Stickstoff.

Kombiniert man alle Erwärmungs- und Abkühlungsprozesse durch die reaktiven Stickstoffe, so führt dies bisher zu einem Abkühlungseffekt. «Dieses neue Ergebnis legt nahe, dass die Stickstoffverschmutzung etwa ein Sechstel der bisherigen Erderwärmung durch den CO₂-Anstieg über die industrielle Periode kompensiert hat», erklärt Qing Sun, Mitautorin und Postdoktorandin an der Universität Bern.

Bedeutung für Klimaschutz
Die neuen Ergebnisse sind auch für zukünftige Strategien zur Stickstoffvermeidung und die Klimaschutzpolitik wichtig: Das internationale Team untersuchte, wie sich verschiedene Klimaszenarien zukünftiger Entwicklungen auswirken würden. «In den meisten Szenarien blieben die Lachgasemissionen aus dem Agrarsektor durch den anhaltenden Einsatz von Düngemitteln in der Landwirtschaft und damit der wärmende Einfluss dieses Gases hoch», erklärt Sun, die mit Computersimulationen der Landbiosphäre zur aktuellen Studie beigetragen hat. Szenarien, die mit den Klimazielen des Pariser Abkommens vereinbar sind, erfordern ein Ende der CO₂-Emissionen aus fossilen Energieträgern. Damit wird auch die Freisetzung von reaktivem Stickstoff aus fossilen Quellen und dessen schädliche Auswirkungen auf Gesundheit und Biodiversität reduziert, aber auch sein kühlender Effekt entfällt. Die Forschenden erwarten daher für diese Klimaschutzszenarien einen leicht erwärmenden Beitrag des gesamten Stickstoffs, der aber weit geringer ist als die Erwärmung aus dem ungebremsten Verbrauch fossiler Energieträger.

«Die Studie unterstreicht die Dringlichkeit, die Emissionen aus fossilen Energieträgern endlich zu stoppen und Düngemittel gezielter einzusetzen. Das würde nicht nur die globale Klimaerwärmung verlangsamen, sondern auch die Belastung durch gesundheitsschädliche Ozon- und Feinstaubkonzentrationen für uns alle auf dem Land und in der Stadt verringern», so Joos abschliessend.

Publikation:
Gong C., H. Tian, H. Liao, N. Pan, S. Pan, A. Ito, A. K. Jain, S. K.-Giesbrecht, F. Joos, Q. Sun, H. Shi, N. Vuichard, Q. Zhu, C. Peng, F. Maggi, F. H. M. Tang, and S. Zaehle, Global net climate effects of anthropogenic reactive nitrogen, Nature, 24. Juli 2024
DOI: 10.1038/s41586-024-07714-4
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07714-4
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07714-4.pdf

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Quelle: Universität Leipzig 20. Juni 2024.

20. Juni 2024 – Eine Forschergruppe um Prof. Dr. Johannes Quaas von der Universität Leipzig sowie Hao Luo und Prof. Yong Han von der Sun-Yat-sen Universität in China hat herausgefunden, dass die Wolkendecke zunehmend asymmetrische Veränderungen zeigt: Sie nimmt tagsüber stärker ab als nachts. Diese Asymmetrie führt dazu, dass die kühlende Wirkung der Wolken tagsüber abnimmt und die wärmende Wirkung nachts zunimmt, was die globale Erwärmung verstärkt. Ihre neuen Erkenntnisse haben die Forschenden gerade in dem renommierten Fachjournal „Science Advances“ veröffentlicht.

Wolken: Mehr als nur Wettergeschehen
Tagsüber reflektieren Wolken das Sonnenlicht zurück in den Weltraum und kühlen dadurch die Erdoberfläche. Nachts hingegen wirken sie wie eine Decke, die die Wärme zurückhält. Dadurch bleibt die Erdoberfläche warm. „Aus diesem Grund haben Wolken einen entscheidenden Einfluss auf das Klima auf der Erde“, sagt der Meteorologe Quaas.

In ihrer Untersuchung nutzten die Wissenschaftler:innen Satellitenbeobachtungen sowie Daten aus der sechsten Phase des Coupled Model Intercomparison Project (CMIP6), das umfassende Klimamodelle und Szenarien zur Verfügung stellt. Diese Modelle decken historische Daten von 1970 bis 2014 sowie Projektionen bis zum Jahr 2100 ab.

„Da die Wolkendecke im globalen Maßstab tagsüber stärker abnimmt als nachts, führt das am Tag zu einer Verringerung des kurzwelligen Albedoeffekts und zu einer Verstärkung des langwelligen Treibhauseffekts in der Nacht“, erklärt Hao Luo, der Erstautor der Studie.

Klimamodelle und ihre Bedeutung
Klimamodelle sind unerlässlich, um die komplexen Prozesse und Wechselwirkungen innerhalb des Klimasystems zu verstehen und vorherzusagen. Sie helfen Wissenschaftler:innen, mögliche zukünftige Szenarien zu entwickeln und die Auswirkungen verschiedener Faktoren wie Treibhausgase, Aerosole und Wolken auf das Klima zu analysieren.

Johannes Quaas von der Universität Leipzig betont: „Die Asymmetrie der Änderung der Wolkenbedeckung ist ein wichtiger Faktor, der hier neu entdeckt wurde. Unsere Studie zeigt, dass diese Asymmetrie zu einer positiven Rückkopplung führt, die die globale Erwärmung verstärkt.“ Wolken, so der Forscher, ändern sich demnach durch den Klimawandel. Insgesamt gebe es etwas weniger Wolken, was eine zusätzliche Erwärmung der Erde bedeute.

Die Mechanismen hinter der Asymmetrie
Diese tägliche Asymmetrie der Wolkenbedeckung lässt sich auf verschiedene Faktoren zurückführen. Eine Hauptursache ist die zunehmende Stabilität in der unteren Troposphäre, die durch steigende Treibhausgaskonzentrationen verursacht wird. Diese Stabilität führt dazu, dass sich Wolken tagsüber weniger leicht bilden können, während sie nachts stabil bleiben oder sogar zunehmen.

Yong Han, Co-Autor der Studie, erläutert: „Die Veränderung der Wolkendecke ist nicht gleichmäßig über den Tag verteilt. Tagsüber, wenn die Sonneneinstrahlung am stärksten ist, haben wir eine größere Abnahme der Wolken beobachtet. Nachts, wenn die Erdoberfläche normalerweise abkühlt, hält die Wolkendecke die Wärme zurück und verstärkt dadurch den Treibhauseffekt.“

Ein Blick in die Zukunft
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Reduktion von Treibhausgasen noch dringlicher ist, da die Wolkenbedeckung nicht nur einfach auf die Erwärmung reagiert, sondern diese über den neuen Effekt noch weiter verstärkt“, warnt Johannes Quaas. Weitere Studien sind nach Ansicht der Wissenschaftler:innen notwendig, um Änderungen der Wolkenbedeckung besser zu verstehen. Auch Änderungen beispielsweise von Vegetation und ihrer Biodiversität stehen im Fokus der an der Universität Leipzig laufenden Studien, ebenso wie die Rolle der abnehmenden Luftverschmutzung.

Originalpublikation:
„Diurnally asymmetric cloud cover trends amplify greenhouse warming“, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado5179

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• Klimawandel

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Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz 14. Mai 2024.

14. Mai 2024 – Der Sommer 2023 war heiß, sehr heiß sogar. Bilder von verheerenden Waldbränden in verschiedenen Gegenden der Erde, etwa in Frankreich, Griechenland und Kanada, prägten die Nachrichten. Geographen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der University of Cambridge haben nun tief in die Vergangenheit geblickt und entdeckt, dass der Sommer des vergangenen Jahres der wärmste war, den es seit dem Jahr 1 nach Christus in weiten Teilen der Nordhalbkugel gab. Das berichten sie in einem Artikel, der heute in der Online-Ausgabe des Magazins Nature erschienen ist. Darin beschreiben die Forscher um Prof. Dr. Jan Esper vom Geographischen Institut der JGU, wie sie Temperaturen von den Landmassen der nördlichen Erdhalbkugel zwischen dem 30. und dem 90. Breitengrad verglichen hatten. In diesem Bereich, der Europa sowie große Teile Nordamerikas und Asiens umfasst, liegen und lagen weltweit die meisten Wetterstationen. Die Forscher hatten zunächst die hier in den Monaten Juni, Juli und August 2023 gemessenen Temperaturen mit entsprechenden Temperaturen aus den Jahren von 1850 bis 1900 verglichen. Dadurch stellten sie fest, dass die Durchschnittstemperatur des Sommers 2023 um 2,07 Grad Celsius höher war als die der Sommer der „vorindustriellen Zeit“, wie die Phase von 1850 bis 1900 vom Weltklimarat genannt wird. Um einen noch umfassenderen Vergleich anstellen zu können, nutzten die Forscher dann ein bereits vorhandenes internationales Archiv von Klimadaten, die mit Hilfe von Baumringen rekonstruiert worden waren und bis ins Jahr 1 zurückreichen. „Dadurch haben wir festgestellt, dass der Sommer 2023 auch in diesem sehr langen Zeitraum der heißeste war und dass er um 2,2 Grad wärmer war als der durchschnittliche Sommer seit dem Jahr 1″, sagt Esper. „Das verdeutlicht, wie dramatisch sich die Erde erwärmt und wie wichtig es ist, dass wir die Treibhausgasemissionen unverzüglich senken.“

