Jetzt ist das Tutorial vollständig

Den letzten Teil mit Infos zu Setbau, Dreh und Post-Production findet Ihr hier: tutorial_workshop3

Der Golfstrom und die nordatlantische Strömung

Die Oberfläche der Erde besteht zu über 70 Prozent aus Wasser. Dadurch wird ein Großteil der energieabgebenden Strahlung der Sonne von den Ozeanen gespeichert. Im Vergleich zu Luft speichert Wasser die Wärme besser, was dazu führt, dass mit den Ozeanströmungen immense Energiemengen bewegt werden.

Um Europa, Grönland und das Nordmeer zu wärmen, fließt das Wasser der Nordatlantischen Strömung anfangs in die Karibik und in den Golf von Mexiko. Dort “tankt das Wasser Sonne”: Es wird von der Sonne bestrahlt und speichert Energie. Anschließend strömt es an der Küste Floridas, Neufundlands und Großbritanniens vorbei bis hinauf an die norwegische Küste. Bis auf die Höhe Neufundlands nennt man diesen Strom den Golfstrom.

Sobald er weiter nach Nordosten durch den atlantischen Ozean geht, bezeichnet man ihn als nordatlantische Strömung.

Im Groben kann man die Nordatlantische Strömung als “Die Heizung Europas” charakterisieren.

Durch die höhere Dichte (anders formuliert: das Gewicht) des Wassers, welches in der Nordatlantischen Strömung fließt, sinkt dieses nach einiger Zeit ab und driftet dann wieder zurück in den Süden. Denn: süßes und warmes Wasser treibt auf salzigem und kaltem Wasser wie Wasser auf Öl, durch seine geringere  Dichte. Dadurch, dass im Norden mehr Niederschlag fällt, hat das Wasser dort einen geringeren Anteil an Salz. Das kommt daher, dass der Regen ständig neues Frischwasser in den Ozean bringt, welches das Wasser verdünnt und somit den Salzanteil verringert. Das Wasser in der Nordatlantischen Strömung hingegen kommt vom Süden, wo die Verdunstung das Süßwasser wegnimmt und die Strömung salziger macht.

Aber woher kommt jetzt genau die Wärme für Europa? Die vom Wasser abgegebene Wärme, die beim Fließen in der Strömung abgeht, gelangt nach Europa. Nach einiger Zeit sinkt das Wasser, da es nun genug abgekühlt ist um eine größere Dichte zu erreichen. Bis zum Südpolarmeer kann man diesen Kreislauf weiterverfolgen. Dort wird das Wasser durch die starken Winde in der Umgebung der Antarktis wieder nach oben getrieben.

Diese Strömung zwischen der südlichen und der nördlichen Hemisphäre heißt “meridionale Umwälzzirkulation” (auf Englisch Meridional Overturning Circulation oder auch MOC).

Und was kann nun durch den Klimawandel passieren? Viele Wissenschaftler halten es für möglich, dass die MOC abbricht oder zumindest viel schwächer wird. Wenn die globale Temperatur steigt, führt dies zu mehr Niederschlag im Norden Und die Meerestemperatur steigt natürlich auch an. Dieses Wasser mit einer höheren Temperatur und einem niedrigeren Salzgehalt verliert an Dichte und kann deshalb nicht mehr absinken. Dadurch bricht der Kreislauf zusammen. Der Golfstrom würde langsamer fließen, da der Großteil seines Wassers nicht mehr der nordatlantischen Strömung folgen, sondern nach Süden zurückfließen würde. Das würde bedeuten, dass er die Hitze nicht mehr so weit in den Norden transportieren würde, sondern wahrscheinlich nur bis auf die Höhe Portugals.

Die MOC wird in der Wissenschaft als Kippelement des Klimasystems diskutiert. Ein Kippen könnte eine abrupte Veränderung in der Klimageschichte der Erde verursachen. Folgender Mechanismus könnte ausgelöst werden: Wenn der Golfstrom langsamer fließt, bringt er weniger salziges Wasser vom tropischen Atlantik in den Norden. Dort wird das Wasser deswegen noch süßer und sinkt noch langsamer, der Golfstrom wird also noch langsamer. Diesen Mechanismus nennt man „positive Rückkopplung“, er verstärkt eine anfängliche Störung. Nach mehreren Jahrzehnten oder auch Jahrhunderten könnte der Strom dann total abbrechen. Es weiß aber niemand genau, wie viel Zeit und Erwärmung nötig sind um diesen Mechanismus auszulösen. Das Schmelzen Grönlands wird wahrscheinlich auch eine Rolle spielen, da das Nordmeer dadurch noch süßer wird.

