Ein neuer Versuch Enzym Catalyse einzusetzen - aus Lodz (2024) - aus: Preprints.org

 Review
Enzyme Catalysis for Sustainable Value Creation
Using Renewable Biobased Resources
Roland Wohlgemuth 1,2,3
1 MITR, Institute of Applied Radiation Chemistry, Faculty of Chemistry, Lodz University of Technology,
Zeromskiego Street 116, 90-924 Lodz, Poland
2 Swiss Coordination Committee Biotechnology (SKB), 8021 Zurich, Switzerland
3 European Society of Applied Biocatalysis (ESAB), 1000 Brussels, Belgium
 

Abstract:

 Enzyme catalysis has traditionally been used by various human cultures for creating value, longbefore its basic concepts have been uncovered, by preparing useful products through the transformation ofraw materials available from natural resources. Tremendous scientific and technological progress has beenaccumulated globally in understanding what constitutes an enzyme, what reactions enzymes can catalyze, andhow to search, develop, apply and improve enzymes to make desired products. The exquisite properties ofenzymes as nature's preferred catalysts, such as high selectivity, diversity and adaptability, enable theiroptimal work, whether in single reactions or in multiple reactions. Excellent opportunities for resource efficientmanufacturing of compounds needed are provided by the actions of enzymes working in reaction cascadesand pathways within the same reaction space, like molecular robots along a production line. Enzyme catalysisplays an increasing role for industrial innovation and responsible production in various areas, such as greenand sustainable chemistry, industrial or white biotechnology. Sources of inspiration can be currentmanufacturing or supply chain challenges, the treasure of natural enzymes or the opportunities of engineeringtailor-made enzymes. Making best use of the power of enzyme catalysis is essential for changing the way howcurrent products are manufactured, how renewable biobased resources can replace fossil-based resources, andhow the safety, health environment aspects of manufacturing processes can be improved towards cleaner andmore sustainable production.

Keywords: biomanufacturing; biocatalysis; enzymes; industrial biotechnology; sustainable
chemistry; white biotechnology; green chemistry

Wasserstofftechnologie - gibt es Probleme? Brennstoffzelle, Elektrolyseure, 2024-12-01

 LKW - mit Wasserstoff zu teuer?

Wasserstoff - einzige Alternative für LKW? 

Besteht ein Verbot von PFAS für die Anwendung in Elektrolyseuren? 

 

Und noch das folgende vom 01.12.2024:

In today's edition

EXCLUSIVE | The cost of producing green hydrogen in India could soon fall to $2/kg, says ministry boss South Korea chooses controversial coal plant as sole winner of first clean hydrogen power auction ArcelorMittal delays final investment decisions on green hydrogen-based steelmaking due to high costs

EXCLUSIVE | The cost of producing green hydrogen in India could soon fall to $2/kg, says ministry boss Local developers in India are promising to reduce the cost of green hydrogen to as low as $2/kg in the near future, when including subsidies, according to the top civil servant at the country’s Ministry of New and Renewable Energy. In an exclusive interview, Secretary Prashant Kumar Singh told Hydrogen Insight that such low costs were possible due to a variety of local factors, including extremely cheap renewable energy, a strong national grid and business-friendly policies. Click here for the full story.

ArcelorMittal delays final investment decisions on green hydrogen-based steelmaking due to high costs

 

Eine skeptische Stimme zur deutschen Energiewende

 Eine skeptische Stimme zur Energiewende, allerdings unterschreibe ich nicht alles, was hier gesagt wird, speziell das zum Klimawandel und CO2

https://martinburckhardt.substack.com/p/im-gesprach-mit-manfred-haferburg?utm_source=podcast-email&publication_id=1152288&post_id=152235787&utm_campaign=email-play-on-substack&utm_content=watch_now_gif&r=14hpgy&triedRedirect=true&utm_medium=email

Der Videobeitrag von Martin Burckhardt mit dem Energie-Experten Haferburg machte mich sehr, sehr nachdenklich. Allerdings habe ich auch meine Bedenken bzgl. einiger Äußerungen von Herrn Haferburg.

Ich denke die deutsche Politik hat da in der Vergangenheit riesige Fehler gemacht. Mir fiel im Beitrag die Erwähnung der Tatsache auf, dass die Amerikaner (USA), bevor sie ein komplexes Projekt, z.B. Atomkraftwerke, aufgeben, das Aufzugebende etwa 30 Jahre lang in dem Zustand lassen, wie es ist. Nur für den Fall, dass das neue scheitern könnte. Und zum anderen, dass es ein Fehler der deutschen Politik war, die Kernenergie, die ja weitgehend CO₂-frei ist, abzuschalten, bevor die Kohle abgeschaltet wurde. Und letztlich erscheint es mir auch waghalsig, was wir mit unserer Energiewende machen. Ich habe zwar noch die Hoffnung, dass es gut ausgeht, aber wehe, wenn es nicht gut geht.

Es ist sicher richtig, dass die Entwicklung der derzeitigen Elektro-Technologie  mit ihrer komplexen Struktur - sogar europaweit - ca. 120 Jahre gedauert hat. Heute haben wir allerdings mehr effiziente technische Möglichkeiten (allein durch Software), solche Dinge zu realisieren; insofern könnte es etwas schneller als 120 Jahre gehen. Aber 10 oder 20 Jahre oder gar 30 Jahre für die Realisierung der Energiewende - das ist schon waghalsig.

Jetzt aber ist dieser Weg beschritten, und es gibt wahrscheinlich kein Zurück mehr. Ich bin eigentlich immer sehr positiv gestimmt gegenüber neuen Technologien. Aber ich sehe auch die Waghalsigkeit der ganzen Geschichte. Es gibt also kein Zurück mehr - mit der Gefahr des technischen Rückschritts in der Energiepolitik. 

Eine weitere Bemerkung von Herrn Haferburg betrifft die Tatsache, dass die Konzentration von CO₂ in der Luft minimal sei, und somit nicht die befürchtete (behauptete) Wirkung zeige. Das ist eine falsche Einschätzung. Es ist richtig, dass es prozentual nur eine kleine Menge innerhalb der Lufthülle ist, jedoch bedenke man den Effekt, den eine winzig kleine Menge von Medizin nach der Gabe in dem menschlichen Körper haben kann. Oder, wenn ein Körnchen Kaliumpermanganat (KMnO4)von 0,4 ml in einen Liter (1000 ml) Wasser (also genau die ~400 Promille) geworfen wird: Es färbt sich stark lila und absorbiert also alle Lichtwellen von Rot (und Infrarot) bis blau, was letztlich zu einer Erwärmung des Wassers führt (zwar nur minimal, aber man sollte es messen können).

Schuld oder keine Schuld - Gedanken zum Klimawandel

Gedanken zum Klimawandel 

2022-01-15 – Jörg Kampmann (www.ibk-consult.de - leicht mod. und ergänzt: 2022-02-09).

Es geht immer um Schuld, vielleicht Verantwortung, auf jeden Fall um Schuld.

Es betrifft den Klimawandel. Ein Klimawandel, der vom Menschen weitgehend verursacht wurde. Die „Ursache Mensch“ kann man sehr eindeutig nachweisen …

Aber darum geht es im Moment nicht. Wer auch immer Schuld hat, wir – die Menschen, und nur wir Menschen – müssen den Klimawandel rückgängig machen. Eine Möglichkeit könnte sein Verzicht. Verzicht aufs Autofahren, Verzicht auf "Fleisch essen", und auf vieles mehr. Aber es sieht nicht so aus, als ob der Energiehunger der Menschen einzuschränken ist. Verzicht zu üben, ist ehrenhaft, aber ich fürchte, wir müssen auf diese Ehre auch verzichten. Wenigstens weitgehend. Ich will damit nicht sagen, dass wir nicht üben sollten, Energie zu sparen.

Es reicht aber nicht, Verzicht zu üben. Wir brauchen neue Technologien – Technologien, die frei von fossilen Energieträger sind: Photovoltaik zur Stromerzeugung, „Maschinen“, die „grünes“ Benzin erzeugen, Windenergie für den Stromhunger und vieles mehr. Wir brauchen aber auch ganz dringend Technologien, wie wir jetzt das CO2 aus der Luft entfernen können. Nichtsdestoweniger: wir müssen auch weniger CO2 und weniger andere Klimagase erzeugen. Wir können zwar „kompensieren“, also das ausgestoßene CO2 wieder „einfangen“. Aber so einfach ist das nicht!

Bäume pflanzen, trockene Moore zu renaturieren, alles das ist eine Methode des Kompensierens – im Moment stark favorisierte Methoden, aber was die Bäume betrifft, sie können brennen und damit haben wir wenig, also vielleicht gar nichts gewonnen. Die verheerenden Waldbrände weltweit und diesem Jahrhundert in den verschiedensten Teilen der Welt zeigen, dass es fast zu spät zu sein scheint. Ein gepflanzter Baum speichert CO2 aufgrund der Photosynthese. Eine Tonne Holz speichert (ungefähr) eine Tonne CO2. Aber nur solange, bis das Holz verbrannt wurde oder vermodert. Ein Nullsummenspiel auf lange Sicht. Und es gibt womöglich nicht genug Moore, um das Klima wesentlich beeinflussen zu können.