„Vorindustrielle Zeit“ von 1850 bis 1900 kühler als gedacht
Durch ihre Arbeit mit den Baumringdaten sind die Forscher noch zu einem anderen beunruhigenden Ergebnis gekommen: „Unsere Berechnungen zeigen, dass die Durchschnittstemperatur in der Zeit von 1850 bis 1900 um 0,24 Grad niedriger war als bislang auf Grundlage der Daten von Wetterstationen angenommen“, sagt Esper. „Das würde bedeuten, dass die Erwärmung größer ist als bisher gedacht und dass die formulierten Klimaziele neu kalkuliert werden müssen.“ Zum Beispiel ist es Ziel des Abkommens von Paris, die Erderwärmung im Vergleich zur vorindustriellen Zeit auf möglichst 1,5 Grad Celsius zu begrenzen. Und die Wissenschaftler um Esper sind davon überzeugt, dass ihre auf Basis von Baumringen rekonstruierten Temperaturen genauer sind als die der Wetterstationen aus der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts: „Damals gab es in dem von uns betrachteten Bereich nur 58 durchgehende Wetterstationen, von denen 45 in Europa lagen. Das heißt, für viele Räume der Nordhalbkugel und die gesamte Südhalbkugel gibt es keine ausreichenden Wetteraufzeichnungen“, sagt Esper. Außerdem sei bekannt, dass viele der damals erhobenen Daten ungenau seien, weil sie zum Beispiel von unzureichend gegen direkte Sonneneinstrahlung geschützten Thermometern stammten.

Die nun in Nature veröffentlichte Studie wurde zum Teil durch einen ERC Advanced Grant, einen Förderpreis der Europäischen Union, für Jan Esper finanziell unterstützt.

Veröffentlichung:
J. Esper et al., 2023 summer warmth unparalleled over the past 2000 years, Nature (2024), 14. Mai 2024,
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07512-y

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• Klimawandel

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Quelle: Universität Bern 22. April 2024.

22. April 2024 – Es war einer der kältesten Winter, den die Region je erlebt hat: Im Jahr 763 froren weite Teile des Schwarzen Meeres zu und am Boporus wurden Eisberge gesichtet. Von diesem ungewöhnlichen Wetterphänomen im Winter 763/764 berichteten zeitgenössische Historiker in ihren Aufzeichnungen aus Konstantinopel, dem heutigen Istanbul. Eine internationale, interdisziplinäre Studie der Universität Bern mit Beteiligung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) zeigt, dass diese extreme Kälteperiode im Frühmittelalter durch Vulkanausbrüche auf Island ausgelöst wurde.

Bisherige Schätzungen des Einflusses von Vulkanausbrüchen auf das globale Klima in der Zeit zwischen 700 und 1000 n. Chr. gingen von einer vulkanischen Ruhephase aus. Eine Annahme, die jedoch im Widerspruch zu den geologischen Befunden aus Island und Sulfatkonzentrationen in Eisbohrkernen in Grönland steht, die Forscher:innen jetzt in dem im renommierten Nature-Portfolio herausgegebenen Fachjournal Communications Earth and Environment veröffentlichten.

Schwefelwolken ziehen über Europa
Die neue Studie nutzt Analysen von sogenannter Kryptotephra (mit blossem Auge nicht sichtbare Spuren von Vulkanasche), hochauflösende Schwefelisotopenanalysen und andere chemische Indikatoren für vulkanische Eruptionen von zahlreichen Eiskernen aus Grönland, um die vulkanische Aktivität und die Konzentration klimawirksamer Schwefelaerosole im Zeitraum von 700 bis 1000 n. Chr. zu ermitteln.

Mit dem Ergebnis: Eine längere Episode vulkanischer Schwefeldioxid-Emissionen zwischen 751 und 940 n. Chr. wurde vor allem von Eruptionen auf Island dominiert. «Bisher wurden Vulkanausbrüche als ein kurzlebiger, zufälliger Klimaantrieb interpretiert, wirksam während maximal 1 bis 3 Jahren», erläutern Imogen Gabriel und Michael Sigl, die Hauptautor:innen der Studie von der Universität Bern.

Die frühmittelalterliche Serie von Eruptionen wird in der Studie als «Icelandic Active Period bezeichnet. Sie begann mit Ausbrüchen des Vulkans Katla zwischen 751 und 763, die teils bis in die Stratosphäre reichten und mit starken winterlichen Abkühlungsanomalien in ganz Europa zusammenfielen. Diese Kältezeiten können aufgrund von Isotopendaten aus Tropfsteinhöhlen (wie der Spannagelhöhle in den Zillertaler Alpen) sowie mit historischen Quellen von Irland bis zum Mittelmeer rekonstruiert werden.

Strafe Gottes
Wie sich diese historischen Klimaveränderungen auf die frühmittelalterliche Gesellschaft auswirkte, schildert der an der Studie beteiligte Byzanzforscher Johannes Preiser-Kapeller vom Institut für Mittelalterforschung der ÖAW: «In den historischen Quellen wird nicht nur beschrieben, dass es sehr kalt war, sondern, dass die extremen Temperaturen Tiere sterben und Feldfrüchte erfrieren ließen. Die Menschen litten nicht nur unmittelbar Not, sondern waren auf verschiedenen Ebenen tief erschüttert», berichtet der ÖAW-Forscher.

Als sich im März 764 auch noch ein Meteorschauer – ein beeindruckendes astronomisches Phänomen, das den Himmel erleuchten lässt – ereignete, dachten viele Menschen, das Ende der Welt sei gekommen. Diese Krisenzeit schlug sich auch auf die politische Wetterlage nieder. Für das damalige Byzantinische Reich, zu dem Preiser-Kapeller forscht, war es eine Zeit innerer Konflikte, die als «Bilderstreit» in die Geschichte einging. Preiser-Kapeller: «Man stritt darum, wie man das Göttliche richtig verehrt. Aus Sicht eines Bilderverehrers war der Kaiser schuld, weil er verbot, die Heiligen angemessen zu verehren. Die Krise wurde also politisch instrumentalisiert und als Strafe Gottes interpretiert.»

Vulkane bei Klimamodellen bisher zu wenig berücksichtigt
Was der interdisziplinäre Ansatz der Studie auch illustriert: den bedeutenden Beitrag anhaltender vulkanischer Sulfatemissionen zur vorindustriellen atmosphärischen Aerosolbelastung, der in bisherigen Schätzungen zur Rekonstruktion des Klimas nicht ausreichend berücksichtigt wurde. Und er unterstreicht die Notwendigkeit weiterer interdisziplinärer Forschung, um mit diesen Phänomenen verbundene Klimarückkopplungen in Vergangenheit und Gegenwart besser zu verstehen.

Publikationsangaben:
“Decadal-to-centennial increases of volcanic aerosols from Iceland challenge the concept of a Medieval Quiet Period”, Imogen Gabriel, Gill Plunkett, Peter Abbott, Melanie Behrens, Andrea Burke, Nathan Chellman, Eliza Cook, Dominik Fleitmann, Maria Hörhold, William Hutchison, Joseph McConnell, Bergrún Óladóttir, Johannes Preiser-Kapeller, Jakub Sliwinski, Patrick Sugden, Birthe Twarloh, and Michael Sigl, Nature Commun Earth Environ, 2024
DOI: doi.org/10.1038/s43247-024-01350-6
https://www.nature.com/articles/s43247-024-01350-6
pdf: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01350-6.pdf

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• Klimawandel

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Quelle: GFZ 18. April 2024.