Ein Abbrechen des Stromes hätte Auswirkungen auf Europa, Nordamerika und die Nordpolregionen sowie auf die marinen Ökosysteme. Europa würde zwar wahrscheinlich nicht kälter werden als heutzutage, denn die globale Erwärmung wärmt Europa mehr, als ein Abbruch der Zirkulation es kühlen würde. Aber die Zirkulation beeinflusst das Weltklima so stark, dass andere, indirekte Klimaveränderungen die Folge sein könnten. In den Tropen könnte es noch wärmer werden, da die MOC weniger Hitze aus den tropischen Regionen nach Norden transportieren würde. Außerdem könnte die Zahl extremer Wetterereignisse steigen. Beispiele wären Stürme und extreme Niederschläge in Europa oder Dürren in Asien und den Sahelgebieten.

Eine weitere wichtige Funktion des Golfstroms ist das Mischen der Ozeane. Bräche der Strom ab, würde das tiefe, nährstoffreiche Wasser nicht mehr an die Oberfläche gezogen, und das Plankton sowohl im Atlantischen Ozean und auch in den anderen Ozeanen würde stark reduziert. Die Ozeanmischung ist auch wichtig, um die Kohlendioxide (CO2) in der Tiefe der Meere zu speichern. Bis jetzt wurde nämlich ein Drittel des vom Menschen ausgestoßenen CO2 vom Ozean absorbiert. Ohne die MOC könnte weniger CO2 vom Wasser aufgenommen werden und der Treibhauseffekt würde sich verstärken.

Starkregen

Dürreperioden und Starkregen sind Naturphänomene, die jederzeit passieren können. Man muss jedoch anmerken, dass diese Phänomene durch den Klimawandel dramatisch verstärkt werden.

Unser blauer Planet erwärmt sich stetig. Dadurch verdunstet immer mehr Wasser und deswegen kann es vor allem in den trockenen Gebieten häufiger zur Dürre kommen. Jedoch passiert in den feuchteren Gebieten das genaue Gegenteil. Durch die erhöhten Temperaturen kann die Luft mehr Wasser speichern, welches sich dann in den Wolken staut. Wenn es dann zu einem Niederschlag kommt, ist er viel stärker und das nennt man dann Starkregen. Je wärmer es also in Zukunft wird, desto größer wird die Chance auf lange Dürreperioden und starke Regenfälle, die Überschwemmungen verursachen können.

Meeresspiegelanstieg, oder: Warum wird es nass, wenn es warm wird?

vom Team Meeresspiegel 2: Clemens, Jakob, Florian und Angie

Die Erde ist zu rund 71 Prozent mit Wasser bedeckt. Dieser Anteil wird sich in Zukunft mit großer Wahrscheinlichkeit geringfügig erhöhen, denn der Meeresspiegel wird steigen, dessen sind sich Klimaforscher sicher.

Die realistischsten Prognosen gehen momentan von einem Anstieg von bis zu 2 Meter bis zum Jahr 2100 aus. Für viele Menschen wird das ein großes Problem, denn auf der Erde gibt es viele Gebiete, die kaum über dem Meeresspiegel liegen. Schon jetzt steigt der Meeresspiegel jedes Jahr um 3 Millimeter. Dies ist deutlich schneller als noch vor 100 Jahren. Doch wo liegen die Gründe dafür, und was hat das mit der Erderwärmung zu tun?