Wir müssen also schneller das CO2 aus der Luft herausholen, als es rein kommt. Und wir sollten das allerdings nur bis zu einer bestimmten Grenze machen. Denn wenn kein CO2 mehr in der Luft ist und auch keine anderen Treibhausgase, dann wird die Erde zu einem Eisklumpen, so wie es schon mehrmals in der Erdgeschichte geschah, als es eine sogenannte Snowball-Earth gab. Ganz abgesehen davon brauchen unsere Pflanzen das CO2 zum Wachstum! Die Grenze der CO2-Reduktion sollte bei ca. 280 ppm CO2 bzw. CO2e (das ist der eigentliche Klimagaswert, der die anderen Klimagase wie z.B. Methan, mit einbezieht, sog. CO2-Äquivalente) liegen.

Hier liegt auch ein grundsätzliches Problem: Sollte es dereinst eine biologisch wirksame Methode geben, das CO2 relativ schnell aus der Luft zu bekommen, etwa eine verbesserte Photosynthese, wie am Max-Planck-Institut in Marburg (CETCH-Zyklus) im Labormaßstab entdeckt, dann haben wir eine Chance. In einer internen Veröffentlichung sprach man von einer 20-fachen Effektivität bestimmter Zyklen gegenüber der natürlichen Photosynthese, dies im Zusammenhang mit einer Entdeckung von Umsetzzyklen in Alphaproteobakterien.

Wenn das gelingt, dann muss daran gearbeitet werden, dass zum einen der Prozess ziemlich zügig implementiert wird und zum anderen aber auch unter Beachtung der Tatsache, dass dieser Prozess streng kontrolliert werden kann, so dass ein Unterschreiten der 280 bis 300 ppm Grenze nicht stattfindet.

Die Autoren dieser Studie (u.a. Prof. Tobias Erb vom MPI für terrestrische Mikrobiologie in Marburg) meinen auch, dass es auf diese Weise gelingen könnte, mehr Nahrungsmittel für eine wachsende Weltbevölkerung zu schaffen: Erb sagt, dass er und seine Kollegen hoffen, ihre Einrichtung weiter zu modifizieren, um andere organische Verbindungen herzustellen, die noch wertvoller als Glykolat sind, wie beispielsweise Arzneimittelmoleküle. Sie hoffen auch, eingefangenes CO2 effizienter in organische Verbindungen umzuwandeln, die Pflanzen zum Wachsen benötigen. Das würde die Tür öffnen, um die Gene für diesen neuartigen Photosyntheseweg in Nutzpflanzen zu manipulieren, um neue Sorten zu schaffen, die viel schneller wachsen als aktuelle Sorten – ein Segen für die Landwirtschaft in einer Welt mit einer boomenden Bevölkerung.

In einer im Jahre 2016 veröffentlichen Schrift (Current Opinion in Chemical Biology 2016, 34:72–79) wird allerdings auch darauf hingewiesen, dass es noch eine Menge von Herausforderungen gibt, bis es möglich ist, diese Art der Photosynthese in großer Breite anzuwenden (Hervorhebung durch den Autor):

Engineering synthetic CO 2 -fixation

The most ambitious approach to improve photosynthetic yield is to completely rewire CO 2 -fixation in plants, algae and cyanobacteria. This research is inspired by the discovery that during the course of evolution nature itself has invented five alternative CO2-fixation pathways to the Calvin cycle, which operate in different bacteria and archaea [49–54]. These ‘alternative’ microbial CO2-fixation pathways are not based on RubisCO [55] and several of them show advantages in respect to energy requirement and efficiency compared to the Calvin cycle [56]. The reconstitution of natural existing CO2-fixation pathways in model organisms, however, has not proven successful so far [57], probably due to the complex interplay and interference with the host’s native carbon and energy metabolism. 

Even more progressive are synthetic biology approaches that are based on the principle of metabolic retrosynthesis as currently pursued in several labs, including ours [63]. Here, completely novel CO 2 -fixation pathways of high efficiency are supposed to be designed through the free recombination of known enzyme reactions [55,58  ]. These efforts are further fueled by the discovery [59,60] and rational engineering [61  ] of highly efficient
carboxylases, and the general progress in computational https://ibk-bildung.blogspot.com/2019/02/allgemeines-zum-blog-ibk-bildung-als.html design [62]. The degree of freedom in these synthetic pathways allows tailoring the conversion of CO 2 into virtually any desired product, and their synthetic nature could be advantageous for in vivo transplantations due to a limited interference with natural metabolism. The realization of such synthetic CO 2 -fixation pathways and their integration into living organisms still poses several challenges, but will be indispensable for freeing natural photosynthetic CO 2 -fixation from its inherent disadvantages, and transforming biology from a tinkering
science into a truly synthetic discipline. Compared to all other strategies discussed here, this approach holds the most promise to substantially improve photosynthetic productivity on a long-term perspective.

und zum weiteren: die Politik - weltweite Politik

Dies scheint die schwierigste Aufgabe zu sein, der Autor hat naturgemäß keine Lösung parat. Im Moment - obwohl ziemlich verpönt - scheint es nur einenAusweg zu geben: Die Angst ... der WBGU hat das offentsichtlich auch erkannt: es gibt ein neues Video über dieses Thema, indem die Gesundheit angesprochen wird (https://www.wbgu.de/de/veranstaltungen/veranstaltung/2022-02-02-ip-webinar). Ob das hilft, ich weiß es nicht, aber vielleicht ja, wenn es starke Argumente gibt.

Insgesamt kann man hier von einem Dreiklang an Maßnahmen sprechen: 

1. indivituelles Verhalten, z.B. Verzicht
2. neue Technologien
3. Politische Unternehmungen

Man wird sehen, ob das klappt. Die Zeit ist knapp!

ENSO - Erklärung für Laien - aus: Perspektive Daily

 

Es ist das 17. Jahrhundert. Ein Fischer vor der Küste des heutigen Perus holt sein Netz ein. Kaum ein Fisch hat sich darin verfangen. Das ist der fünfte Tag in Folge. Das Wasser fühlt sich ungewöhnlich warm an. Auch die Fischfallen bleiben leer. Heizt sich die See auf, verschwinden die Fische. Es ist nicht das erste Mal, dass der Fischer so etwas erlebt. Schon seine Mutter, sein Großvater und sein Urgroßvater haben ihm davon erzählt. Es geschieht alle paar Jahre; immer um die Weihnachtszeit verlassen die Meeresbewohner die sonst so artenreiche Küstenregion und leiten eine harte Zeit für die Menschen ein, die vom Meer leben.

Wegen der zeitlichen Nähe zum christlichen Feiertag der Geburt Jesu, in der die Fische verschwinden, nennen die Fischer das Phänomen El Niño de Navidad, übersetzt »das Christkind«. Heute tritt es immer noch auf und ist unter der Namenkürzung El Niño geläufig, »der Junge«.

Die wirklichen Ausmaße El Niños waren den Fischern damals nicht bekannt und sie sind es bis heute nicht im Detail. Doch zumindest den Grund für das Verschwinden der Fische kennen wir nun: Normalerweise steigt kaltes, nährstoffreiches Wasser aus den Tiefen des Pazifiks vor der Küste Perus und Ecuadors auf. Das Phytoplankton braucht die Nährstoffe zum Überleben und die Fische brauchen das Phytoplankton. Darum fühlen sich Fische dort so wohl und bescheren Fischern einen reichen Fang. Während El Niño bleibt der Auftrieb jedoch aus. Das Wasser erwärmt sich, woraufhin das Plankton abstirbt und die Fischbestände abwandern.

Andernorts hat das Christkind ganz andere Auswirkungen: Während die Naturkraft extreme Winterstürme in den USA und heftige Regenfälle und Überschwemmungen in Südamerika auslösen kann, ist sie in Indonesien und Australien für schwere Dürreperioden verantwortlich.

In der Vergangenheit soll El Niño sogar zur Auslöschung von Zivilisationen wie der der peruanischen Inkas beigetragen haben. Auch für die Französische Revolution und zahlreiche Hungersnöte wird das Christkind mitverantwortlich gemacht.

Was uns das angeht? Bis heute spüren Hunderte Millionen Menschen die Auswirkungen von El Niño – und durch die Erderhitzung könnten sich die ohnehin schon extremen Wetterereignisse noch verstärken. Es wird Zeit, das Klimaphänomen besser zu verstehen.

 

2016 waren 1,2 Millionen Menschen im Sudan von den Auswirkungen El Niños betroffen – sowohl von extremer Dürre wie von Überschwemmungen. – Quelle: Anouk Delafortrie / EU/ECHO

El Niño: Was hat es mit dem Phänomen auf sich?