18. April 2024 – Tektonisch aktive Gebirge spielen eine wichtige Rolle bei der natürlichen CO₂-Regulation der Atmosphäre. Hier finden konkurrierende Prozesse statt: An der Oberfläche treibt Erosion Verwitterungsprozesse an, die je nach Gesteinsart CO₂ aufnehmen oder freisetzen. In der Tiefe führt das Erhitzen und Schmelzen von Karbonatgestein zur Ausgasung von CO₂, das an die Oberfläche gelangt. Im mittelitalienischen zentralen Apennin-Gebirge haben Forschende um Erica Erlanger und Niels Hovius vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ und Aaron Bufe von der Ludwig-Maximilians-Universität München nun erstmals alle diese Prozesse in einer Region untersucht und bilanziert – u.a. anhand von Analysen des CO₂-Gehalts in Gebirgsflüssen und Quellen. Sie stellten fest, dass Verwitterung in dieser Region insgesamt zu einer CO₂-Aufnahme führt. Diese oberflächennahen Prozesse bestimmen die CO₂-Bilanz aber nur in Gebieten mit dicker und kalter Erdkruste. Auf der Westseite des Zentral-Apennin ist die Kruste dünner und der Wärmefluss höher. Dort ist die CO₂-Ausgasung aus der Tiefe bis zu 50 Mal so stark wie die CO₂-Aufnahme durch Verwitterung. In Summe erweist sich die untersuchte Landschaft als CO₂-Emittent. Die Tektonik, also Aufbau und Dynamik der Erdkruste, steuert die CO₂-Freisetzung hier also stärker als die chemische Verwitterung. Die Studie ist heute im Fachmagazin Nature Geoscience erschienen.

Hintergrund: Die Rolle von Gebirgen im CO₂-Haushalt der Erde
Für die Bilanzierung des globalen CO₂-Haushalts spielen neben den vom Menschen verursachten CO₂-Emissionen auch viele natürliche Prozesse eine Rolle – biologische wie geologische. Gebirgslandschaften sind ein prominenter CO₂-Umschlagplatz, und es ist wichtig, die Auswirkungen der hier ablaufenden konkurrierenden Prozesse von CO₂-Emission und CO₂-Aufnahme in Klimamodellen adäquat zu berücksichtigen.

Zum einen werden Gesteine an der Erdoberfläche durch chemische Lösungsprozesse verwittert: Erosion legt fortwährend Gestein frei, das – je nach Gesteinsart – mit verschiedenen Geschwindigkeiten und entweder unter Aufnahme oder Freisetzung von CO₂ verwittert. So binden etwa Silikatmineralien CO₂ und bilden Kalkstein. Die Verwitterung von Kalk- und schwefelhaltigen Gesteinen setzt wiederum CO₂ frei.

Diese komplexe Konstellation hat ein Forschungsteam um Aaron Bufe und Niels Hovius in einer weiteren, bereits Anfang März im Fachmagazin Science erschienenen Studie aufgeschlüsselt. Sie untersuchten am Beispiel verschiedener Gebirgsregionen weltweit den Einfluss der Erosionsrate auf die CO₂-Bilanz.

Gebirgsbildung beeinflusst allerdings nicht nur Erosions- und Verwitterungsraten an der Erdoberfläche. Wo sich tektonische Platten übereinander schieben, kann das Erhitzen von Karbonatgestein in der Kruste und im Erdmantel zu chemischen Reaktionen führen, die mit der Emission von CO₂ einhergehen.

„Bisherige Studien haben sich jedoch oft auf einen einzigen Prozess konzentriert und entweder nur die Verwitterung an der Oberfläche oder nur die Abläufe in der Tiefe in den Blick genommen. Das wollten wir ändern“, sagt Niels Hovius.

Untersuchungen im Apennin: CO₂-Ausgasung oder -Speicherung – welcher Prozess dominiert?
Die Konkurrenz zwischen den oberflächennahen und tiefliegenden Prozessen ist nun im Fokus einer neuen Studie von Erica Erlanger, Post-Doc-Wissenschaftlerin am GFZ und der Université de Lorraine (Frankreich), Aaron Bufe, Professor für Sedimentologie an der LMU München und ehemals Post-Doc-Wissenschaftler am GFZ, und Niels Hovius, Leiter der Sektion Geomorphologie am GFZ und Professor an der Universität Potsdam, zusammen mit Kolleg:innen aus Frankreich, Italien, den USA und der Schweiz.

Hierfür erweist sich der zentrale Apennin in Mittelitalien als besonders geeignete Region, wie Erica Erlanger, Erstautorin der Studie, erläutert: „Dieses Gebiet ist Teil eines aktiven Gebirges, in dem es dicht beieinander sowohl Zonen mit dicker, kalter Kruste als auch mit dünner warmer Kruste gibt, sodass wir den Einfluss der Untergrundaktivität gut untersuchen können. Denn sowohl die klimatischen Bedingungen als auch die Topografie und die Gesteinsarten an der Oberfläche sind im gesamten Gebiet ähnlich, sodass es kaum Unterschiede in der Verwitterungsaktivität geben dürfte.“

Probennahme und Untersuchung von CO₂-Anteilen
Im westlichen Zentral-Apennin beträgt die Krustendicke rund 20 Kilometer und der Wärmefluss bis zu über 100 Milliwatt pro Quadratmeter, während die Kruste im Osten mehr als 40 Kilometer dick ist, bei einem Wärmefluss von um die 30 Milliwatt pro Quadratmeter.

Die Forschenden haben im westlichen Tevere- und im östlichen Aterno-Pescara-Flusssystem insgesamt 104 Wasserproben genommen, davon 49 im Sommer 2020 und 55 im Winter 2021. Somit werden die wärmsten und trockensten bzw. die feuchtesten und kältesten Jahreszeiten abgedeckt, zur Abschätzung der minimalen (Sommer) und maximalen (Winter) CO₂-Flüsse.

Wasserproben eignen sich deshalb, weil Flüsse und Quellen Kohlenstoff transportieren, der sowohl aus der Tiefe als auch aus oberflächennahen Verwitterungsreaktionen stammt. Die chemische Analyse der Proben beinhaltete unter anderem die Bestimmung der relativen Häufigkeit verschiedener Kohlenstoff-Isotope. Sie kann Aufschluss darüber geben, ob der Kohlenstoff von einer Pflanze oder aus der Atmosphäre stammt oder aus einem subduzierten Gestein freigesetzt wurde.

„Auf dieser Basis konnten wir berechnen, welche CO₂-Mengen durch Verwitterung oder aus der Tiefe durch umgewandelte Karbonate freigesetzt wurden, und welche CO₂-Mengen von verwitterten Silikaten gebunden wurden“, erläutert Erlanger.

Um eine Gesamtbilanz für den CO₂-Haushalt des Apennins abzuschätzen, haben die Forschenden darüber hinaus Schätzungen für anorganische CO₂-Emissionen aus Gasschloten, die von der Westseite des Apennins bekannt sind, sowie von organischem CO₂-Austausch berücksichtigt.

Ergebnis: Zentral-Apennin als Netto-CO₂-Quelle, aber mit zweigeteilter CO₂-Bilanz
Das Forschungsteam fand heraus, dass die Verwitterungsprozesse im gesamten Untersuchungsgebiet überwiegend CO₂ einfangen und nicht freisetzen. Bemerkenswerterweise werden jedoch die verwitterungsbedingten CO₂-Flüsse dort, wo die Kruste dünn und der Wärmefluss hoch ist, vollständig von CO₂-Freisetzung aus der Tiefe überlagert, und zwar um einen Faktor 10 bis 50. In der Summe ist die Region daher eine CO₂-Quelle.