Sicher ist, dass viele Teile des Klimasystems der Erde beteiligt sind. Besonders hervorzuheben sind hierbei die großen Eisschilde der Antarktis und Grönlands, welche den größten gefrorenen Süßwasservorrat der Erde darstellen. Wenn man sich nun vorstellt, dass das Eis auf Grönland komplett abschmilzt, so wird der Meeresspiegel bis zu sieben Meter ansteigen! Allerdings wird dieser Prozess sehr lange dauern, da die Eismassen nicht schlagartig abschmelzen. Wie stark ein Anstieg durch abschmelzendes Eis sein kann, wird deutlich, wenn man bedenkt, dass der Meeresspiegel nach der letzten Eiszeit durch das Abschmelzen der Eismassen über Europa und Nordamerika um 120 Meter angestiegen ist. Dies war jedoch ein natürlicher Prozess, der nicht vom Menschen beeinflusst wurde. Eine wichtige Rolle spielen auch die Gletscher, welche momentan bereits in großem Maße schmelzen. Sie machen von den momentanen 3 Millimeter Jahresanstieg gut 25 Prozent aus. Ein weiterer Zusammenhang zwischen der Erderwärmung und dem Meeresspiegelanstieg besteht in der Dichte des Wassers: Je wärmer es wird, desto mehr Platz benötigt das bereits vorhandene Wasser (Die Dichte sinkt und das Volumen wird somit größer).

Na und – dann müssen die Holländer halt wachsen!

Falsch gedacht, denn klar ist, dass alle diese Faktoren bewirken, dass der Meeresspiegel bei einer Erwärmung der Erde steigen wird. Wo der Meeresspiegel wie stark steigen wird, ist schwer vorherzusagen, aber es wird Orte geben, an denen er mehr steigt als an anderen. Dies hängt von Änderungen der Wasserzirkulation, der Niederschläge, unterschiedlich starker Wassererwärmung in verschiedenen Regionen und von Änderungen des Erdanziehungsfeldes durch schmelzende Eisschilde ab.

Der Anstieg bedeutet auch, dass der Strand näher an die Stadt kommt. Wäre das nicht eher „cool“ – so ein Strand keine zwanzig Minuten weit weg? (Ist natürlich ein bisschen übertrieben, Berlin liegt ja 34 Meter über dem Meer. Tatsächlich aber wäre das alles andere als „cool“, denn ein starker Anstieg wird für die gesamte Weltbevölkerung dramatische Auswirkungen haben! Statistisch gesehen leben die meisten Menschen in Küstenregionen, und viele von ihnen wären von einem Meeresspeigelanstieg als erstes betroffen.

Denkt mal daran, wie viele Millionen Menschen ein neues Zuhause bräuchten, wenn vielen Millionenstädten wie zum Beispiel New York oder Hamburg das Wasser wortwörtlich bis zum Halse stehen würde. Bei einem Anstieg von 2 Metern würden 1,2 Prozent der Landfläche der Erde verschwinden und mindestens 187 Millionen Menschen müssten umgesiedelt werden. Die notwendigen Umsiedlungen werden ein sehr großes Problem, denn der Lebensraum ist begrenzt und die Weltbevölkerung wächst weiter. Das heißt, dass immer mehr Menschen mit immer weniger Raum auskommen müssen. Dies kann vermehrt zu politischen und sozialen Problemen führen. In den letzten 6000 Jahren war der Meeresspiegel annähernd konstant, doch seit der Industrialisierung steigt er wieder. Dies deutet darauf hin, dass der Mensch diesen Prozess durch den Ausstoß von Treibhausgasen beschleunigt, er bringt das Klimasystem aus dem Gleichgewicht und es antwortet.

Tutorial für den zweiten Workshop

Hier könnt Ihr noch einmal nachlesen, was wir am Samstag beim zweiten Workshop besprochen haben.

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CO2 Emissionen durch Nutzung fossiler Energieträger

Das Leben in modernen Industriegesellschaften hängt in starker Weise von der Nutzung fossiler Energieträger wie Kohle, Öl und Gas ab. Bei der Verbrennung dieser Energieträger, ob in Autos oder Kraftwerken, wird das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid, kurz CO2, freigesetzt. Da CO2, einmal in die Atmosphäre emittiert, für Jahrhunderte dort verbleibt, hat die Nutzung fossiler Energieträger schon zu einem deutlichen Anstieg der CO2 Konzentrationen in der Atmosphäre geführt. Dies kann man besonders deutlich erkennen, wenn man sogenannte „Paläo-Klimaarchive“ untersucht. Diese erlauben es, die Klimageschichte über Tausende bis Millionen von Jahren zu rekonstruieren. Wissenschaftler können somit nachweisen, dass der CO2 Gehalt in der Luft über die letzten ca. 10.000 Jahre fast konstant war – und in den letzten 150 Jahren um über 30% angestiegen ist!