Hitze und Dürre, Monsun, Starkregen und Erdrutsche, schlechte Fangquoten: Menschen verbinden die unterschiedlichsten Dinge mit El Niño – und sie alle sind darauf zurückzuführen. Denn El Niño ist Teil einer natürlichen Klimaschwankung aus einem komplexen Zusammenspiel zwischen Meer und Atmosphäre, die regional sehr verschiedene Auswirkungen hat. Die Schwankung gab es schon vor Millionen von Jahren. Forschende haben Spuren ihrer Auswirkungen in Eisbohrkernen, Tiefseeschlamm, Korallen und Baumringen gefunden.

Reisen wir gedanklich zurück an die Westküste Südamerikas. Dort im Pazifischen Ozean hat El Niño seinen Ursprung und kündigt sich zuerst an, indem sich das Meer erwärmt. Genau das, was die Fischer bereits vor Jahrhunderten bemerkt haben. Um die Weihnachtszeit hat das Phänomen bisher oft seinen Höhepunkt erreicht.

Stark vereinfacht funktioniert das Phänomen so: Das ganze Jahr lang weht in Äquatornähe ein beständiger Passatwind von Osten über den Pazifischen Ozean nach Westen, also von Südamerika in Richtung Australien und Indonesien. Der Wind ist so stark, dass er warmes Oberflächenwasser weg von Südamerika in Richtung Australien und Indonesien drückt. Wegen des stetigen Drucks ist der Meeresspiegel vor Südostasien auch bis zu 60 Zentimeter höher als vor der Westküste Südamerikas.

Indem der Passatwind Wasser von der südamerikanischen Küste wegschiebt, ermöglicht er es, dass kälteres nährstoffreiches Wasser aus tieferen Meeresschichten vor Peru und Ecuador aufsteigt. Etwas kühler und nährstoffreich – die perfekte Lebensgrundlage für Plankton und Fische. Das Oberflächenwasser, das von den Winden nach Südostasien gedrückt wird, sammelt auf seiner Reise noch mehr Sonnenwärme ein. Kommt es in Südostasien an, ist es rund 10 Grad Celsius wärmer als noch vor der Küste Südamerikas.

 

Die linke Grafik zeigt den »Normalzustand« im Pazifischen Ozean zwischen Südostasien und Südamerika. Die rechte Grafik verbildlicht, was während eines El-Niño-Ereignisses passiert, wenn also der Passatwind das warme Oberflächenwasser Richtung Westen drückt. – Quelle: maribus | Bearbeitung Perspective Daily

Bei Indonesien und Nordaustralien verdunstet das Wasser, bildet Wolken und regnet sich ab. So entsteht das typische tropisch-warme Regenwaldklima der Region. Kühlen die Luftmassen wieder ab, strömen sie in höheren Lagen wieder Richtung Osten nach Südamerika, wo sie dann absinken. Dort an der Westküste Südamerikas kommt kaum Regen an, weshalb sich dort Wüsten gebildet haben. Der Luftkreislauf wird Walker-Zirkulation genannt.

Dieser Kreislauf ist der »Normalzustand«. Bei einem El-Niño-Ereignis verändern sich die Luftdruckverhältnisse in Südostasien und im zentralen Pazifik, was dazu führt, dass sich der Passatwind abschwächt. Das warme Oberflächenwasser bleibt also vor Südamerika, kein nährstoffreiches und kaltes Tiefenwasser steigt auf.

Bei starken El-Niño-Ereignissen kann sich die Windrichtung sogar komplett umkehren. Dann transportieren die Winde Oberflächenwasser in entgegengesetzter Richtung, von Südostasien Richtung Südamerika. Das stellt wortwörtlich das Wetter auf den Kopf. Die sonst eher trockenen Küstenregionen Perus und Ecuadors erleben dann ungewöhnlich starken Regen, der eigentlich in Südostasien erwartet wird.

Geschichtsforschende vermuten, dass ein solches starkes El-Niño-Ereignis im 16. Jahrhundert den Spanier:innen geholfen haben kann, Peru zu überfallen und die dort heimischen Inkas auszulöschen. Der Regen habe die Sechura-Wüste in Nordperu von einem gefährlichen Ort zu einem blühenden Nahrungslieferanten gemacht und die vollen Flüsse ermöglichten es den Spanier:innen, die Siedlungen der Inkas zu umgehen, um im Land Fuß zu fassen.

Doch der El-Niño-Regen erreicht nicht ganz Südamerika. Während die Westküste überschwemmt wird, kommt kaum etwas vom Niederschlag in den höheren Regionen Perus an. Ebenso wenig in Brasilien und Mexiko. Während des El-Niño-Ereignisses im vergangenen Jahr hatten die Menschen dort mit Hitze und extremer Wasserknappheit zu kämpfen. Auch in Teilen Australiens und Indonesiens bleibt oft der Regen aus, wenn »der Junge« kommt, was Dürren, Brände und verstärkte Hitzewellen begünstigen kann.

Doch auch diese für El Niño typischen regionaleren Wettermuster müssen nicht immer auftreten. Du merkst: Es ist kompliziert. Warum es überhaupt zu dieser Umkehr des Luftdrucks kommt, zu Veränderungen der Meeresströmungen und der weltweiten Luftzirkulation, konnten Forschende noch immer nicht klären.

Lust auf mehr Detailwissen zu den gegensätzlichen Geschwisterphänomenen? Dann beantworte die im Text verteilten Fragen!

Quiz:

Wie lange dauert ein El-Niño-Ereignis im Durchschnitt?

8–12 Wochen

4–6 Monate

9–12 Monate

Mehrere Jahre

Dieses Jahr wird alles anders: La Niña kündigt sich an

Das vergangene El-Niño-Ereignis, das im Sommer 2023 begann, hat sich nun verabschiedet. Es wird von seiner Gegenspielerin abgelöst: La Niña, »das Mädchen«. Im Gegensatz zu seinem hitzigen Bruder wird La Niña mit einer globalen Abkühlung in Verbindung gebracht.

»Das Mädchen« schwächt den Passatwind zwischen Südamerika und Australien nicht ab, sondern verstärkt ihn. So kühlt sich der Pazifik vor Peru weiter ab und ohnehin trockene Küstenbereiche bleiben noch trockener. In Südostasien hingegen häufen sich die Unwetterereignisse und das Taifunrisiko steigt.

Meterolog:innen erwarten die kühlere La-Niña-Phase in diesem Jahr für Spätsommer oder Frühherbst. Dazwischen befindet sich eine neutrale Phase mit »normalen« Wetterbedingungen über dem Pazifik in Äquatornähe, in der wir uns gerade befinden. Alle Phasen – El Niño, La Niña und neutral – wechseln sich stets ab. Sie können dabei unterschiedlich lang dauern, Monate, sogar Jahre. Im Schnitt wechseln sich die wärmenden und kühlenden Ereignisse alle 2–7 Jahre ab, wie ein Blick auf Zeitreihen zeigt. Die Ereignisse werden mithilfe der Oberflächenwassertemperatur im Pazifik seit den 50er-Jahren aufgezeichnet.

 

Die Grafik zeigt die saisonale Erwärmung (rot) und Abkühlung (blau) der Meeresoberfläche im Pazifik in Äquatornähe in den Jahren 1986–2024. Indonesien befindet sich auf der linken (wärmeren Seite) und Südamerika auf der rechten (kälteren) Seite. Wenn der rote Hitzebalken stark ausschlägt, handelt es sich um ein El-Niño-Ereignis. Schlägt der blaue Kältebalken aus, ist es ein La-Niña-Ereignis. – Quelle: TAO Project Office / PMEL / NOAA | Bearbeitung Perspective Daily

Wann sich die Luftdruckgebiete, Winde und Meeresströmungen im Pazifik verändern und wie lange die einzelnen Phasen dauern, kann im Voraus nur schwer geschätzt werden. Sie folgen keinem wiederkehrenden Muster.

Zusammen gehören die 3 Phasen zur sogenannten »El Niño Southern Oscillation«, kurz ENSO. Warum La Niña im Namen nicht vorkommt? Das ist Zufall der Geschichte.

Zuerst bemerkten Menschen El Niño durch das Verschwinden der Fische. Doch erst Jahrhunderte danach in den späten 60er-Jahren erkannten der Meteorologe Jacob Bjerknes und andere Forschende, dass die Veränderungen im Ozean und die Veränderungen in der Atmosphäre zusammenhingen. Nochmals 20 Jahre später wurde die Meeresabkühlung durch La Niña als Teil der gleichen Klimaschwankung verstanden und erhielt so ihren Namen.

Quiz:

Wer besucht uns häufiger?

El Niño

La Niña

Genug Geschichte, was haben El Niño und La Niña mit dem Klimawandel zu tun?

Auch wenn es sich in Deutschland vor allem im Frühling nicht so angefühlt hat: Im Mai 2024 hat die Welt einen neuen Rekord gebrochen. Seit einem Jahr – seit Mai 2023 – war bis dahin jeder Monat weltweit gesehen der heißeste seit Beginn der Wetteraufzeichnung im Jahr 1881.

