Quelle: GFZ 29. Mai 2024.

29. Mai 2024 – Als Ursache für zahlreichere und stärkere Erdbeben sehen die Forschenden den mit dem Klimawandel fortschreitenden Anstieg des Meeresspiegels weltweit, der in der Fachwelt unstrittig ist und jährlich vom Weltklimarat IPCC prognostiziert wird, sowie die zunehmende Stärke von extremen Wetterereignissen wie Stürmen. Beides erhöht den mechanischen Druck im Gefüge tektonischer Platten und führt zu Änderungen in den seismischen Zyklen – mit steigender Erdbebengefahr insbesondere in den Küstenregionen der Welt.

Hintergrund: Entstehung von Erdbeben
Erdbeben entstehen durch das plötzliche, ruckartige Verschieben von Gesteinsmassen im Untergrund. Dabei wird Energie in Form seismischer Wellen freigesetzt, die sich vorher durch die großräumige kontinuierliche Verschiebung und gleichzeitigem Verhaken der Erdplatten über lange Zeiträume aufgestaut hat. Dieser Ladeprozess schreitet solange fort, bis die Festigkeit des Gesteins überschritten wird und das Gestein an irgendeiner Stelle nachgibt, bricht und rutscht. Danach startet der Ladeprozess von neuem und bildet so einen wiederkehrenden Kreislauf von laden und entladen auf sogenannten tektonischen Störungen. Man nennt dies einen seismischen Zyklus. Je nach den geologischen Randbedingungen kann er Jahre, Jahrzehnte oder Jahrhunderte lang sein.

Einfluss des menschengemachten Klimawandels
Durch den menschengemachten Klimawandel und die damit verbundene Erwärmung der Atmosphäre schmilzt das Festlandeis, im Wesentlichen in der Antarktis und auf Grönland. In der Folge steigt weltweit der Meeresspiegel und dieser Prozess beschleunigt sich ständig. Betrug die Rate zwischen 1901 und 1990 noch 1,4 Millimeter pro Jahr, waren es zwischen 1970 und 2015 schon 2,1 und zwischen 2006 und 2015 bis zu 3,6. Gegenüber dem Zeitraum 1986 bis 2000 wird der Meeresspiegel dem IPCC-Bericht 2023 zufolge im Jahr 2100 im Mittel zwischen 0,43 und 0,84 Meter steigen. Bei Abschmelzen allen Landeises sagen Expert:innen langfristig sogar einen Anstieg um etwa 70 Meter voraus. Ob es zu diesem Extrem-Szenario kommen wird, hängt wesentlich von der Einhaltung der Klimaziele und damit der weiteren Emission von Treibhausgasen ab. Fest steht: Auch bei strikter Reduktion werden die oben beschriebenen Effekte noch Jahrhunderte andauern. Hinzu kommt eine wachsende Häufigkeit von Extremwetterereignissen, insbesondere von starken Stürmen.

Steigendes Erdbebenrisiko
Diese Entwicklungen haben auch Auswirkungen auf das Erdbebenrisiko. Denn ein höherer Meeresspiegel bedeutet eine größere Last auf dem Untergrund, die dort zu Drucksteigerungen führt. Das beeinflusst die Erdbebenzyklen an allen von Meerwasser bedeckten und küstennahen Orten der Welt und führt dort zu einem höheren Erdbebenrisiko. Ähnliche Druckänderungen werden auch durch zunehmend stärkere Extremwetterereignisse wie Stürme hervorgerufen.