„Wichtig ist, dass die Schwankungen der CO₂-Freisetzung aus der Tiefe viel größer sind als die Schwankungen in den chemischen Verwitterungsflüssen an der Oberfläche. Das bedeutet, dass die regionale Geodynamik im zentralen Apennin den Kohlenstoffkreislauf am stärksten beeinflusst, indem sie die Freisetzung von CO₂ aus der Tiefe moduliert, und nicht, indem sie die CO₂-Speicherung oder -Freisetzung durch Verwitterungsreaktionen verstärkt“, resümiert Erica Erlanger. „Ausgehend von der geologischen Entwicklung des Gebiets schätzen wir, dass es wahrscheinlich über die letzten 2 Millionen Jahre zu einer CO₂-Ausgasung aus tiefen Gesteinen gekommen ist.“

Weitergehende Schlussfolgerungen: Bessere Klimamodelle und Verständnis des empfindlichen CO₂-Gleichgewichts über geologische Zeiten
„Unsere Untersuchungen werden zu einem besseren Verständnis der tatsächlichen CO₂-Bilanz für die Atmosphäre und damit auch zu besseren langfristigen Klimamodellen beitragen“, sagt Aaron Bufe. „Außerdem helfen sie dabei zu klären, wie unser Planet in einem Wechselspiel von CO₂-Ausgasungen verschiedener Quellen und diverser CO₂-Speicherprozesse über geologische Zeiten den engen Bereich von Bedingungen aufrechterhalten hat, die für das Leben förderlich sind.“

Niels Hovius blickt voraus: „Wenn wir die Rolle von Gebirgen an Plattengrenzen im Kohlenstoffkreislauf der Erde in einem allgemeineren Sinne untersuchen wollen, werden auch scheinbar einfache geologische Fragen einen ganzheitlicheren Ansatz erfordern. Von besonderem Interesse sind geologisch junge Gebirgsgürtel an Plattengrenzen, in denen Karbonatgesteine sowohl in Oberflächennähe als auch in der Tiefe vorherrschen dürften. Der heutige Mittelmeerraum und andere noch vergleichsweise junge Gebirgszüge wie der Indonesischen Inselgruppe weisen ähnliche geologische Gegebenheiten und Gesteinsarten auf wie der zentrale Apennin. Die nächste große Frage, die sich uns stellt, ist also, ob die Ausgasung in aktiven tektonischen Gebieten ein globales Phänomen in Raum und Zeit sein könnte.“

Originalpublikation:
Erlanger, E., Bufe, A., Paris, G. et al. Deep CO2 release and the carbon budget of the central Apennines modulated by geodynamics. Nat. Geosci. (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01396-3
https://www.nature.com/articles/s41561-024-01396-3
pdf: https://www.nature.com/articles/s41561-024-01396-3.pdf

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• Klimawandel

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Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) 22. März 2024.

22. März 2024 – Obwohl die beiden riesigen Eisfelder in den Anden Südamerikas mit rund 16.000 Quadratkilometern eine Fläche von der Größe Thüringens bedecken, ist über diese Patagonische Eiskappe recht wenig bekannt. Das versucht ein Team um Dr. Johannes Fürst vom Geographischen Institut der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) gerade zu ändern. Mit den vorhandenen, eher spärlichen Daten und neuesten Methoden hat die Gruppe das Volumen der beiden Eisfelder auf 5351 Kubikkilometer im Jahr 2000 neu eingeschätzt. In diesen beiden Eiskappen steckt demnach vierzigmal mehr Eis als in allen Gletschern der europäischen Alpen zusammen. Ihre Erkenntnisse haben die Forscher im Fachmagazin Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Die Patagonischen Eisfelder stellen die Gletscher Europas also weit in den Schatten. Das zeigen bereits ihre riesigen Ausdehnungen: Schon das Nördliche Patagonische Eisfeld ist ungefähr 120 Kilometer lang und an manchen Stellen 50 bis 70 Kilometer breit. Das Südliche Patagonische Eisfeld hat mehr als die dreifache Fläche und erstreckt sich bei einer durchschnittlichen Breite von 30 bis 40 Kilometern rund 350 Kilometer von Nord nach Süd. Im Durchschnitt sind die Eismassen dort mehr als 250 Meter dick und damit rund fünfmal mächtiger als die Gletscher der europäischen Alpen.

Dazu kommt ein außergewöhnliches und zum Teil extremes Klima. Ähnlich wie in Mitteleuropa wehen die Winde auch in diesen Regionen Südamerikas oft von West nach Ost und tragen so feuchte Luft von den Ozeanen ins Land hinein. Der entscheidende Unterschied liegt in den Anden, die sich in Südamerika von Norden nach Süden erstrecken und so mit Höhen von oft weniger als 3000 Metern im Süden und teilweise 6000 Metern in den subtropischen und tropischen Regionen die feuchten, vom Pazifik hereinströmenden Luftmassen zum Aufsteigen zwingen. Dabei kühlen sie ab, können weniger Feuchtigkeit halten, und es beginnt je nach Höhenlage und Jahreszeit zu regnen oder zu schneien.

In den Regionen zwischen der Pazifikküste und den Anden fallen daher jährlich oft mehr als 3000 Millimeter Niederschlag. Jeder Quadratmeter Boden bekommt daher im Jahr 3000 Liter Regen, Schnee und Hagel ab. Im Vergleich erhalten Städte wie Nürnberg mit etwa 550 und München mit rund 930 Litern recht wenig Niederschlag. Westlich der Anden im Süden Chiles wächst daher in einem meist kühlen Klima ein dichter Regenwald, in dem nur sehr wenige Menschen leben. In den Hochlagen der Berge regnen sich die Wolken dann ab, und die Winde bringen dann in die Gebiete östlich der Anden relativ trockene Luft. Dort erstreckt sich daher über viele hundert Kilometer eine karge Steppenlandschaft, die ebenfalls nur dünn besiedelt ist.

Die beiden Patagonischen Eisfelder liegen also in einer recht abgelegenen Weltregion, in der deutlich weniger Klima- und Geodaten gemessen werden als zum Beispiel in Mitteleuropa. Obendrein streiten Argentinien und Chile seit langem über den Verlauf der Grenze, und ausgerechnet im Bereich der Südlichen Patagonischen Eiskappe haben sie diesen Konflikt auf Eis gelegt und damit große Teile der Gletscherflächen praktisch zu einem nur sehr schwer zugänglichen Niemandsland erklärt. Was geographische Messungen dort fast unmöglich macht.

Dazu kommt noch ein weiteres Problem: Die Niederschläge nehmen mit jedem Meter zu, den die Luftmassen an der Westflanke der Anden in die Höhe steigen. In den Gipfellagen und auf den beiden Patagonischen Eisfeldern schneit es daher sehr große Mengen. „Wir wissen allerdings nicht, wieviel Niederschlag dort tatsächlich fällt“, erklärt FAU-Forscher Johannes Fürst. Dort oben kommen nämlich so große Mengen, dass eine Wetterstation kaum dauerhaft betrieben werden könnte, weil in dieser abgelegenen Weltregion Störungen zumindest nicht rasch behoben werden können. Und weil die riesigen Schneemassen dort immer wieder Teile oder gar die gesamte Mess-Station zerstören könnten.

Ob dort also 10.000 oder vielleicht sogar 30.000 Liter Niederschlag im Jahr auf jeden Quadratmeter fallen, ist weitgehend unbekannt. „Spekulationen über den maximalen Schneefall reichen von weit über 30 Metern bis hin zu 100 Metern pro Jahr“, sagt Johannes Fürst. „Das sind unvorstellbare Mengen.“ Weil sich dort oben aus diesen Schneemassen mit der Zeit das Eis der Gletscher bildet, wären solche Zahlen wichtig, um die Vorgänge besser zu verstehen. Sicher ist jedenfalls eines: Die riesigen Niederschlagsmengen versorgen die Eiskappe laufend mit sehr viel Nachschub, der bald wieder talwärts fließt.

Das wiederum lässt die Gletscher, die aus den Patagonischen Eiskappen kommen, sehr rasch strömen. Während sich das Eis in den europäischen Alpen nur selten hundert Meter im Jahr nach unten schiebt, überschreiten die meisten Gletscher der Patagonischen Eisfelder dieses Tempo. Etliche von ihnen fließen sogar mit mehr als einem Kilometer im Jahr talwärts, einige erreichen sogar ein Tempo von mehreren Kilometern im Jahr. So hohe Geschwindigkeiten sind sonst nur von den Gletschern bekannt, die aus den mit Abstand größten Eiskappen der Erde über Grönland und über der Antarktis strömen.

Obendrein verlieren die Gletscher der Patagonischen Eisfelder nach Studien von Matthias Braun vom Institut für Geographie der FAU im Klimawandel jedes Jahr auch noch durchschnittlich einen Meter Eisdicke. Auch das ist ein rekordverdächtiger Wert und ein guter Grund dafür, die Patagonischen Eiskappen möglichst gut im Auge zu behalten und mit den Methoden der modernen Wissenschaft zu vermessen. Genau das hat Johannes Fürst jetzt in enger Zusammenarbeit vor allem auch mit chilenischen Forschungsorganisationen getan. Dabei hat die Gruppe die vorhandenen, oft nur spärlichen Messungen vor Ort mit den deutlich gröberen Satelliten-Daten verglichen. Damit wiederum lassen sich die Ergebnisse aus dem Weltraum kalibrieren und so auch die Eisdicken in abgelegenen Regionen ohne Vor-Ort-Daten besser abschätzen.