Die gemittelte globale Temperatur in den Monaten Juni 2023 bis inklusive Mai 2024 erreichte ebenfalls einen Höchstwert: 1,63 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau.

Sind die natürlichen Klimaschwankungen dafür verantwortlich? Oder der menschengemachte Klimawandel?

Beides. Zu welchen Teilen, lässt sich jedoch nicht genau beantworten. Ebenso schwer lässt sich abschätzen, inwiefern sich einzelne Extremwetterereignisse oder Naturkatastrophen auf das Konto der Erderhitzung oder von El Niño und La Niña verbuchen lassen. Zu komplex ist das Klimasystem, und ENSO ist nicht der einzige Zyklus, der es beeinflusst.

Fest steht jedoch:

• Die weltweiten Temperaturen erhitzen sich stetig und der übermäßige Treibhausgasausstoß des Menschen ist der Treiber. So ist ein »kühles« La-Niña-Jahr heute wärmer als ein El-Niño-Jahr im vergangenen Jahrhundert – obwohl das Christkind ja eigentlich das wärmere Klimaphänomen ist.
• Beides (Klimawandel und ENSO) existiert unabhängig voneinander, doch beeinflusst sich gegenseitig. So können El Niño und La Niña die Auswirkungen des Klimawandels abschwächen und verstärken – und umgekehrt. Der Trend scheint jedoch dahin zu gehen, dass sich beide gegenseitig ins Extreme treiben.

Quiz:

Auf welches Ereignis hat El Niño keinerlei Einfluss?

Schwächerer Indischer Monsun

Mehr Sommergewitter in Deutschland

Besonders nasser und windiger chilenischer Winter

Weniger starke Tornados in den mittleren Südstaaten der USA

Ein starker El Niño kann ein Jahr etwa um bis zu 0,2 Grad Celsius wärmer und ein starkes La-Niña-Ereignis um ebenso viel kälter machen, erklärt Klimaforscher Zeke Hausfather gegenüber Zeit Online. Das klingt wenig, ist aber viel. So hat auch das hitzige Christkind die globalen Rekordtemperaturen der letzten Monate begünstigt. Forschende gehen davon aus, dass die anstehende La-Niña-Phase die globalen Durchschnittstemperaturen wieder etwas abkühlen kann, vor allem im Jahr 2025. Was nicht bedeutet, dass es die globale Erderhitzung ausbremst. Im Gegenteil: Wir wiegen uns eventuell in falscher Sicherheit.

»Was El Niño oder La Niña anbelangt, stellt die globale Erwärmung ein Experiment planetarischen Ausmaßes dar, dessen Ausgang wir nicht kennen«, sagt Meteorologe Mojib Latif vom Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Er und seine Kollegen haben 2015 gewarnt, dass der Klimawandel El Niños intensiveren und verlängern könne. Das hat ein Forscherteam aus Australien bestätigt: El-Niño-Ereignisse im Zentralpazifik sind seit dem späten 20. Jahrhundert häufiger geworden.

 

Landwirte in Indien sind auf Monsunregen angewiesen, die durch El Niño abgeschwächt, durch La Niña aber verstärkt werden. Heftige Regenfälle ließen beispielsweise den Juteanbau im Westen Indiens 2021 florieren. – Quelle: DIPAYAN BOSE / Climate Visuals Countdown

Hat das anstehende La-Niña-Ereignis Auswirkungen auf Europa?

Die Weltorganisation für Meteorologie (WMO) rechnet mit einer 60%igen Wahrscheinlichkeit, dass La Niña uns zwischen Juli und September begrüßt – vielleicht auch etwas später.

Meteorolog:innen wissen, dass das kühlende Mädchen angekommen ist, wenn die Temperatur der Wasseroberfläche im östlichen Pazifik entlang des Äquators (etwa vor der Küste Nordperus) für 3 Monate um mindestens 0,5 Grad Celsius unter dem Normalwert liegt.

Gerade zu Beginn von La Niña müssen Südamerika, Mittelamerika, die Karibik und USA sowie Teile Ostafrikas laut der WMO mit starken Regenfällen rechnen. Außerdem soll die Hurrikangefahr im Atlantischen Ozean für die im Juni begonnene Hurrikansaison zunehmen, wovon besonders die Ostküste Nordamerikas betroffen ist. Forschende der Colorado State University erwarten 23 Stürme, 11 davon könnten zu Hurrikans heranwachsen.

Und was ist mit Europa? Der Kontinent ist der wohl einzige, für den die klimatischen Auswirkungen von La Niña nahezu vernachlässigbar sind. Anders ist es bei starken El-Niño-Ereignissen. Diese können hohe Luftschichten erwärmen und Polarwirbel stören, was zu frostigen Winden in Europa führen kann. Das ist im 18. Jahrhundert passiert und hat wahrscheinlich den Beginn der Französischen Revolution unterstützt.

Ende 1780 waren die französischen Winter besonders kalt, der Frühling nass und verhagelt. Ernten fielen aus, Nahrungspreise stiegen, Bäuche blieben leer, der Unmut gegen den absolutistischen Monarchen wuchs. Der Mangel an Lebensmitteln zählt als einer der Hauptauslöser für die Französische Revolution im Jahr 1789 – und als Verursacher für die Wetteranomalien in Europa, die zu Missernten und Hungersnöten führten, haben Forschende heute ein oder mehrere starke El-Niño-Ereignisse im Verdacht. (Mit dem gefühlt verregneten Sommer in Deutschland haben die Klimageschwister momentan jedoch nichts zu tun.)

Auch wenn der anstehende Besuch von La Niña und die meisten El-Niño-Schwankungen keine oder kaum Wetterveränderungen für Deutschland und Europa haben, bleiben wir nicht von ihnen verschont. Länder nahe dem Äquator treffen die Klimaschwankungen besonders schwer. In unserer globalisierten Welt, in der sich Lieferketten über Kontinente erstrecken, können Extremwetterereignisse und Ernteausfälle durch Dürren und Überschwemmungen hierzulande zu steigenden Preisen und Versorgungsengpässen bei importierten Lebensmitteln führen.

Quiz:

Welche der 3 ausgewählten Regionen ist am stärksten von El Niño und La Niña betroffen?

USA

Europa

Südöstliches Afrika

Wie frühe Vorhersagen Menschenleben retten

ENSO sind natürliche Klimaschwankungen. Gegen sie lässt sich nichts unternehmen, doch wir können uns auf sie vorbereiten. Zwar verläuft jedes El-Niño- und La-Niña-Ereignis etwas anders, doch sobald sie sich durch eine Veränderung der Passatwinde oder veränderte Wassertemperaturen im Pazifik nahe dem Äquator ankündigen, können sich Regionen, die stark von den Klimaschwankungen betroffen sind, für möglichst viele Eventualitäten wappnen. Die Inkas und ihre Vorgänger in Peru taten das etwa, indem sie ihre Felder nicht an der Küste, sondern zum Schutz vor El-Niño-Hochwasser in trockenere Höhenlagen bauten und sich ausgeklügelte Wassersysteme ausdachten.

Auch heute versuchen peruanische Landwirt:innen ihre Aussaaten an die von El Niño und La Niña vorgegebenen Klima- und Wettermuster anzupassen. In Indien werden die regelmäßigen Vorhersagen zur ENSO-Entwicklung ebenfalls genaustens verfolgt. Denn während El Niño die für Indien und die indischen Bäuer:innen überlebenswichtigen Monsunregenfälle eher unterdrückt, verstärkt La Niña sie.

Damit die Vorhersagen so genau wie möglich werden, sammeln Wissenschaftler:innen, Regierungen und Nichtregierungsorganisationen ständig Daten über die Klimaschwankungen und monitoren sie genau. Die US-amerikanische National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) zum Beispiel betreibt ein Netz von wissenschaftlichen Bojen im südlichen Pazifik, von den Galapagosinseln bis nach Australien.

Diese messen Meeres- und Lufttemperaturen, Strömungen, Winde und Feuchtigkeit, um das Ankommen eines der Klimageschwister frühestmöglich zu bemerken. Die Daten werden täglich an Forschende und Meteorolog:innen aus aller Welt übermittelt. Dank der Forschung werden das Verständnis von ENSO und die Datenlage dazu immer besser.

So können die Regierungen stark betroffener Länder wie etwa Peru, Australien, Indien, Indonesien, Botswana und Simbabwe vorsorgen. Sie können sich darauf vorbereiten, mögliche Ernteausfälle abfedern zu müssen, können Evakuierungsrouten planen oder vorbeugende Maßnahmen gegen Überschwemmungen und Buschfeuer treffen. Und weniger betroffene Industrieländer können darüber nachdenken, wie sie betroffene Länder im Falle einer humanitären Krise unterstützen können, die während dieser Zeiten wahrscheinlicher wird.

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von Désiree Schneider 

Der Klimawandel hat bereits viele Kipppunkte erreicht. Die gute und die schlechte Nachricht zugleich: Er ist menschengemacht. Wir können also etwas dagegen tun. Als Umweltjournalistin geht Désiree folgenden Fragen nach: Wie können wir unseren Konsum nachhaltiger gestalten? Was müssen Firmen tun? Und wo muss sich das System ändern? Denn jeder Mensch und jedes Unternehmen kann Teil des Problems sein – oder der Lösung.