Prof. Marco Bohnhoff, Leiter der GFZ-Sektion 4.2 „Geomechanik und Wissenschaftliches Bohren“ und Hauptautor der Studie, erläutert: „Bereits Meeresspiegelschwankungen von nur wenigen Dezimetern reichen aus, um Erdbeben auszulösen. Das können wir aus einer Vielzahl von Beobachtungen ableiten, zum einen von menschengemachten, meist harmlosen kleineren Erdbeben, die bei Wasserinjektionen zur Öl-, Gas-, oder Erdwärmeförderung auftreten, aber auch durch Seismizitätsschwankungen, die unter Stauseen und durch Ebbe und Flut verursacht werden.“

Problemregionen: die Küsten der Welt
Die stärkere seismische Gefährdung aufgrund des Klimawandels ist besonders in den Küstenbereichen problematisch. Dort liegen viele kritische Bruchzonen sowie auch Subduktionszonen, bei denen eine Erdplatte unter die die andere taucht. Und dort leben bereits heute 40 Prozent der Weltbevölkerung, zumeist in stark wachsenden Mega-Cities. Bekannte gefährdete Regionen sind zum Beispiel San Francisco und Los Angeles, Istanbul und Tokio-Yokohama, insbesondere aber auch viele wachsende Millionenstädte in Entwicklungsländern. Nicht überall ist die Gefährdungslage gut bekannt, weil die seismischen Zyklen teils länger sind als die Siedlungsgeschichte.

Bohnhoff: „Problematisch ist, dass es weltweit eine große Anzahl von Störungen gibt, die kurz vor dem Ende ihres seismischen Zyklus‘ stehen. Bei diesen reichen dann kleine zusätzliche Spannungen, um quasi die natürliche seismische Uhr vorzustellen und das Gestein bereits früher zum Versagen zu bringen. Dies geschieht durch steigende Meeresspiegel oder auch stärkere Stürme. Nach unseren Berechnungen wird das dann insbesondere küstennahe Bereiche und damit auch Städte und Infrastruktur treffen.“ Allerdings ist heute noch nicht vollständig bekannt, wo überall kritische Störungen liegen.

Dr. Patricia Martínez-Garzón, Arbeitsgruppenleiterin am GFZ und Mitautorin der Studie ergänzt: „Zudem können dann diese Erdbeben auch Sekundäreffekte wie etwa Hangrutschungen und Bodeninstabilitäten durch sogenannte Verflüssigung weicher Böden bewirken und damit die menschengemachten Georisiken zusätzlich verstärken. Diese Thematik klimawandelbedingt auftretender Erdbeben sollte in der nächsten Generation seismischer Gefährdungskarten Berücksichtigung finden.“

Weiterer Forschungsbedarf
Wie sich diese Effekte in den unterschiedlichen Erdbebenzonen der Welt konkret auswirken werden, ist allerdings vielfach noch unzureichend erforscht und von vielfältigen Faktoren abhängig. Dazu gehören die Geometrie der Verwerfungen, die lokalen tektonischen und Druck-Bedingungen sowie die Eigenschaften des Gesteins wie Permeabilität, Festigkeit und Rissausbreitung.

Die Studie macht daher auch Vorschläge zu einer besseren quantitativen Erfassung der zu erwartenden seismischen Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs oder durch Extremwetterereignisse.

Prof. Yehuda Ben-Zion von der University of Southern California in Los Angeles und Ko-Autor der Studie sagt dazu: „Wir planen, gezielt Bereiche starker Abschmelzung etwa auf Grönland oder einzelne Gletscher mikroseismisch zu überwachen, um dann Analogien zur skandinavischen Landmasse ziehen zu können, um die Prognosen zu verbessern.“

In Skandinavien hat der Prozess des Abschmelzens von Landeismassen seit der letzten Eiszeit schon stattgefunden. Dies hat dort auch zu – teils sehr starken – Erdbeben geführt. Allerdings ohne, dass es dort Millionenstädte oder kritische Infrastruktur gab, im Gegensatz zu den in der Zukunft betroffenen, besiedelten Küstenbereichen weltweit.

Ausblick: Menschengemachten Temperaturanstieg mindern und Erdbebenüberwachung und -vorsorge verbessern
Nach Ansicht der Forschenden verstärkt das aus dem menschengemachten Klimawandel resultierende wachsende seismische Risiko, das zu den bereits bekannten direkteren Gefahren und Risiken der globalen Erwärmung hinzukommt, die Notwendigkeit, den anthropogenen globalen Temperaturanstieg zu mindern und in eine verbesserte Erdbebenüberwachung und eine widerstandsfähigere Infrastruktur zu investieren.