Quelle: http://www.freedigitalphotos.net/images/view_photog.php?photogid=2294

 

Und bisher steigen die Emissionen von Jahr zu Jahr weiter an, zuletzt sogar so rasch wie noch nie. Dieses Wachstum der Emissionen liegt am steigenden Bedarf an Energie, und dieser widerum am steigenden Wohlstand in der Welt aber insbesondere in schnell wachsenden Entwicklungsländern wie Brasilien, Indien oder China. Auch in diesen Ländern dominieren noch fossile Energieträger das Energiesystem, in China z. B. stammt ca. 80% des Stromes aus Kohle.

Wenn also die weltweiten CO2-Emissionen gesenkt werden sollen, reicht es nicht, dass Industrieländer etwas Energie einsparen oder Energie mit weniger CO2 Emissionen erzeugen. Es muss gleichzeitig gelingen, allen Menschen den Zugang zu Energie zu ermöglichen. Die Mehrheit der Menschen hat heute noch gar keinen oder nur ungenügenden Zugang zu modernen Energiedienstleistungen, die für Komfort, Lebensqualität aber auch Gesundheit und damit höhere Lebenserwartung in den Industrieländern gesorgt haben. Da viele der Entwicklungsländer gerade aber im Wohlstandsniveau aufholen, wird der weltweite Energiehunger noch einige Jahrzehnte anwachsen.

Um die Risiken von unverminderten Konzentrationssteigerungen von CO2 in der Atmosphäre zu verhindern, müssen also zunehmend CO2 neutrale Energieträger wie etwa Erneuerbare oder Atomkraft eingesetzt werden. Da diese aber noch teurer sind als die fossilen Alternativen, ist es eine Verteilungsfrage: Wer darf noch wie viel (billigere) fossile Energieträger einsetzen und damit zusätzliche CO2 Emissionen erzeugen? Und wer muss zuerst die teureren Alternativen einsetzen, die un einigen Fällen dann sogar für alle anderen Länder auch billiger werden, da die gesammelte Erfahrung mit den neuen Technologien für alle zur Verfügung steht (und bei Erneuerbaren die Ressourcen nicht wie bei Fossilen erschöpfbar sind)? Ansätze zur Beantwortung dieser Fragen gibt es viele, unter anderem die Forderung, dass langfristig jeder Mensch die gleiche Menge an „Verschmutzungsrechten“ haben sollte, also die mit Klimazielen verträglichen Emissionen aufgeteilt werden Diese Idee hat auch die Bundeskanzlerin Angela Merkel schon einmal unterstützt (http://www.focus.de/politik/diverses/merkel-bemessung-des-erlaubten-CO2-ausstosses-auf-pro-kopf-basis_aid_305001.html) und es gibt genauere Umsetzungsideen von Regierungsberatern aus der Wissenschaft (http://www.wbgu.de/fileadmin/templates/dateien/veroeffentlichungen/factsheets/fs2009-fs3/wbgu_factsheet_3.pdf). Aktuell unterscheiden sich sowohl der Pro-Kopf-Energieverbrauch als auch die Pro-Kopf-CO2 Emissionen noch um mehr als das 10-fache zwischen unterschiedlichen Ländern. So betragen die durchschnittlichen Pro-Kopf-Emissionen eines US-Amerikaners 17 t CO2, eines Deutschen 9 t CO2, eines Inders aber gerade einmal 1.4 t. Der Endenergieverbrauch in den USA beträgt etwa 220 KWh pro Koph pro Tag, in Deutschalnd etwa 120 kWh und in Indien nur 20 kWh. Die Industrieländer trauen sich aber nicht, dem Prinzip der gleichen pro-Kopf-Emissionsrechte zuzustimmen, da es für sie noch nicht klar ist, wie sie mit so geringen Emissionen weiterhin das gleiche Wohlstandsniveau halten können. Andererseits geht einigen Entwicklungsländern eine Verwirklichung der Pro-Kopf-Regel irgendwann in der Zukunft nicht weit genug, da sie mit Recht darauf hinweisen, dass die Reduktionen jetzt so rasch und drastisch geschehen müssen, da in den letzten 100 Jahren schon so viel CO2 emittiert wurde. Und der überwiegende Teil dieser Emissionen der Vergangenheit haben die Industrieländer zu verantworten.