CO2-Konzentration hinkt der Temperatur hinterher ??

 

Warum hinkt die Co2-Konzentration der Temperatur hinterher?

by Editorial team · Published July 16, 2020 · Updated July 16, 2020

Während der Erdgeschichte hat sich das Klima erheblich geändert, von Eiszeiten bis hin zu warmen Perioden, in denen es selbst an den Polen kein Eis gegeben hat. Diese Klimaschwankungen hatten mehrere Auslöser, wie beispielsweise eine Veränderung der Sonnenaktivität, Milanković-Zyklen, vulkanische Aktivität und Änderungen der atmosphärischen Zusammensetzung. Mit Daten aus Eisbohrkernen, konnten Wissenschaftler die atmosphärischen Daten der letzten 400.000 Jahren rekonstruieren. Die Daten dieser Bohrkerne umfasst die jährliche atmosphärische Zusammensetzung über den Zeitraum der letzten 400.000 Jahre mit den jeweilig unterschiedlichen Konzentrationen der einzelnen Gase. Anhand der Daten konnte eine Korrelation zwischen den CO₂– und Temperaturwerten hergestellt werden (siehe Abbildung unten). Allerdings gingen einem Temperaturanstieg keine höheren CO₂-Werte voran, sondern das Gegenteil war der Fall. Die CO₂-Werte hinkten der Temperaturkurve um 200 bis 1000 Jahre hinterher. Daher hat es zunächst den Anschein, dass die Temperatur die treibende Kraft hinter der höheren CO₂-Konzentration ist, was der heutigen Ansicht, dass CO₂ die treibende Kraft hinter der Erderwärmung ist, widerspricht.

Abbildung 1: Kohlenstoffdioxid- und Temperaturdaten der Vostok Eisbohrkerne. Abbildung übernommen von skepticalscience.com.
 

Die Studie zeigt, dass die Anfangsphase der steigenden Temperaturen nach der letzten Eiszeit durch die Milanković-Zyklen ausgelöst wird. Dies initiierte eine Reaktionskette, welche die Erwärmung der Ozeane zur Folge hatte, welche wiederum CO₂ freisetzten. Mit dem stärker werdenden Treibhauseffekt stiegen die Temperaturen und die Freisetzung von CO₂ aus den Ozeanen nahm zu. Die Zeitverzögerung zwischen dem CO₂ und der Temperatur wird durch die zeitliche Verzögerung zwischen der Erwärmung der Ozeane und der konstanten Freisetzung von ozeanischem CO₂ verursacht. Durch diesen ansteigenden Effekt, wurde CO₂ zu der Hauptantriebskraft der Temperaturveränderungen während den glazial-interglazialen Erwärmungen. Die steigende CO2-Konzentration wurde zur Ursache und Treiber des weiteren Temperaturanstiegs. Der positive Rückkopplungseffekt ist notwendig um den Wechsel zwischen glazialen und interglazialen Perioden auszulösen, da die astronomischen Veränderungen alleine zu schwach sind um solch eine Erderwärmung zu verursachen.

Zusammenfassung

Die Hauptaussage von Shakun et. al. (2012) ist, dass CO₂ der Erderwärmung vorausgeht, und nicht folgt. Das tatsächliche Zusammenspiel zwischen Temperatur und CO₂ ist komplexer als in dieser Studie beschrieben. Die herangezogenen Daten für diese Studie basieren auf den Werten der atmosphärischen CO₂-Konzentration, die in den antarktischen Eisbohrkernen gemessen wurden, sowie weltweit entnommene Sedimentkerne, welche Aufzeichnungen bis zum letzten Übergang einer Glazialperiode zu einer Interglazialperiode vor 18.000 Jahren aufweisen. Von diesen Klimaproxys wurden Daten zu den Wasseroberflächentemperaturen und den Bodenlufttemperaturen gesammelt.

Anhand eines Vergleiches zwischen dem CO₂-Anstieg und den Temperaturwerten lässt sich ableiten, ob die CO₂-Konzentration dem Temperaturanstieg in unterschiedlichen geographischen Gebieten vorangegangen oder nachgezogen ist. Das Ergebnis zeigte, dass CO₂ den Temperaturveränderungen sowohl voranging als auch folgte. Die südliche Hemisphäre weist Temperaturerhöhungen vor CO₂-Konzentrationserhöhungen auf, während auf der Nordhalbkugel das Gegenteil der Fall ist (siehe Abbildung unten). Dieses Ergebnis kann durch mehrere Faktoren erklärt werden.

Abbildung 2: Verhältnis von CO₂ Konzentration und Temperatur. Die globalen Proxy-Temperaturdaten (blau) als Abweichung von den mittleren Werten des frühen Holozäns (11,5 – 6,5 ka), und die atmosphärischen CO₂-Konzentrationen (gelb-orange)

Die anfängliche Erwärmung, welche durch die Milanković-Zyklen ausgelöst wurde, ist in den höchsten Breitengraden sichtbar und begann ungefähr vor 19.000 Jahren. Durch die arktischen Erwärmungen schmolzen große Mengen an Eis, wodurch ein großes Volumen an Süßwasser in die Meere gelang. Dieser Zufluss von Süßwasser störte die sogenannte „Atlantic meridional overturning circulation“ (AMOC), was wiederum zu einem Schwanken der Wärme zwischen nördlicher und südlicher Hemisphäre führte. Die AMOC ist ein zonal eingebundener Bestandteil der Oberflächen- und Tiefenströme im Atlantischen Ozean. Es ist durch einen nordwärts gerichteten Oberflächenstrom von warmem, salzhaltigem Wasser und einem Richtung-Süden fließenden, kalten Tiefenstrom gekennzeichnet. Beide Strömungen sind Teil der Thermohalinen Zirkulation. Diese Hypothese der Bipolaren Wippe beschreibt, zusammen mit den Dansgaard-Oeschger Klimazyklen und Heinrich-Ereignissen, die Gegenphasen der grönländischen und antarktischen Temperaturveränderung während der letzten Eiszeit. Plötzliche Veränderungen in der Thermohalinen Zirkulation beeinflussen das Klima an beiden Polen durch einen veränderten Süd-Nord Wärmetransport. Mit einem Süßwasserzufluss im Nordatlantik wird die thermohaline Zirkulation (AMOC) gestoppt, wodurch sich die nördliche Hemisphäre abkühlt, während sich die südliche Hemisphäre und die Tropen aufheizen, wie vor 18.000 Jahren. Sobald sich die Tiefenströmung wieder in Bewegung setzt, wird der meridionale Wärmetransport fortgesetzt und die nördliche Halbkugel erwärmt sich, während die Südhalbkugel abkühlt.

Durch die Erwärmung der südlichen Meere vor 18.000 Jahren, wurde die Löslichkeit von CO₂ in Wasser reduziert. Infolgedessen stieg die atmosphärische CO₂-Konzentration vor 17.500 Jahren, was aufgrund des Treibhauseffektes für eine globale Erderwärmung sorgte. Die Verzögerung von 500 Jahren ist die Erklärung für die verzögerte CO₂-Erhöhung in den Eisbohrkernen. Mit einer zunehmenden CO₂-Konzentration, die durch die wärmer werdenden Ozeane herbeigeführt wird, verstärkt sich auch der Treibhauseffekt. Daher ist CO₂ der Treiber hinter weiteren Temperaturveränderungen.

Quellen

https://skepticalscience.com/co2-lags-temperature.htm

https://en.wikipedia.org/wiki/Atlantic_meridional_overturning_circulation

https://www.geomar.de/en/research/fb1/fb1-p-oz/research-topics/low-to-high-latitude-climate-linkages/bipolar-seesaw/

Knutti, R., Flückiger, J., Stocker, T.F. and Timmermann, A., 2004. Strong hemispheric coupling of glacial climate through freshwater discharge and ocean circulation. Nature, 430, 851-856. 

 Shakun, Jeremy D.; Clark, Peter U.; He, Feng; Marcott, Shaun A.; Mix, Alan C.; Liu, Zhengyu et al. (2012): Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation. In Nature 484 (7392), pp. 49–54. DOI: 10.1038/nature10915.

Muryshev, K. E.; Eliseev, A. V.; Denisov, S. N.; Mokhov, I. I.; Arzhanov, M. M.; Timazhev, A. V. (2019): Time lag between changes in global temperature and atmospheric CO2 content under anthropogenic emissions of CO2 and CH4 into the atmosphere. In IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 231, p. 12039. DOI: 10.1088/1755-1315/231/1/012039.

Pedro, Joel B.; Jochum, Markus; Buizert, Christo; He, Feng; Barker, Stephen; Rasmussen, Sune O. (2018): Beyond the bipolar seesaw: Toward a process understanding of interhemispheric coupling. In Quaternary Science Reviews 192, pp. 27–46. DOI: 10.1016/j.quascirev.2018.05.005.