Bohnhoff: „Die Klimaauswirkungen auf kaskadierende Erdbebengefahren, einschließlich ausgelöster Erdrutsche, Tsunamis und Verflüssigung, sollten bei der Entwicklung von Plänen zur Minderung des Erdbebenrisikos berücksichtigt werden.“ Dies sei besonders wichtig für Küstenregionen, einschließlich Megastädte und kritischer Infrastrukturen.

Originalpublikation:
Marco Bohnhoff, Patricia Martínez‐Garzón, Yehuda Ben‐Zion; Global Warming Will Increase Earthquake Hazards through Rising Sea Levels and Cascading Effects. Seismological Research Letters2024; doi: 10.1785/0220240100
hhttps://pubs.geoscienceworld.org/ssa/srl/article-abstract/doi/10.1785/0220240100/644474/Global-Warming-Will-Increase-Earthquake-Hazards

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• Klimawandel

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Quelle: Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) 12. Januar 2023.

12. Januar 2023 – Die jetzt im hochrangigen Fachjournal ‚Science‘ veröffentliche Analyse von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der US-Universität Harvard und des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) ist verblüffend.

„Was ExxonMobil erstaunlich genau wusste, und was ExxonMobil dann bekanntlich leider tat, steht in scharfem Kontrast“, erklärt Stefan Rahmstorf vom PIK, Ko-Autor der Studie. „Eine Exxon-Projektion sagte sogar schon 1977 korrekt voraus, dass die Nutzung fossiler Brennstoffe ein ‚kohlendioxidinduziertes Superinterglazial‘ verursachen würde. Das ist eine Warmzeit, die nicht nur viel wärmer ist als alles in der Geschichte der menschlichen Zivilisation, sondern sogar wärmer als die letzte Warmzeit vor 125.000 Jahren. Durch den unaufhörlichen Ausstoß von Treibhausgasen sind wir heute schon weit auf dem Weg dorthin.“

In der ersten systematischen Bewertung der Klimaprognosen der fossilen Brennstoffindustrie überhaupt haben die Forschenden die Erkenntnisse der Klimawissenschaft, die Exxon schon vor Jahrzehnten hatte, mit Zahlen belegt: dass die Verbrennung fossiler Brennstoffe zu einer globalen Erwärmung von 0,20 ± 0,04 Grad Celsius pro Jahrzehnt führen würde. Die Ergebnisse haben sie in einem Diagramm zusammengefasst, das alle von Wissenschaftlern von Exxon und der ExxonMobil Corp. zwischen 1977 und 2003 erstellten Prognosen zur globalen Erwärmung zeigt, beruhend auf statistischen Analysen von bislang unveröffentlichten Daten aus den unternehmenseigenen Dokumenten.

Bekannt war bereits, dass Exxon seit den 1970er Jahren von der Bedrohung durch die globale Erwärmung wusste. Die jetzt veröffentlichte Studie ist nun die erste quantitative Überprüfung der frühen Klimawissenschaft des Unternehmens. Vorherige Untersuchungen konzentrierten sich auf die widersprüchliche interne und externe Rhetorik von Exxon zum Klimawandel. Die neue Analyse untersucht die im Unternehmen vorliegenden Daten.

„Wir stellen fest, dass die meisten ihrer Projektionen eine Erwärmung vorhersagen, die mit späteren Beobachtungen übereinstimmt“, heißt es in dem Bericht. „Ihre Vorhersagen stimmten auch mit denen unabhängiger akademischer und staatlicher Modelle überein und waren mindestens so gut wie diese.“

Unter Verwendung etablierter statistischer Verfahren kommt die Studie zu dem Ergebnis, dass 63-83 % der von den ExxonMobil-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gemeldeten globalen Erwärmungsprognosen mit den später beobachteten Temperaturen übereinstimmten. Darüber hinaus wiesen die von den ExxonMobil-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern modellierten Projektionen einen durchschnittlichen „Skill Score“ (Maß der Vorhersagegüte) von 72 ± 6 % auf, wobei der höchste Wert bei 99 % lag. Das ist sogar deutlich besser als die Vorhersagen des bekannten NASA-Wissenschaftlers James Hansen zur globalen Erwärmung, die 1988 dem US-Kongress vorgelegt wurden.