So gewinnt man auch Daten vom Boden unter dem Eis. Damit aber kann man viel besser einschätzen, wie schnell ein Gletscher in Zukunft schwinden dürfte. So kann sich unter dem Eis zum Beispiel eine Mulde im Gelände verbergen. Zieht der Gletscher sich zurück, kann sein Schmelzwasser diese Vertiefung zu einem See auffüllen. Endet dort die Eisfront, kann das relativ warme Wasser den Gletscher von unten angreifen. Dadurch kann oben mehr Eis abbrechen und so den Rückgang des Gletschers weiter beschleunigen.

Der FAU-Glaziologe und sein Team haben daher gute Gründe, die Patagonische Eiskappe auch vor Ort zu vermessen. Dabei fliegen sie mit einem Helikopter über den Gletscher und messen mit Radar-Strahlen die Tiefe des Eises bis auf wenige Meter genau. Und verbessern so die Daten dieses sehr dynamischen Eises kräftig. Solche Daten aber sind für die Klimaforschung sehr wichtig, weil die Patagonischen Eisfelder mit steigenden Temperaturen sehr rasch Eis verlieren. Da mit jedem Meter Fahrt mit einem Benzin- oder Diesel-Auto langfristig ein Zuckerwürfel Gletschereis schmilzt, will Johannes Fürst diese Eisfelder gut im Auge behalten, um gefährliche Entwicklungen besser als bisher einschätzen zu können.

Publikation:
https://www.nature.com/articles/s43247-023-01193-7
pdf: https://www.nature.com/articles/s43247-023-01193-7.pdf

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• Klimawandel

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Quelle: Naturhistorisches Museum Wien 21. März 2024.

21. März 2024 – Die Fossilienwelt Weinviertel öffnet mit einer vom NHM Wien kuratierten, neuen Ausstellung am Ostermontag, 1. April 2024, nach der Winterpause wieder ihre Türen. Die Schau „Eisplanet und Hitzehölle. Klimaextreme in der Erdgeschichte“ entführt in eine tropische Vergangenheit, als Teile Österreichs von einem warmen Meer bedeckt waren, und man auch im Winter baden hätte können.

Im Vergleich zu den Klimaschwankungen der Erdgeschichte ist das tropische Intermezzo vor 16 Millionen Jahren aber kaum erwähnenswert. Über Milliarden von Jahren geriet das Klima der Erde immer wieder in Schieflage und reichte vom unwirtlichen Eisplaneten zur glühenden Hitzehölle.

Wir leben derzeit in einer warmen Phase einer Eiszeit, die vor 2,6 Millionen Jahren begann. Aufgrund der sich ändernden Umlaufbahn der Erde und durch Änderungen der Ausrichtung der Erdachse wechseln sich seitdem sehr kalte Perioden mit relativ warmen Phasen ab. Den letzten Kälte-Höhepunkt erreichte die Eiszeit vor etwa 25.000 Jahren, als sich Niederösterreich in eine karge Mammutsteppe verwandelte. Wesentlich dramatischer war aber die Eiszeit vor 700 Millionen Jahren, als sogar die Ozeane weitgehend zugefroren waren. Für das Leben war dieser „Snownball Earth“ fast das Ende. Ursache war unter anderem die damals noch geringere Strahlkraft der Sonne. Gerettet wurde die Erde durch Vulkane, die das Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂) in die Atmosphäre bliesen und so wieder zur Erwärmung führten.

Ein krasses Gegenteil zum Eisplaneten war das Super-Treibhaus vor 250 Millionen Jahren. Damals vereinten sich die meisten Kontinente zu einem gigantischen Großkontinent, Pangaea. Wolken gelangten kaum auf den gewaltigen Kontinent, der extrem trocken wurde und sich bei Jahresdurchschnitts-Temperaturen von über 40° C enorm aufheizte. Wieder begann für das Leben eine dramatische Krise. Wälder verschwanden und in weiten Teilen Europas breiteten sich Wüsten aus. Mehr als 96% aller Tiere starben aus. Die harten Schalen der Eier von Reptilien erwiesen sich nun aber als Überlebensvorteil. Sie schützten vor der Trockenheit. Ohne die Klimakatastrophe vor 250 Millionen Jahren wären daher die Dinosaurier nie entstanden und letztlich hätte es auch uns Menschen nie gegeben. Denn wir stammen, wie alle Säugetiere, von einer urtümlichen Gruppe von Reptilien ab, die an die harten Bedingungen Pangaeas perfekt angepasst waren.

Im Wechsel an Kalt- und Warmzeiten würde in 15.000 Jahren die nächste Eiszeit folgen. Der Wienerwald würde Tundra und Steppe weichen, Innsbruck würde unter Gletschern begraben sein. Doch die vom Menschen ausgelöste Klimaerwärmung könnte diesen natürlichen Rhythmus schon unterbrochen haben. Wohin wird sich das Klima in geologischen Zeiträumen entwickeln?

Für die Hitzehölle Pangaeas fehlt die passende Landmasse. Die Kontinente werden auch in einigen Millionen Jahren noch von Ozeanen umgeben sein, von denen Feuchtigkeit ins Land gelangen kann. Eine mögliche Zukunft zeigt der Blick zurück ins Karbon – dem Steinkohle-Zeitalter. Im heißen, feuchten Klima breiteten sich vor 330 Millionen Jahren in Europa erstmals dichte Sumpfwälder aus. Riesenlibellen mit über 80 Zentimeter Flügelspannweite flogen zwischen den Bäumen und plumpe Amphibien bevölkerten die Sümpfe. Damals schwankte der Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre zwischen 400 bis 800 ppm. Schon heute haben wir die untere Grenze des Steinkohlen-Zeitalters erreicht!

Über Millionen von Jahren speicherten die Pflanzen das CO₂ in ihren Stämmen und Blättern, die in den Sümpfen zu Kohle wurden. In nur wenigen Jahrzehnten führen wir dieses in der Kohle gespeicherte Treibhausgas durch Verbrennung wieder zurück in die Atmosphäre – mit unübersehbaren Folgen.

Führt unser Weg zurück ins Karbon? Zeigt die Vergangenheit mögliche Szenarien für die Zukunft? Sich darüber Gedanken zu machen, dazu regt die von der Geologisch-Paläontologischen Abteilung des Naturhistorischen Museums Wien kuratierte Sonderausstellung in der Fossilienwelt Weinviertel an.

Wo:
Fossilienwelt GmbH, Austernplatz 1, 2100 Stetten
T +43 (0)2262/62409

Öffnungszeiten:
1. April bis 31. Oktober 2024
Di – So von 10 bis 17 Uhr,
letzter Einlass 15:30 Uhr
Montag Ruhetag (ausgenommen Feiertag).

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Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München 7. März 2024.

München, den 3. März 2024 – Seit vielen hundert Millionen Jahren variiert die mittlere Temperatur auf der Oberfläche der Erde um nicht viel mehr als 20° Celsius und macht Leben auf unserem Planeten möglich. Um diese stabile Temperaturlage zu erklären, muss es eine Art „Thermostat“ geben, der über geologische Zeiträume hinweg die für die globale Temperatur entscheidende Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre reguliert. Eine wichtige Rolle für diesen Erd-Thermostat spielen dabei die Erosion und Verwitterung von Gestein. Ein Team um den Geologen Aaron Bufe von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und Niels Hovius vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) hat nun den Einfluss dieser Prozesse auf die Kohlenstoffbilanz der Atmosphäre modelliert. Das überraschende Ergebnis: Die CO₂-Aufnahme durch Verwitterungsreaktionen ist in Mittelgebirgen mit moderaten Erosionsraten am höchsten; nicht in Hochgebirgen, in denen Gesteine besonders schnell erodieren.

Sobald Gestein durch Erosion freigelegt und Wind und Wetter ausgesetzt wird, setzt Verwitterung ein. „Bei der Verwitterung von Silikaten wird der Atmosphäre Kohlenstoff entzogen und später als Kalk ausgefällt. Andere Verbindungen dagegen, etwa Karbonate und Sulfide oder im Stein enthaltener organischer Kohlenstoff, setzen bei der Verwitterung CO₂ frei. Diese Reaktionen laufen viel schneller ab als die Silikatverwitterung“, erläutert Hovius. „Bei der Frage, was der Effekt von Erosion und Gebirgsbildung auf die Kohlenstoffbilanz ist, gibt es daher einige Komplikationen.“

Verwitterungsmodell zeigt gemeinsame Mechanismen
Um ein klareres Bild zu gewinnen, analysierten die Forschenden mithilfe von mathematischen Verwitterungsmodellen Daten zum Ausmaß der Sulfid-, Karbonat- und Silikatverwitterung in unterschiedlichen Untersuchungsgebieten – etwa in Taiwan und Neuseeland – und ermittelten, wie die Verwitterung des jeweiligen Gesteins auf Änderungen der Erosionsrate reagiert. „Dabei fanden wir für alle Standorte Übereinstimmungen, die auf gemeinsame Mechanismen hinweisen“, sagt Bufe.