 

Die Zukunft der Kontinente aus geologischer Sicht

Entwicklung der Kontinente 

So werden die Kontinente der Erde in 250 Millionen Jahren aussehen

Wenn der nächste Superkontinent, Pangaea Ultima, entsteht, wird nur ein Bruchteil der Planetenoberfläche für Säugetiere bewohnbar sein.

     Jonathan O'Callaghan

 

 Illustration der Geographie der zukünftigen Erde in 250 Millionen Jahren.

Es wird erwartet, dass sich Pangaea Ultima in etwa 250 Millionen Jahren bildet, wenn eine Landmasse aus Europa, Asien und Afrika mit Amerika verschmilzt. 

Quelle: Alex Farnsworth und Chirs Scotese

Bis zu 92 % der Erde könnten in 250 Millionen Jahren für Säugetiere unbewohnbar sein, prognostizieren Forscher. Es wird erwartet, dass die Landmassen des Planeten einen Superkontinent bilden, der den Vulkanismus vorantreibt und zu einem Anstieg des Kohlendioxidgehalts führt, der den größten Teil seines Landes unfruchtbar machen wird.

„Es sieht so aus, als ob das Leben in Zukunft etwas schwerer wird“, sagt Hannah Davies, Geologin am Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam. „Es ist ein bisschen deprimierend.“

Derzeit geht man davon aus, dass sich die Erde mitten in einem Superkontinent-Zyklus 1 befindet, da ihre heutigen Kontinente driften. Der letzte Superkontinent, Pangäa, brach vor etwa 200 Millionen Jahren auseinander. Die nächste, Pangaea Ultima genannte, wird voraussichtlich in etwa 250 Millionen Jahren am Äquator entstehen, wenn der Atlantische Ozean schrumpft und ein verschmolzener afro-eurasischer Kontinent auf den amerikanischen Kontinent stößt.

WÜSTE SUPERKONTINENT. Grafik zeigt extreme Temperaturen in 250 Millionen Jahren auf Pangaea Ultima.

Quelle: Ref. 2

Bei der Modellierung des Klimas des neuen Superkontinents, der am 25. September in Nature Geoscience (2) beschrieben wurde, stellten Alexander Farnsworth von der Universität Bristol (Großbritannien) und seine Kollegen fest, dass in weiten Teilen des Kontinents von Pangaea Ultima Temperaturen von mehr als 40 °C herrschen werden, was ihn für die meisten Säugetiere unbewohnbar macht. Wenn die Kontinente miteinander verschmelzen und dann zusammen driften, werden sie vulkanische Aktivitäten auslösen, die laut Farnsworth „riesige Mengen CO2 in die Atmosphäre ausstoßen“ und den Planeten aufheizen.

Regionen in der Mitte des Superkontinents, weit entfernt von den Ozeanen, würden sich in unbewohnbare Wüsten verwandeln, „außer für sehr spezialisierte Säugetiere“, sagt Farnsworth. Der Mangel an Feuchtigkeit würde auch die Menge an Kieselsäure verringern, die in die Ozeane gespült wird, wodurch der Atmosphäre normalerweise CO2 entzogen wird.

Eine erhöhte Sonneneinstrahlung wird zu einer weiteren Erwärmung führen. Es wird vorhergesagt, dass die Sonne zum Zeitpunkt der Entstehung von Pangaea Ultima um 2,5 % heller sein wird, was darauf zurückzuführen ist, dass der Stern mehr von seinem Wasserstoffbrennstoff verbrannt und seinen Kern geschrumpft hat, was seine Kernfusionsrate erhöht hat.

Im schlimmsten Fall, in dem der CO2-Gehalt 1.120 Teile pro Million erreicht, also mehr als das Doppelte der aktuellen Werte, wären nur 8 % der Erdoberfläche – Küsten- und Polarregionen – für die meisten Säugetiere bewohnbar, verglichen mit etwa 66 % heute .

Dies würde zu einem Massensterben führen, sagt Farnsworth. „Es würde nicht nur für Säugetiere gelten. Es könnte auch für Pflanzen und andere Arten von Leben gelten. Was dabei herauskommt, ist jedermanns Sache. Bei anderen Massenaussterben dominiert tendenziell eine neue Art.“

Durch menschliche Aktivitäten verursachte Kohlenstoffemissionen wurden von den Forschern nicht berücksichtigt, sondern konzentrierten sich auf langfristige Klimamodellierungen.

Überlebenshoffnungen

Davies, die zuvor die Entstehung von Pangaea Ultima (3) untersucht hat, sagt, dass es möglich ist, dass einige Säugetiere die Umweltveränderungen überleben könnten. „Ob sie alle aussterben oder nicht, ist nur ein Ergebnis, aber es ist nicht das [einzige] Ergebnis“, sagt sie. Es ist auch nicht sicher, wo Pangaea Ultima entstehen wird. Die Modellierung von Farnsworth geht davon aus, dass es in den warmen Tropen verschmelzen wird, aber andere Szenarien deuten darauf hin, dass es sich auf dem Nordpol bilden könnte, was zu kühleren Bedingungen führen könnte, in denen das Leben besser gedeihen könnte.

Es gibt Hinweise darauf, dass Pangäa und andere frühere Superkontinente große innere Wüsten hatten, sagt Davies, was die Fläche bewohnbaren Landes verringerte und zum Aussterben führte. „Ähnliche Dinge passieren beim Aussterben am Ende der Trias“ vor etwa 200 Millionen Jahren, sagt sie.

Wenn es in 250 Millionen Jahren noch Menschen gibt, mutmaßt Farnsworth, dass sie möglicherweise Wege gefunden haben, sich anzupassen, wobei die Erde dem Science-Fiction-Roman „Dune“ aus dem Jahr 1965 ähnelt. „Werden Menschen immer Spezialist für Wüstenumgebungen, werden sie nachtaktiver oder halten sie sich in Höhlen auf?“ er fragt. „Ich würde vermuten, dass es vorzuziehen wäre, wenn wir diesen Planeten verlassen und einen bewohnbareren Ort finden könnten.“

Es kann jedoch sein, dass es nicht nur Untergang und Finsternis ist. „In der Vergangenheit gab es Aussterben, und es wird auch in Zukunft Aussterben geben“, sagt Davies. „Ich denke, das Leben wird es schaffen. Es ist einfach eine düstere Zeit.“

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-03005-6
Verweise 

(1)    Mitchell, R. N. et al. Nature Rev. Earth Environ. 2, 358–374 (2021).

(2)    Farnsworth, A. et al. Naturgeowissenschaften https://doi.org/10.1038/s41561-023-01259-3 (2023).

 (3)   Davies, H. S., Mattias Green, J. A. & Duarte, J. C. Glob. Planet. Change. 169, 133–144 (2018).

 

CMIP6: Not-so-sudden stratospheric cooling - eine nicht so plötzliche stratosphärische Abkühlung

Muss noch übersetzt werden ins Deutsche ...

21 May 2023 by Gavin 2 Comments 

As predicted in 1967 by Manabe and Wetherald, the stratosphere has been cooling.

A new paper by Ben Santer and colleagues has appeared in PNAS where they extend their previous work on the detection and attribution of anthropogenic climate change to include the upper stratosphere, using observations from the Stratospheric Sounding Units (SSUs) (and their successors, the AMSU instruments) that have flown since 1979.

So SSU me

Like MSU trends, these records reflected a weighted average of atmospheric temperatures, and the three SSU channels progressively weight higher levels in the stratosphere, roughly centered on 30km, 40km and 45km above the surface but with quite a bit of overlap. Until relatively recently, there were some discrepancies in what the climate trends were from these instruments because of the usual issues with remote sensing – instrument trends, orbital shifts, inter-satellite calibration etc. Thompson et al. (2012) described the issues as ‘mysterious’, but efforts to better correct the record for non-climatic effects soon bore fruit, and the ‘mystery’ became history (Maycock et al., 2018). We are using the NOAA-STAR version 3.0 of these products (Zou et al., 2014).

Since then, these records have been used to assess the solar contributions to stratospheric temperatures and as a standard part of the GISS Model evaluation (most recently in Casas et al., 2023) and also in the “Climate Drivers” animation. The Santer et al contribution is the first time I’ve seen these diagnostics calculated for the CMIP6 models (or at least a subset of them), and so this is a great opportunity to add the SSU trends to our catalogue of model-observation comparisons that can be maintained going forward.

A couple of things to note before we get to that analysis though. First, the internal variability of the global mean values of these records is much smaller than for the tropospheric MSU trends, and that means that the (forced) signal to noise is much higher. The dominant factors are changes in CO2 (a cooling), ozone depletion (a cooling), warming from big volcanoes, and oscillations related to the solar cycle.

But why is the stratosphere increasingly chill?

For some reason, this has been poorly communicated among otherwise knowledgeable folk, and our early efforts to explain this were not very good (this featured in the only RealClimate post we ever basically retracted – though you can find it if you care to look!). Part of the confusion related to the role of the ozone layer in the lower stratosphere, but it turns out that is just a distraction, since the cooling due to increasing CO2 is seen everywhere above the tropopause – not just in regions with lots of ozone.