Die Unvereinbarkeit dieser 2 Positionen verdeutlicht die Problematik der internationalen Klimapolitik. Letztlich müssen sich beide Gruppen also erst versichern können, dass auch mit niedrigen Emissionen ein hoher Konsum von Energiedienstleistungen und somit ein hohes Wohlstandsniveau möglich ist.

Expert: Christoph Bertram

 

Veranschaulichung der Zusammensetzung der Energieträger sowie des Pro-Kopf-Energieverbrauchs:
http://www.oekosystem-erde.de/html/energiegeschichte.html

Quelle:http://www.freedigitalphotos.net/images/view_photog.php?photogid=1975

 

Indischer Sommermonsun

Als indischen Sommermonsun bezeichnet man die jährlich wiederkehrende Umkehrung der Windrichtung und die damit verbundenen Niederschläge über dem indischen Subkontinent: Etwa von Juni bis September wehen die Monsunwinde aus südwestlicher Richtung und bringen große Mengen an Wasserdampf mit sich, die sie über dem indischen Ozean aufgenommen haben; über dem Festland steigt die Luft auf, der Wasserdampf kondensiert und führt zu starken Regenfällen von der Küste bis zum Südrand des Himalaya. Den Rest des Jahres herrscht überwiegend Trockenheit. Das mit 1,2 Mrd. Menschen dicht bevölkerte Indien ist in hohem Maße auf nicht bewässerte Landwirtschaft und damit auf regelmäßige und ausreichend starke Monsunregenfälle angewiesen. Bereits Niederschlagsdefizite von 10% gegenüber dem langjährigen Mittel haben in der Vergangenheit zu großen Ernteausfällen und Nahrungsmittelknappheit geführt. Aber auch überdurchschnittlich starke Regenfälle können Ernten beschädigen und zu Überschwemmungen führen.

Die Monsunzirkulation beruht auf einem selbstverstärkenden Mechanismus: Die Kondensation des Wasserdampfs über dem Kontinent setzt latente Wärme frei; dadurch wird der Temperaturunterschied zwischen der warmen Landmasse und dem kühleren Ozean aufrechterhalten; dieser Temperaturunterschied wiederum ist es, der die Monsunwinde antreibt und damit mehr feuchte Luft nach Indien transportiert, die dort dann wieder latente Wärme freisetzt, usw. Aber das gilt natürlich auch umgekehrt: Gibt es wenig Regen, dann wärmt sich die Luft über dem Land nur gering auf, die Monsunwinde schwächen sich ab und es wird nur wenig feuchte Luft zum Land gebracht. Wird dieser Kreislauf also unterbrochen dann bleiben die Regenfälle aus. Modellrechnungen deuten darauf hin, daß dieser Kreislauf in Zukunft häufiger unterbrochen werde könnte, mit den entsprechenden negativen Folgen für die Region.

Expert: Jacob Schewe

http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Indischer_Monsun

Quelle: http://www.freedigitalphotos.net/images/view_photog.php?photogid=3551

Das größte Frischwasserreservoir der Erde

Der Antarktische Eisschild ist das größte Frischwasserreservoir der Erde, mit einer Fläche, die etwa anderthalbmal so groß ist wie die von Europa. Würde man das gesamte Eis darauf schmelzen und über den Ozean verteilen, wäre der Meeresspiegel über 60 Meter höher als heute. Obwohl die Antarktis so weit weg und unbewohnt ist, spielt sie also eine große Rolle für die Erde und uns Menschen.

Anders als in Grönland ist es in der Antarktis so kalt, dass das Eis an der Oberfläche selbst im Sommer kaum schmilzt. Der riesige antarktische Eispanzer ist aber alles andere als unbeweglich: In einem ständigen Kreislauf wird Schnee an seiner Oberfläche zu Eis verdichtet, das sich dann langsam und zäh zu den Rändern bewegt und schließlich in den umliegenden Ozean gleitet. Dabei verdrängt es das Meerwasser, und der Meeresspiegel steigt – das ist wie bei einem Eiswürfel, der in ein Wasserglas fällt.