Weitere Modellrechnungen zeigten, dass der Zusammenhang zwischen Erosion und CO₂-Bilanz nicht linear ist, sondern dass die CO₂-Speicherung bei einer Erosionsrate von ungefähr 0,1 Millimeter pro Jahr ein Optimum erreicht. Sowohl bei niedrigeren als auch bei höheren Raten wird durch Verwitterung weniger CO₂ gespeichert beziehungsweise sogar zunehmend CO₂ freigesetzt. „Hohe Erosionsraten wie in Taiwan oder dem Himalaya treiben das System in Richtung einer CO₂-Quelle, weil die Silikatverwitterung bei steigenden Erosionsraten irgendwann nicht mehr ansteigt, während die Verwitterung von Karbonaten und Sulfiden noch weiter zunimmt“, erklärt Bufe.

In Landschaften mit moderaten Erosionsraten um 0,1 Millimeter pro Jahr dagegen sind die schnell verwitternden Karbonate und Sulfide schon weitgehend verbraucht, während die Silikatverwitterung in großem Umfang stattfinden kann. In Landschaften mit wenig Topographie und Hebung, in denen noch weniger Material abgetragen wird, gibt es schließlich nur noch wenig zu verwittern. Die größten CO₂-Senken sind daher Mittelgebirge wie der Schwarzwald oder der Bayerische Wald, deren Erosionsraten sich nahe dem Optimum bewegen. „Die Temperatur, auf die der ‚Erd-Thermostat‘ eingestellt ist, ist über geologische Zeiträume also vor allem von der globalen Verteilung der Erosionsraten abhängig“, sagt Bufe. Um die Auswirkungen von Erosion auf das Klimasystem der Erde noch genauer zu verstehen, müssten seiner Ansicht nach in zukünftigen Studien noch die organischen Kohlenstoffsenken und die Verwitterung in Überschwemmungsgebieten berücksichtigt werden.

Publikation
Aaron Bufe, Jeremy K.C. Rugenstein, and Niels Hovius: CO₂ drawdown from weathering maximized at moderate erosion rates. Science 2024. DOI 10.1126/science.adk0957
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk0957

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• Klimawandel

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Quelle: Physikalisch-Technische Bundesanstalt. 27. Februar 2024.

27. Februar 2024 – Es ist Segen und Fluch zugleich: Weit oben in der Stratosphäre schützt Ozon die Erde vor übermäßiger UV-Einstrahlung, aber weiter unten ist es eine Gefahr für die Gesundheit der Menschen und für das Klima. Es bildet sich, wenn Schadstoffe wie etwa Stickoxide in der Luft mit Sonnenlicht wechselwirken. In hohen Konzentrationen reizt Ozon bei Menschen die Atemwege. Für das Klima wirkt es als schädliches Treibhausgas. Es ist daher immens wichtig, die Ozonkonzentration mit präzisen Messverfahren feinmaschig zu kontrollieren. Dazu wird die agile Zusammenarbeit zwischen Behörden, wie sie heute von vielen Bürgerinnen und Bürgern gewünscht wird, großgeschrieben: Dem Umweltbundesamt (UBA) und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) gelingt diese gemeinsame Qualitätssicherung der Ozonmessungen bereits seit 20 Jahren. Eine Erfolgsgeschichte, die immer wieder neue Herausforderungen meistert, wie die Experten in der aktuellen Ausgabe des Fachblatts Gefahrstoffe berichten.

Ozon ist eigentlich ein Sommergas. Es bildet sich umso mehr, je intensiver die Sonne scheint. „So gesehen liegt das 20-jährige Jubiläum der Zusammenarbeit von PTB und UBA in der falschen Jahreszeit“, scherzt Jantje Kalin vom Geschäftsführungsteam des PTB-Innovationsclusters Umwelt und Klima der PTB. „Doch es ist wichtig, jetzt schon darauf hinzuweisen, dass Ozonmessungen zukünftig noch genauer werden und Ozon mit seinen schädlichen Wirkungen dadurch wieder öfter in den Fokus der Öffentlichkeit rücken könnte.“

Der Hintergrund: Der sogenannte Absorptionsquerschnitt von Ozon ist schon vor einigen Jahren neu vermessen worden. Er wird nun demnächst in alle Ozonmessungen eingehen, sodass diese genauer, aber damit auch höher werden. Der Absorptionsquerschnitt ist ein Maß für die Stärke einer Wechselwirkung zwischen Strahlung und Teilchen. In diesem konkreten Fall geht es um Ozonteilchen und die Strahlung, die bei ihrer Messung eingesetzt wird: In einem Photometer wird UV-Licht durch eine Absorptionszelle mit ozonhaltiger Luft geschickt. Die Ozonteilchen absorbieren Licht – je mehr Teilchen, desto mehr Absorption.

Durch die neue, metrologische Vermessung des Absorptionsquerschnitts werden die Messungen des Ozons genauer. Olav Werhahn, ebenfalls vom Geschäftsführungsteam des PTB-Innovationsclusters Umwelt und Klima, ergänzt: „Die Einführung des neuen Wertes zum 1. Januar 2025 wird dazu führen, dass sich weltweit alle Ozonmesswerte, die mittels Standard-Referenzphotometern bestimmt werden, schlagartig um 1,3 % nach oben ändern. Das kann zur Folge haben, dass die Grenzwerte häufiger überschritten werden.“

Dann könnte es im Sommer wieder öfter heißen: Vorsicht vor zu hohen Ozonwerten! Bitte möglichst keinen Sport im Freien treiben! Laut UBA haben die Ozon-Spitzenwerte in den letzten Jahren zwar etwas abgenommen – allerdings bei höherer Dauerbelastung. „Wenn die Grenzwerte jetzt wieder häufiger überschritten werden, tritt die Belastung durch Ozon wieder mehr ins Bewusstsein der Bevölkerung. Dies finde ich sehr wichtig, denn mit dem Bewusstsein des hohen Risikos von Ozon für die Gesundheit kann dagegen auch mehr getan werden“, erklärt Jantje Kalin. „Darum sind hochgenaue Messungen so wichtig.“
Zusammen sorgen PTB und UBA dafür, dass die Überwachung der Luftqualität in Deutschland auf einer sicheren Basis ruht. „Die Zusammenarbeit verbessert die kontinuierlichen Prüfungen der vielen entsprechenden Ozon-Messgeräte der Länder, aber auch derjenigen, die in der Industrie im Einsatz sind. Und es kommt allen Messungen weltweit zugute, denn die Referenzgeräte von PTB und UBA bringen ihre Messqualität über sogenannte Ringvergleiche in viele Länder auf allen Kontinenten“, erklärt Olav Werhahn. Das Ziel ist es, die internationale Vergleichbarkeit und die hohen Qualitätsanforderungen, wie sie in der Klimabeobachtung gebraucht werden, überall zu garantieren. Die Ergebnisse solcher Vergleiche werden vom Internationalen Büro für Maße und Gewicht (BIPM) veröffentlicht. Damit tragen die beiden Ozon-Standard-Referenzphotometer Deutschlands federführend zur Sicherstellung der Qualität internationaler Ozon-Messungen bei.

Für die PTB haben die Standard-Referenzphotometer darüber hinaus eine besondere Bedeutung. Als Gerätestandard sind sie ein Vorbild für die Entwicklung neuer optischer Gasstandards. Diese benötigen in Zukunft keine Vorkalibrierung mehr mit einem Referenzgas, sondern stützen sich wie die Ozon-Standards nur noch auf Spektraldaten sowie Messungen von Gasdruck und Gastemperatur. „Messgeräte wie die Ozon-Referenzphotometer sind die Zukunft für genaue Gasmessungen“, sagt Olav Werhahn. „Und diese werden für die Messung von Gasen immer wichtiger“.

PTB-Innovationscluster Umwelt und Klima
Sinnvolles Handeln braucht vertrauenswürdige, also qualitätsgesicherte Daten. Wer verlässliche Aussagen über Ökosysteme oder Klimaveränderungen machen will, braucht genaue Messungen. Die PTB ermöglicht solche Messungen in einzigartiger Genauigkeit und macht sie weltweit vergleichbar. Ihr Innovationscluster Umwelt und Klima ist eines von sechs übergreifenden Clustern, die die großen Fragen der Gegenwart und Zukunft im Blick haben.

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• Planet Erde

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Quelle: Universität Hamburg 13. Februar 2024.