The basic concept is easy to grasp though. Concentrations of CO2 are increasing throughout the atmosphere and while we might think of greenhouse gases as absorbers of infra-red radiation from the surface, they are also emitters of IR radiation, so whether they warm or cool a region of the atmosphere is due to whether the net change (increased absorption vs increased emission) is positive or negative. The upper atmosphere is different from the troposphere in that pressure is much less, and it’s very dry. That means the greenhouse substances are basically just CO2 and ozone, and they absorb in quite different parts of the spectrum. In the band of radiation where CO2 absorbs a lot (~15 $\mu$m), increasing CO2 levels in the troposphere make it ever harder for those photons to get to the stratosphere or above. The upward IR comes increasingly from the water vapour or cloud bands, which because the upper atmosphere is so dry, does not get absorbed significantly on it’s way out.

Looking down from above, our extra stratospheric CO2 molecules then see less radiation to absorb coming up, but they are totally happy emitting more – half of which goes up into space. So the net effect is less absorption and more emittence, and thus they give a cooling. The effect is larger the further up you go.

How well do the models do?

As in previous comparisons, I’ll plot the envelope of the CMIP6 ensemble, in this case there are 32 individual runs from 9 distinct models. Unlike in the MSU or SST comparisons, there is no significant variation in the trends as a function of climate sensitivity, and so there is no need to plot the screened models separately. [This might be surprising, but remember that the variation in climate sensitivity is dominated by cloud feedbacks which are not very important in the stratosphere].

CMIP6 model spread and mean compared to the NOAA-STAR observations for three SSU channels (using the historical simulations continued by SSP5-85 after 2014). The anomalies have been offset by 1.5 for SSU-2 and SSU-3 for clarity.

The two big warming events in the earlier part of the record are the impacts of the El Chichon and Mt Pinatubo eruptions (and you’ll note quite a wide spread in magnitude of the latter event) and if you squint, you can see the solar cycle (maxima around 1981, 1991, 2002, 2014). The trends are dominated by the CO2 changes (more so as you move higher), but there is also a component from ozone depletion. As mentioned above, the internal variability and structural uncertainty in the model ensemble is smaller than in the troposphere, and so mismatches between the models and the observations are likely due to small issues in the forcings (particularly ozone, but perhaps also small volcanoes). It’s possible that the quality of the stratospheric circulation and it’s sensitivity to warming may be important. However, the discrepancies in the trends are small.

Histogram of CMIP6 model trends for SSU-1, SSU-2 and SSU-3 (counting one per ensemble member). In all cases the observed trends are consistent with the spread of the model ensemble.

References

1. B.D. Santer, S. Po-Chedley, L. Zhao, C. Zou, Q. Fu, S. Solomon, D.W.J. Thompson, C. Mears, and K.E. Taylor, "Exceptional stratospheric contribution to human fingerprints on atmospheric temperature", Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 120, 2023. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2300758120
2. D.W.J. Thompson, D.J. Seidel, W.J. Randel, C. Zou, A.H. Butler, C. Mears, A. Osso, C. Long, and R. Lin, "The mystery of recent stratospheric temperature trends", Nature, vol. 491, pp. 692-697, 2012. http://dx.doi.org/10.1038/nature11579
3. A.C. Maycock, W.J. Randel, A.K. Steiner, A.Y. Karpechko, J. Christy, R. Saunders, D.W.J. Thompson, C. Zou, A. Chrysanthou, N. Luke Abraham, H. Akiyoshi, A.T. Archibald, N. Butchart, M. Chipperfield, M. Dameris, M. Deushi, S. Dhomse, G. Di Genova, P. Jöckel, D.E. Kinnison, O. Kirner, F. Ladstädter, M. Michou, O. Morgenstern, F. O'Connor, L. Oman, G. Pitari, D.A. Plummer, L.E. Revell, E. Rozanov, A. Stenke, D. Visioni, Y. Yamashita, and G. Zeng, "Revisiting the Mystery of Recent Stratospheric Temperature Trends", Geophysical Research Letters, vol. 45, pp. 9919-9933, 2018. http://dx.doi.org/10.1029/2018gl078035
4. C. Zou, H. Qian, W. Wang, L. Wang, and C. Long, "Recalibration and merging of SSU observations for stratospheric temperature trend studies", Journal of Geophysical Research: Atmospheres, vol. 119, pp. 13,180-13,205, 2014. http://dx.doi.org/10.1002/2014JD021603
5. M.C. Casas, G.A. Schmidt, R.L. Miller, C. Orbe, K. Tsigaridis, L.S. Nazarenko, S.E. Bauer, and D.T. Shindell, "Understanding Model‐Observation Discrepancies in Satellite Retrievals of Atmospheric Temperature Using GISS ModelE", Journal of Geophysical Research: Atmospheres, vol. 128, 2022. http://dx.doi.org/10.1029/2022JD037523

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About Gavin

 

Deutsche Übersetzung mit Hilfe von Google-Translate:

21. Mai 2023 von Gavin und 2 Kommentare

Wie 1967 von Manabe und Wetherald vorhergesagt, kühlt sich die Stratosphäre ab.

In PNAS ist ein neues Papier von Ben Santer und Kollegen erschienen, in dem sie ihre bisherige Arbeit zur Erkennung und Zuordnung des anthropogenen Klimawandels auf die obere Stratosphäre ausweiten und dabei Beobachtungen der Stratospheric Sounding Units (SSUs) (und ihrer Nachfolger, der AMSU) nutzen, Instrumente, die seit 1979 in Satelliten aktiv sind.

Also "SSU mich"

Wie die MSU-Trends spiegelten diese Aufzeichnungen einen gewichteten Durchschnitt der atmosphärischen Temperaturen wider, und die drei SSU-Kanäle gewichteten nach und nach höhere Werte in der Stratosphäre, bei ungefähr 30 km, 40 km und 45 km über der Oberfläche, jedoch mit erheblichen Überlappungen. Bis vor relativ kurzer Zeit gab es einige Diskrepanzen bei den Klimatrends dieser Instrumente aufgrund der üblichen Probleme bei der Fernerkundung – Instrumententrends, Orbitalverschiebungen, Intersatelliten-kalibrierung usw. Thompson et al. (2012) beschrieb die Probleme als „mysteriös“, aber Bemühungen, die Aufzeichnungen hinsichtlich nicht-klimatischer Auswirkungen besser zu korrigieren, trugen bald Früchte, und das „Rätsel“ wurde Geschichte (Maycock et al., 2018). Wir verwenden die NOAA-STAR-Version 3.0 dieser Produkte (Zou et al., 2014).

Seitdem werden diese Aufzeichnungen zur Bewertung der solaren Beiträge zu den Temperaturen in der Stratosphäre und als Standardbestandteil der GISS-Modellbewertung (zuletzt in Casas et al., 2023) sowie in der Animation „Klimatreiber“ verwendet. Der Beitrag von Santer et al. ist das erste Mal, dass ich diese Diagnosen für die CMIP6-Modelle (oder zumindest eine Teilmenge davon) berechnet sehe, und daher ist dies eine großartige Gelegenheit, die SSU-Trends in unseren Katalog von Modellbeobachtungsvergleichen aufzunehmen das kann auch in Zukunft beibehalten werden.

Bevor wir zu dieser Analyse kommen, sollten wir jedoch ein paar Dinge beachten: Erstens ist die interne Variabilität der globalen Mittelwerte dieser Aufzeichnungen viel kleiner als bei den troposphärischen MSU-Trends, und das bedeutet, dass das (erzwungene) Signal-Rausch-Verhältnis viel höher ist. Die dominierenden Faktoren sind Veränderungen des CO2 (Abkühlung), Ozonabbau (Abkühlung), Erwärmung durch große Vulkane und Schwankungen im Zusammenhang mit dem Sonnenzyklus.

Aber warum wird es in der Stratosphäre immer kälter?

Aus irgendeinem Grund wurde dies unter ansonsten sachkundigen Leuten schlecht kommuniziert, und unsere frühen Versuche, dies zu erklären, waren nicht sehr gut (dies wurde im einzigen RealClimate-Beitrag erwähnt, den wir jemals grundsätzlich zurückgezogen haben – Sie können ihn jedoch finden, wenn Sie nachsehen möchten!) . Ein Teil der Verwirrung bezog sich auf die Rolle der Ozonschicht in der unteren Stratosphäre, aber es stellt sich heraus, dass dies nur eine Ablenkung ist, da die Abkühlung aufgrund des zunehmenden CO2 überall oberhalb der Tropopause zu beobachten ist – nicht nur in Regionen mit viel Ozon.