Lange Zeit waren diese Prozesse im Gleichgewicht, und der Antarktische Eisschild hat sich kaum verändert. Doch in letzter Zeit wurde beobachtet, dass die Antarktis verstärkt Eis verliert. Es fließt also an den Seiten mehr heraus als Schnee auf die Oberfläche fällt und der globale Meeresspiegel steigt.

Woran kann das liegen? Der Antarktische Eisschild ist rundherum von sogenannten Eisschelfen umgeben, riesige schwimmende Eismassen, die mit dem Inlandeis verbunden sind. Sie wirken wie eine Bremse auf das landeinwärts liegende Eis und hindern es am Herausgleiten. Im Februar 2002 ist das Larsen-B Eisschelf  an der Antarktischen Halbinsel in viele Einzelschollen zerbrochen. Das dahinter liegende Eis wurde nicht mehr zurückgehalten und hat sich daraufhin stark beschleunigt, die gemessenen Geschwindigkeiten des Eises haben sich dabei bis zu verachtfacht. Diesem Ereignis ging eine starke Erwärmung der Region voraus, die die Ursache für das Zerbrechen des Eisschelfes gewesen sein könnte.

Durch die Antarktis zieht sich eine große Gebirgskette, die sogenannten transantarktischen Berge. Sie teilen den Eisschild in Ost- und Westantarktis. Während das ostantarktische Eis auf einem erhöhten Gesteinssockel liegt, befindet sich ein Großteil des Untergrundes der West-Antarktis unterhalb des Meeresspiegels und fällt landeinwärts ab. Was ist das Besondere daran? Dazu müssen wir einen weiteren Mechanismus verstehen: Zwar schmilzt an der Oberfläche der Antarktis kaum Eis, dafür schmelzen die Eisschelfe an der Unterseite, wo sie in Kontakt mit dem wärmeren Ozean sind.

Von einem Eiswürfel, der im Wasserglas schwimmt, wissen wir schon, dass sein Schmelzen den Wasserspiegel nicht erhöht. Auch das Schmelzen der Eisschelfe hat keinen direkten Effekt auf den Meeresspiegel. Aber wenn besonders viel Eis an der Trennlinie zwischen dem aufgestauten Inlandeis und dem Eisschelf wegschmilzt, kann sich diese Trennlinie  landeinwärts zurückziehen – und weiteres Eis schwimmt auf. Da sich die Stauwirkung insgesamt verkleinert und somit das Inlandeis schneller abfließen kann, erhöht sich dadurch indirekt der Meeresspiegel.

Dieser Prozess könnte sich, einmal in Gang gesetzt, immer weiter verstärken und wäre unumkehrbar, wenn der Meeresboden landeinwärts abfällt. Je tiefer der Meeresboden nämlich ist, wo sich diese Trennlinie befindet, desto mehr Inlandeis kann über sie in Richtung Meer abfließen und als Eisschelf aufschwimmen. Wenn sich also der Ozean erwärmt und dadurch Eis an der Trennlinie schmilzt, kann sich diese Linie landeinwärts verschieben und mehr Inlandeis kann in Richtung Meer abfließen. Und je weniger Rückhalt es gibt, desto schneller könnten der Westantarktis immer größere Eimassen verloren gehen und am Ende würde der Meeresspiegel mehr als drei Meter höher liegen als heute.

So einen selbstverstärkenden Mechanismus nennt man auch positive Rückkopplung, ähnlich wie ein Mikrofon vor einem Lautsprecher in Kombination mit einem Verstärker leise Geräusche zu unangenehm lauten Tönen machen kann. Das ist dann ganz und gar nicht positiv! Wie schnell so eine Rückkopplung zu einem kompletten Verschwinden des westantarktischen Landeises führen könnte, ist derzeit Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen.

 

 

http://bildungsserver.hamburg.de/eis-und-schnee-nav/2118428/antarktis.html

http://www.pik-potsdam.de/services/infothek/kippelemente

Bilder: Ricarda Winkelmann, Maria Martin

Experten: Maria Martin, Torsten Albrecht und Ricarda Winkelmann