13. Februar 2024 – Seit 2007 haben sich die Bedingungen in der Arktis verschoben. Dies zeigen Daten, die jetzt im Fachjournal Nature Communications Earth & Environment veröffentlich wurden. Zwischen 2007 und 2021 ereigneten sich in den Randgebieten des Arktischen Ozeans elf Hitzewellen, bei denen die Wassertemperatur an der Oberfläche durchschnittlich 2,2 Grad Celsius wärmer war als das langjährige Mittel. Die Hitzewellen hatten eine mittlere Dauer von 37 Tagen. Ab 2015 traten sie jährlich auf.

Die bislang stärkste Hitzewelle ereignete sich 2020. Sie dauerte 103 Tage mit Spitzentemperaturen von vier Grad Celsius über dem langjährigen Mittel. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine solche Hitzewelle ohne den Einfluss von menschengemachten Treibhausgasen aufgetreten wäre, liegt unter einem Prozent, errechnete das Team um Barkhordarian vom Exzellenzcluster CLICCS. Es grenzte dadurch die Bandbreite ein, welche Entwicklungen in der Arktis künftig plausibel sind. So werden jährliche Hitzewellen in Zukunft die Regel sein.

Die Arktis tritt in eine neue Phase ein
Barkhordarian weist außerdem erstmals nach, dass arktische Hitzewellen entstehen, wenn das Meereis nach dem Winter früh und schnell schmilzt. Dadurch kann sich bis zum Zeitpunkt der maximalen Sonneneinstrahlung im Juli viel Wärme im Wasser anreichern. „2007 hat in der Arktis eine neue Phase begonnen“, sagt die Expertin für Klimastatistik an der Universität Hamburg. „Es gibt immer weniger dickes Eis, das mehrere Jahre alt ist. Stattdessen nimmt der Anteil von einjährigem, dünnen Eis beständig zu.“ Das dünne Eis ist jedoch weniger haltbar und schmilzt schneller, sodass die Sonneneinstrahlung ungehindert die Wasseroberfläche erwärmen kann.

Offiziell spricht man von einer marinen Hitzewelle, wenn die Temperaturen an der Wasseroberfläche an mindesten fünf aufeinanderfolgenden Tagen höher sind als 95 Prozent der Werte aus den letzten 30 Jahren.

„Nicht nur der anhaltende Verlust des Meereises, auch das wärmere Wasser kann das Ökosystem Arktis dramatisch beeinträchtigen“, sagt Barkhordarian. Nahrungsketten können abreißen, Fischbestände geschädigt werden und insgesamt kann die biologische Vielfalt abnehmen.

Hintergrund:
Ist der Mensch verantwortlich? Mit Hilfe der Attributionsforschung lässt sich vergleichen, wie sich die Welt mit und ohne den Einfluss des Menschen entwickelt hätte. Für die vorliegende Studie wurde berechnet, wie wahrscheinlich das Auftreten der einzelnen Hitzewellen in einer Welt ohne menschengemachte Treibhausgase wäre. Weiter werteten Barkhordarian und ihr Team Satellitendaten aus und nutzten gekoppelte Klimamodelle für ihre Analysen.

Fachartikel:
Barkhordarian A, Nielsen DM, Olonscheck D, Baehr J (2024): Arctic marine heatwaves forced by greenhouse gases and triggered by abrupt sea-ice melt; Nature Communications Earth & Environment.
https://www.nature.com/articles/s43247-024-01215-y
pdf: https://www.nature.com/articles/s43247-024-01215-y.pdf

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• Klimawandel

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Quelle: ESA, Applications; 1. Februar 2024.

Dieser bemerkenswerte Satellit, der mit vier verschiedenen Instrumenten ausgestattet ist, ist der komplexeste unter den Earth Explorer Missionen der ESA – Missionen, die wichtige wissenschaftliche Informationen liefern, die unser Verständnis der Funktionsweise des Systems Erde und der Auswirkungen des Menschen auf natürliche Prozesse verbessern.

Vor dem Hintergrund der sich zuspitzenden Klimakrise wurde der Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer, kurz EarthCARE, entwickelt, um neue Erkenntnisse über die komplexen Wechselwirkungen zwischen Wolken, Aerosolen und Strahlung in der Erdatmosphäre zu gewinnen.

Die Energie in der Atmosphäre ist ein Gleichgewicht zwischen der eintreffenden Strahlung der Sonne, die das Erdsystem aufheizt, und der abgehenden Wärmestrahlung, die die Erde abkühlt. Obwohl bekannt ist, dass Wolken eine äußerst wichtige Rolle bei der Erwärmung und Abkühlung der Atmosphäre spielen, sind sie nach wie vor eine der größten Unsicherheiten in unserem Verständnis, wie die Atmosphäre das Klimasystem beeinflusst.

Wolken und in geringerem Maße auch Aerosole reflektieren die einfallende Sonnenenergie zurück in den Weltraum, fangen aber auch die ausströmende Infrarotenergie ab. Dies führt zu einem Nettoeffekt, der entweder zu einer Abkühlung oder einer Erwärmung führt. Darüber hinaus beeinflussen Aerosole den Lebenszyklus von Wolken und tragen so indirekt zu deren Strahlungseffekt bei.

Die vier hochmodernen Instrumente von EarthCARE werden zusammenarbeiten, um einen ganzheitlichen Blick auf das komplexe Zusammenspiel von Wolken, Aerosolen und Strahlung zu werfen und vor dem Hintergrund der Klimakrise neue Erkenntnisse über die Strahlungsbilanz der Erde zu gewinnen.

Nach dem für Mai geplanten Start mit einer SpaceX Falcon 9-Rakete vom Luftwaffenstützpunkt Vandenberg in Kalifornien hat EarthCARE in Deutschland die letzte Runde von Tests und sorgfältigen Prüfungen durchlaufen.

Der zwei Tonnen schwere EarthCARE-Satellit ist nun bereit, für reisefähig erklärt zu werden und steht stolz in einem Reinraum in den Airbus-Werken in Friedrichshafen.

Der EarthCARE-Projektleiter der ESA, Dirk Bernaerts, sagte: „Es ist großartig, EarthCARE in seiner ganzen Pracht zu sehen, und ich bin sehr stolz auf das, was die ESA, JAXA und unsere Industriepartner bei der Entwicklung dieser außergewöhnlichen Mission erreicht haben.

„Als äußerst komplexe Mission war es ein ziemlich langer Weg, aber sie kommt jetzt zu einem kritischen Zeitpunkt in der Entwicklung globaler Klimamodelle, die beginnen, die Wolkenkonvektion auf Kilometerskalen aufzulösen – wir sprechen davon, dass wir jetzt das ‚Zeitalter der Konvektion‘ erleben.

„EarthCARE ist sicherlich in der Lage, einen wichtigen Beitrag zu komplizierten Klimamodellen und numerischen Wettervorhersagen zu leisten“.

Die ESA-Direktorin für Erdbeobachtungsprogramme, Simonetta Cheli, kommentierte: „EarthCARE wird sich bald unserer wachsenden Familie von bahnbrechenden Earth Explorer-Forschungsmissionen anschließen. Bislang haben alle diese Missionen ihre wissenschaftlichen Ziele und Erwartungen übertroffen – und ich gehe fest davon aus, dass EarthCARE diesem Beispiel folgen wird.

„Obwohl EarthCARE eine ESA-Mission ist, gilt unser besonderer Dank der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), die das Wolkenprofilradar, eines der wichtigsten Messinstrumente des Satelliten, zur Verfügung gestellt hat.

Der Vizepräsident der JAXA, Koji Terada, fügte hinzu: „Obwohl die Mission bereits vor über 20 Jahren als Konzept vorgeschlagen wurde, ist EarthCARE aktueller denn je. Ich bin tief beeindruckt, dass die Mission auf so exzellenten und visionären wissenschaftlichen Anforderungen beruht. Wir sind sehr stolz darauf, das Wolkenprofil-Radar für die Mission anbieten zu können.“

Das Wolkenprofilradar des Satelliten liefert Informationen über die vertikale Struktur und die innere Dynamik von Wolken, sein Atmosphären-Lidar liefert Informationen über die Wolkenobergrenze und Profile von dünnen Wolken und Aerosolen, sein multispektraler Bildgeber bietet einen umfassenden Überblick über die Szene in mehreren Wellenlängen, und sein Breitband-Radiometer misst die reflektierte Sonnenstrahlung und die ausgehende Infrarotstrahlung.

Maximilian Sauer, Leiter des EarthCARE-Projekts bei Airbus, sagte: „Die Entwicklung von EarthCARE hat 15 Jahre gedauert, und es waren Experten aus über 15 Ländern in Europa sowie aus Kanada, den USA und Japan beteiligt. Und dank dieser harten Arbeit haben wir einen Satelliten, der die Klimamodelle verbessern wird.