„Öffentliche Erklärungen des Unternehmens […] widersprachen seinen eigenen wissenschaftlichen Daten“

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die internen Analysen von „Exxon und ExxonMobil Corp. […] genau vorausgesagt haben, wann die vom Menschen verursachte globale Erwärmung zum ersten Mal in den Messdaten festgestellt werden würde, und sogar das ‚Kohlenstoffbudget‘ für eine Begrenzung der Erwärmung auf unter 2°C realistisch abgeschätzt haben. In jedem dieser Punkte widersprachen die öffentlichen Erklärungen des Unternehmens zur Klimawissenschaft jedoch seinen eigenen wissenschaftlichen Daten.“

Die Studie verleiht den laufenden juristischen und politischen Ermittlungen gegen ExxonMobil zusätzliches Gewicht.

„Diese Ergebnisse bestätigen und präzisieren die Aussagen von Wissenschaftlern, Journalistinnen, Anwälten, Politikerinnen und anderen, dass ExxonMobil die Bedrohung durch die vom Menschen verursachte globale Erwärmung sowohl vor als auch parallel zur Orchestrierung von Lobby- und Propagandakampagnen zur Verzögerung von Klimaschutzmaßnahmen genau vorhergesehen hat, und widerlegen die Behauptungen der ExxonMobil Corp. und ihrer Verteidiger, dass diese Aussagen falsch seien“, schreiben die Autorinnen und Autoren in der Studie.

„Dies ist der Sargnagel für die Behauptungen von ExxonMobil, dass das Unternehmen zu Unrecht der bewussten Klimavergehen beschuldigt wurde“, kommentiert der Hauptautor von der Harvard University, Geoffrey Supran (seit Anfang 2023 ist er Professor an der Rosenstiel School of Marine, Atmospheric and Earth Science der University of Miami). „Unsere Analyse zeigt, dass ExxonMobils eigene Daten im Widerspruch zu ihren öffentlichen Erklärungen stehen, in denen Unsicherheiten übertrieben, Klimamodelle kritisiert, der Mythos globaler Abkühlung verbreitet und Unwissenheit darüber vorgetäuscht wurde, wann – oder ob – die vom Menschen verursachte globale Erwärmung messbar sein würde, während man zum Risiko gestrandeter fossiler Investitionen schwieg.“

Originalpublikation:
Supran, G., Oreskes, N., Rahmstorf, S. (2023): Assessing ExxonMobil’s global warming projections. Science [DOI:10.1126/science.abk0063]
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk0063

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• Klimawandel

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Quelle: Universität Wien 8. November 2022.

8. November 2022 – Die Himmelskörper unseres Sonnensystems beeinflussen auch die Klimazyklen unserer Erde. Der Frage, wie dieser astronomische „Herzschlag“ das Erdklima in einer frühen Warmzeit änderte, ging ein Team aus Geo- und Klimawissenschafter*innen der Universität Wien gemeinsam mit internationalen Kolleg*innen nach. Anhand von Simulationen und Daten aus Bohrkernen konnte nachgewiesen werden, dass astronomische Zyklen – zusätzlich zu Verschiebungen von Kontinentalplatten und schwankendem CO₂-Anteil in der Atmosphäre – Klimaveränderungen vor etwa 200 Millionen Jahren antrieben. Auch für verbesserte Prognosen können diese neuen Daten aus vergangenen warmen Klimaphasen mit höheren Treibhausgaskonzentrationen interessant sein. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal PNAS publiziert.

