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 3: 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 4: Verhältnis von CO2 Konzentration und Temperatur. (Abbildungen übernommen von Shakun et al. 2012). a) Die globalen Proxy Temperaturdaten (blau) als Abweichung von den mittleren Werten des frühen Holozäns (11,5 – 6,5 ka), Temperaturwerte eines atlantischer Eisbohrkerns (rot) und die atmosphärische CO2-Konzentrationen (gelbe Punkte). Das Holozän, jüngere Dryas (YD), Bølling-Allerød (B-A), ältere Dryas (OD) und das letzte Eiszeit Maximum (LGM) (Intervalle sind angegeben). Fehlerbalken, 1-sigma; ppmv. = parts per million pro Volumen. b) Die Synchronisierung der CO2-Konzentration und Temperatur für die globalen (grau), nördliche Hemisphäre (NH: blau) und südlichen Hemisphäre (SH: rot) Proxydaten, basierend auf Verzögerungskorrelationen vor 20.000 bis 10.000 Jahren in 1.000 Monte Carlo Simulationen. Der Mittelwert und die Standardabweichung des Histogramms sind gegeben. In 90% der Fälle geht die CO2-Konzentraion und in 6% der Fälle tritt sie zeitverzöert auf.

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 zonar 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).