„Dies ist auch ein großer Erfolg für die Kollegen von drei verschiedenen Airbus-Standorten und für die mehr als 40 Zulieferer, die daran beteiligt waren.“

Walther Pelzer (*), Generaldirektor der deutschen Raumfahrtagentur, sagte: „Der EarthCARE-Satellit wurde in Deutschland gebaut. Außerdem sind viele deutsche Unternehmen und wissenschaftliche Einrichtungen an der Mission beteiligt. EarthCARE unterstreicht Deutschlands führende Position in der internationalen Erdbeobachtungslandschaft.“

(*) Anmerkung der Raumfahrer.net Redaktion:
Aus formalen Gründen weisen wir darauf hin das der Originalartikel hier ungenau ist.
Dort wird Dr. Walter Pelzer als Generaldirektor der „German Space Agency, DLR,“ angeführt.
Dr. Walter Pelzer ist Generaldirektor der deutschen Raumfahrtagentur, aber nicht des DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt).

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• EarthCARE (ESA Earth Explorer 6) auf Falcon 9

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Quelle: Ludwig-Maximilians-Universität München 5. Dezember 2023.

München, den 30. November 2023 – Die verbleibende Zeit, um die Klimaziele des Pariser Abkommens zu erreichen, läuft immer schneller ab. Dies zeigt die jährliche Bilanz des Global Carbon Projects (GCP), ein Zusammenschluss internationaler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit starker deutscher Beteiligung, an dem auch die LMU-Geografen Julia Pongratz und Clemens Schwingshackl als Kernautoren beteiligt waren. Demnach werden sich die fossilen CO₂-Emissionen im Jahr 2023 voraussichtlich auf 36,8 Milliarden Tonnen summieren und ein neues Rekordniveau erreichen, das 1,1% über den Werten von 2022 liegt.

Regional waren die Trends sehr unterschiedlich: Während die fossilen Emissionen in Indien und China anstiegen (+8,2% bzw. + 4,0%), sanken sie in Europa und den USA (-7,4% bzw. -3,0%) und geringfügig auch im Rest der Welt (-0,4%). Für Europa etwa begründen die Autoren den Rückgang mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien und den Auswirkungen der Energiekrise. Das Wachstum in China sei teilweise auf eine verzögerte Erholung von den Auswirkungen der COVID-bedingten Lockdowns zurückzuführen.

Globale CO₂-Emissionen weit entfernt von den erforderlichen Einsparungen
Zusammen mit den Emissionen aus der Landnutzung belaufen sich die globalen CO₂-Emissionen 2023 auf etwa 40,9 Milliarden Tonnen. Dies ist weit entfernt von den deutlichen Einsparungen, die nötig wären, um die Pariser Klimaziele zu erreichen, so die Autoren. Zwar sei die Schätzung des verbleibenden Kohlenstoffbudgets mit großen Unsicherheiten behaftet, dennoch sei klar, dass die Zeit schnell ablaufe: Wenn das derzeitige Niveau der CO₂-Emissionen anhält, könnte das verbleibende Kohlenstoffbudget für eine 50-prozentige Chance, die Erwärmung auf 1,5°C zu begrenzen, in sieben Jahren und für 1,7°C in 15 Jahren aufgebraucht sein. „Es erscheint unausweichlich, dass wir das 1,5°C-Ziel überschreiten werden – und die letzten Jahre haben uns drastisch vor Augen geführt, wie gravierend die Folgen des Klimawandels bereits jetzt sind. Von den Staats- und Regierungschefs auf der Klimakonferenz in Dubai müssen deutlich höhere Anstrengungen bei der Emissionsreduktion beschlossen werden, um wenigstens das 2°C-Ziel noch einzuhalten“, sagt Julia Pongratz, Professorin für Physische Geographie und Landnutzungssysteme an der LMU.

CO₂-Entnahme erstmals ausgewiesen
„Die Emissionen aus Entwaldung nahmen zwar leicht ab, aber sie sind immer noch zu hoch, um durch nachwachsende Wälder und Aufforstung kompensiert werden zu können“, sagt Clemens Schwingshackl, der gemeinsam mit Pongratz die Abschätzungen der Landnutzungsemissionen im GCP-Bericht leitete. Zurzeit wird etwa die Hälfte der Emissionen aus Entwaldung durch CO₂-Aufnahme in nachwachsenden Wäldern und Aufforstung ausgeglichen. Durch technische Lösungen, wie etwa das sogenannte Direct Air Capture and Carbon Storage (DACCS), die unabhängig von Vegetation funktionieren, wird derzeit nur eine verschwindend geringe Menge CO₂ aus der Atmosphäre entnommen. „Für die ‚Netto-Null‘ Emissionsziele sind in erster Linie massive Anstrengungen zur Emissionsreduktion unerlässlich. Für die Kompensation schwer vermeidbarer Emissionen wird zusätzlich ein starker Ausbau von CO₂-Entnahmeverfahren notwendig sein“, so Schwingshackl.

El Niño macht sich bemerkbar
Für 2023 schätzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass etwa die Hälfte des emittierten CO₂ durch Senken an Land und im Meer absorbiert wird. Der Rest gelangt in die Atmosphäre, deren CO₂-Gehalt dadurch auf einen Jahresmittelwert von etwa 419 ppm (parts per million) ansteigen wird.

In Bezug auf die Landsenke machte sich vermutlich bereits das Wetterphänomen El Niño bemerkbar, das Mitte 2023 begonnen hat: Mit 10,4 Milliarden Tonnen CO₂ nahm die Landsenke wesentlich weniger CO₂ auf als in den vorigen Jahren, in denen sie durchschnittlich 12,3 Milliarden Tonnen absorbierte. „In El-Niño-Jahren schwächelt die Landsenke, weil Regionen wie der Amazonas und Südostasien von Dürre und Feuern betroffen sind“, sagt Pongratz. Der Ozean reagiert entgegengesetzt, auch wenn die Variationen von Jahr zu Jahr weniger stark ausfallen als an Land. Nach den außergewöhnlichen drei La-Niña-Jahren in Folge (2020-2022), in denen die Ozeansenke nicht zugenommen hat, ist für 2023 erstmals wieder ein Anstieg der CO₂-Aufnahme im Ozean auf 10,6 Milliarden Tonnen CO₂ prognostiziert.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vermuten, dass sich der Einfluss von El Niño auf die CO₂-Senken an Land und im Meer in den kommenden Monaten weiter verstärkt und insgesamt zu einem stärkeren Wachstum der atmosphärischen CO₂-Werte im Jahr 2024 führt.

Der Bericht über das globale Kohlenstoffbudget, der von einem internationalen Team von mehr als 120 Wissenschaftlern erstellt wird, bietet eine jährliche, von Fachleuten überprüfte Aktualisierung, die auf bewährten Methoden aufbaut und vollständig transparent ist. Er wird am 5. Dezember 2023 auf einer Pressekonferenz im Rahmen der 28. UN-Klimakonferenz in Dubai vorgestellt, bei der sich Vertreter aus über 200 Staaten treffen, um über die Umsetzung des Pariser Klimaabkommens zu beraten.

Aus dem deutschsprachigen Raum sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts (Bremerhaven), der ETH Zürich, des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung (Kiel), des International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), des Karlsruhe Instituts für Technologie, des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung (Warnemünde), der Ludwig-Maximilians-Universität (München), des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (Hamburg), des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie (Jena), des Potsdam Instituts für Klimafolgenforschung und der Universität Bern beteiligt, die mit Ozeanbeobachtungen, Modellsimulationen von Ozean, Land und Atmosphäre sowie Analysen zu dem Bericht beitrugen.

Die Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU)
Die LMU ist eine der führenden Universitäten in Europa mit einer über 500-jährigen Tradition. Sie bietet ein breites Spektrum aller Wissensgebiete – die ideale Basis für hervorragende Forschung und ein anspruchsvolles Lehrangebot. Es reicht von den Geistes- und Kultur- über Rechts-, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften bis hin zur Medizin und den Naturwissenschaften. 20 Prozent der 52.000 Studierenden kommen aus dem Ausland – aus insgesamt 140 Nationen. Das Know-how und die Kreativität der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bilden die Grundlage für die herausragende Forschungsbilanz der Universität. Der Erfolg der LMU in allen drei Phasen des Exzellenz-Wettbewerbs und die dauerhafte Förderung als „Exzellenzuniversität“ dokumentieren eindrucksvoll die Forschungsstärke der Münchener Universität.

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