Dass die Wechselwirkungen zwischen den Himmelskörpern im Sonnensystem das Klima der Erde periodisch verändern, ist für die vergangenen drei Millionen Jahre klar: „Wir wissen unter anderem, dass Eiszeitzyklen dadurch hervorgerufen wurden, dass sich die Umlaufbahn der Erde und ihre Eigenrotation durch die Anziehungskräfte der Planeten und des Erdmonds periodisch verändern – und das beeinflusst wiederum die Sonneneinstrahlung und damit das Klima“, erklärt der Paläoklimaforscher Jan Landwehrs von der Universität Wien. Diese Zyklen sind eine der wichtigsten natürlichen Antriebskräfte von globalen Klimaveränderungen der jüngeren Erdgeschichte und insbesondere für die vergangenen Eiszeiten verantwortlich.

Wie dies aber auch wärmere Klimaphasen mit höheren Treibhausgaskonzentrationen in der früheren Erdgeschichte beeinflusste, war bisher noch unklar. Dieser Frage ging nun ein Team aus Geolog*innen und Klimaforscher*innen der Universität Wien, des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung und der Universitäten Southampton (UK) sowie Columbia (USA) nach. Die Ergebnisse wurden aktuell im Fachjournal PNAS publiziert.

Neues Klimamodell zeigt Einfluss astronomischer Kräfte
Durch die neue Studie lässt sich der Einfluss anderer Himmelskörper auf das Erdklima auch für die späte Trias und frühe Jura (also vor etwa 230 bis 200 Millionen Jahren) nachweisen, eine Zeit der globalen Erwärmung und hohen CO₂-Konzentration in der Atmosphäre, in der auch bereits Dinosaurier den Superkontinent Pangäa bevölkerten. Das Forschungsteam untersuchte dafür Sediment-Bohrkerne aus dem Newark-Hartford-Becken im Osten der USA, das vor 233 bis 199 Millionen Jahren in den Tropen von Pangäa lag und langsam nach Norden wanderte (von 5° auf 20°).

„Aus diesem geologischen Archiv lässt sich ablesen, dass der Wasserspiegel großer Seen immer wieder innerhalb weniger tausend Jahre stieg und fiel. Durch Klimasimulationen konnten wir darauf aufbauend zeigen, dass die astronomischen Kräfte neben dem CO₂-Gehalt in der Atmosphäre und den tektonischen Plattenbewegungen einen wichtigen Faktor des Klimawandels darstellen“, erklärt Hauptautor Landwehrs, Doktoratsstudent an der Vienna International School of Earth and Space Sciences (VISESS) der Universität Wien, der auch am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung forscht.

Um den außerirdischen Einfluss abzubilden, wurden Simulationen mit dem neu entwickelten Erdsystemmodell CLIMBER-X durchgeführt: „Dieses besonders schnelle Modell erlaubte es erstmals, solche klimatischen Zyklen für weit zurückliegende Zeiträume dynamisch zu simulieren“, erklärt Georg Feulner vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung.

Klimakrise und Massenaussterben
Die Ergebnisse erklären die Vergangenheit, seien aber auch für die Zukunft interessant, „im Hinblick darauf, wie die derzeitige Klimakrise und ein zukünftiges Treibhausklima simuliert und damit vorhergesagt werden kann“, betont Mitautor Michael Wagreich vom Institut für Geologie der Universität Wien. An der Trias-Jura-Grenze vor 200 Millionen Jahren änderte sich das Klima u.a. durch vulkanische CO₂-Emissionen drastisch und es kam zum einem der größten Massenaussterben der Erdgeschichte.

Auch wenn dabei viele Faktoren zusammenspielten und frühere Veränderungen sich oft über viel längere Zeiträume von Tausenden von Jahren erstreckten, zeigt sich jeweils der starke Einfluss von CO₂ auf das Klima: „Wenn wir nicht rasch die Treibhausgase in der Atmosphäre begrenzen, wird unsere Zeit als die des sechsten großen Massenaussterbens in die Erdgeschichte eingehen“, warnt Wagreich.

Originalpublikation:
Landwehrs, J., Feulner, G., Willeit, M., Petri, S., Sames, B., Wagreich, M., Whiteside, J. H. & Olsen, P. E. (2022): Modes of Pangean lake-level cyclicity driven by astronomical climate pacing modulated by continental position and pCO2. PNAS
DOI: 10.1073/pnas.2203818119, https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2203818119.

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