Das Grundkonzept ist jedoch leicht zu verstehen. Die CO2-Konzentrationen nehmen in der gesamten Atmosphäre zu, und obwohl wir Treibhausgase vielleicht als Absorber der Infrarotstrahlung von der Oberfläche betrachten, sind sie auch Emitter von IR-Strahlung. Ob sie also einen Bereich der Atmosphäre erwärmen oder abkühlen, hängt davon ab, ob Die Nettoveränderung (erhöhte Absorption gegenüber erhöhter Emission) positiv oder negativ ist. Die obere Atmosphäre unterscheidet sich von der Troposphäre dadurch, dass der Druck viel geringer ist und sie sehr trocken ist. Das bedeutet, dass es sich bei den Treibhausstoffen im Grunde nur um CO2 und Ozon handelt und sie in ganz unterschiedlichen Bereichen des Spektrums absorbieren. In dem Strahlungsband, in dem CO2 viel absorbiert (~15 $\mu$m), machen es steigende CO2-Werte in der Troposphäre für diese Photonen immer schwieriger, in die Stratosphäre oder darüber zu gelangen. Die nach oben gerichtete IR kommt zunehmend von Wasserdampf oder Wolkenbändern, die auf ihrem Weg nach draußen aufgrund der Trockenheit der oberen Atmosphäre nicht wesentlich absorbiert werden.

Wenn wir von oben nach unten schauen, sehen unsere extra stratosphärischen CO2-Moleküle dann weniger Strahlung, die sie absorbieren müssen, aber sie geben völlig gerne mehr ab – die Hälfte davon geht in den Weltraum. Der Nettoeffekt ist also eine geringere Absorption und mehr Emission, was zu einer Kühlung führt. Der Effekt ist umso größer, je weiter man nach oben geht.

Wie gut schneiden die Modelle ab?

Wie in früheren Vergleichen werde ich die Hüllkurve des CMIP6-Ensembles grafisch darstellen, in diesem Fall gibt es 32 einzelne Läufe von 9 verschiedenen Modellen. Anders als bei den MSU- oder SST-Vergleichen gibt es keine signifikanten Schwankungen in den Trends als Funktion der Klimasensitivität und es besteht daher keine Notwendigkeit, die überprüften Modelle separat darzustellen. [Das mag überraschend sein, aber denken Sie daran, dass die Variation der Klimasensitivität durch Wolkenrückkopplungen dominiert wird, die in der Stratosphäre nicht sehr wichtig sind].

Zeitreihen von drei SSU-Kanälen zur besseren Übersichtlichkeit versetzt. Die Abbildung zeigt drei Linien, wobei sich die Modellverteilung von 1979 bis 2022 weitgehend überschneidet und starke negative Trends aufweist. 

Streuung und Mittelwert des CMIP6-Modells im Vergleich zu den NOAA-STAR-Beobachtungen für drei SSU-Kanäle (unter Verwendung der historischen Simulationen, die von SSP5-85 nach 2014 fortgesetzt wurden). Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die Anomalien für SSU-2 und SSU-3 um 1,5 ausgeglichen.

Die beiden großen Erwärmungsereignisse im früheren Teil der Aufzeichnung sind die Auswirkungen der Ausbrüche von El Chichon und Mt. Pinatubo (und Sie werden feststellen, dass das Ausmaß des letzteren Ereignisses recht groß ist), und wenn Sie die Augen zusammenkneifen, können Sie die Sonnezyklen erkennen (Höchstwerte um 1981, 1991, 2002, 2014). Die Trends werden von den CO2-Veränderungen dominiert (mehr, je höher man steigt), aber es gibt auch eine Komponente durch den Ozonabbau. Wie oben erwähnt, sind die interne Variabilität und die strukturelle Unsicherheit im Modellensemble geringer als in der Troposphäre, sodass Abweichungen zwischen den Modellen und den Beobachtungen wahrscheinlich auf kleine Probleme bei den Antrieben (insbesondere Ozon, aber möglicherweise auch kleine Vulkane) zurückzuführen sind. Es ist möglich, dass die Qualität der stratosphärischen Zirkulation und ihre Empfindlichkeit gegenüber Erwärmung wichtig sind. Allerdings sind die Abweichungen in den Trends gering.
Drei leicht überlappende Histogramme für jeden Kanal zusammen mit dem beobachteten Trend und der OLS-Unsicherheit der NOAA-STAR-Beobachtungsprodukte.

 

Histogram of CMIP6 model trends for SSU-1, SSU-2 and SSU-3 (counting one per ensemble member). In all cases the observed trends are consistent with the spread of the model ensemble.  

Referenzen

1. B.D. Santer, S. Po-Chedley, L. Zhao, C. Zou, Q. Fu, S. Solomon, D.W.J. Thompson, C. Mears, and K.E. Taylor, "Exceptional stratospheric contribution to human fingerprints on atmospheric temperature", Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 120, 2023. http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2300758120
2. D.W.J. Thompson, D.J. Seidel, W.J. Randel, C. Zou, A.H. Butler, C. Mears, A. Osso, C. Long, and R. Lin, "The mystery of recent stratospheric temperature trends", Nature, vol. 491, pp. 692-697, 2012. http://dx.doi.org/10.1038/nature11579
3. A.C. Maycock, W.J. Randel, A.K. Steiner, A.Y. Karpechko, J. Christy, R. Saunders, D.W.J. Thompson, C. Zou, A. Chrysanthou, N. Luke Abraham, H. Akiyoshi, A.T. Archibald, N. Butchart, M. Chipperfield, M. Dameris, M. Deushi, S. Dhomse, G. Di Genova, P. Jöckel, D.E. Kinnison, O. Kirner, F. Ladstädter, M. Michou, O. Morgenstern, F. O'Connor, L. Oman, G. Pitari, D.A. Plummer, L.E. Revell, E. Rozanov, A. Stenke, D. Visioni, Y. Yamashita, and G. Zeng, "Revisiting the Mystery of Recent Stratospheric Temperature Trends", Geophysical Research Letters, vol. 45, pp. 9919-9933, 2018. http://dx.doi.org/10.1029/2018gl078035
4. C. Zou, H. Qian, W. Wang, L. Wang, and C. Long, "Recalibration and merging of SSU observations for stratospheric temperature trend studies", Journal of Geophysical Research: Atmospheres, vol. 119, pp. 13,180-13,205, 2014. http://dx.doi.org/10.1002/2014JD021603
5. M.C. Casas, G.A. Schmidt, R.L. Miller, C. Orbe, K. Tsigaridis, L.S. Nazarenko, S.E. Bauer, and D.T. Shindell, "Understanding Model‐Observation Discrepancies in Satellite Retrievals of Atmospheric Temperature Using GISS ModelE", Journal of Geophysical Research: Atmospheres, vol. 128, 2022. http://dx.doi.org/10.1029/2022JD037523

 

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 2 Antworten zu „CMIP6: Nicht ganz so plötzliche Abkühlung der Stratosphäre“

     Nigelj sagt

     21. Mai 2023 um 19:04 Uhr

     Das Google-Konto meines Telefons hat mich vor ein paar Tagen darüber informiert: „Die obere Atmosphäre kühlt ab, was zu neuen Klimaproblemen führt.“ Eine neue Studie, die bekräftigt, dass der globale Klimawandel vom Menschen verursacht wird, ergab außerdem, dass sich die obere Atmosphäre aufgrund des steigenden CO2-Gehalts dramatisch abkühlt. Wissenschaftler sind besorgt über die Auswirkungen, die diese Abkühlung auf umlaufende Satelliten, die Ozonschicht und das Erdwetter haben könnte.“ (Yale-Klimaverbindungen)

     https://e360.yale.edu/features/climate-change-upper-atmosphere-cooling#:~:text=A%20new%20study%20reaffirming%20that,ozone%20layer%2C%20and%20Earth's%20weather.

     [Antwort: Ich weiß nicht, warum dies neue Klimabedenken hervorrufen würde? Wie ich bereits sagte, wurde dies vor mehr als 50 Jahren vorhergesagt und bereits viele Male bestätigt. Die Auswirkung auf Raumfahrzeuge in niedrigen Erdumlaufbahnen besteht darin, dass die Dichte abnimmt und somit die Reibung geringer ist, sodass davon ausgegangen werden kann, dass Satelliten länger im Orbit bleiben. – Gavin]
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         Nick Palmer sagt

         21. Mai 2023 um 23:39 Uhr

         Der Artikel von Fred Pearce verwendet einen alten rhetorischen Trick, indem er Dinge wie „Wissenschaftler sind besorgt …“ sagt, was viele vielleicht denken, dass ALLE Wissenschaftler besorgt sind. Ben Santer selbst wird zitiert, er sei „besorgt“ über seine Ergebnisse, aber der Artikel impliziert, dass Santer aufgrund dieser Ergebnisse neue Sorgen hat, die er vorher nicht hatte. Wie Gavin sagt, wird vorhergesagt, dass diese stratosphärischen Effekte 50 Jahre lang auftreten werden

         Ich denke, der Ton von Pearces Artikel ist zumindest irreführend und grenzt an Alarmismus – oder zumindest wird er von der leugnenden Fraktion so dargestellt, aber andererseits wird er von alarmistischen Aktivisten eifrig verbreitet
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