Sonntag, 8. Juli 2007

Klimawandel Analyse

Klimawandel -ein grünes Grönland- und was dann?


Wie unter Forschung aktuell vom 6. Juli 2007 berichtet, mehren sich die Anzeichen, daß die Insel Grönland einen tiefgreifenden Klimawandel erleben könnte. Wie schon beispielsweise vor 450.000 Jahren -das hatte die Untersuchung von Eisbohrkernen durch Eske Willerslev und Mitarbeiter ja ergeben- könnte die Insel wirklich grün werden und damit ihremn Namen wirklich gerecht werden. Das aber würde bedeuten, daß große Teile des Festlandeises abschmelzen und damit wäre ein deutlicher Anstieg des Meeresspiegels vorprogrammiert. Bei einem vollständigen Abschmelzen des grönländischen Eisschildes käme dabei ein Anstieg des Meeresspiegels um über 7 Meter heraus (http://www.mpimet.mpg.de/presse/faqs/wie-stark-steigt-der-meeresspiegel.html). Aber auch wenn nur Teile des Eisschildes abschmelzen würden, etwa nur in Südgrönland, so wären es immer noch rund 3 Meter.

Wahrlich keine angenehmen Aussichten für die Küstenregionen weltweit! Es besteht also wirklich Anlass, die Frühsymptome einer drastischen Erwärmung in Grönland sehr ernst zu nehmen. Schauen wir uns also die Datenlage näher an:


Zunahme der Schmelzzonen von 1992 bis 2005 (dunkelrot);
(Quelle: University of Colorado)

An den Rändern Grönlands ist sehr viel Eis abgeschmolzen, das ist unübersehbar, doch insgesamt ist das Festlandeis nur wenig zurückgegangen, denn die Dicke des Inlandeises hat eher zugenommen (http://www.esa.int/esaEO/SEMILF638FE_planet_1.html#subhead3).


Veränderung der Dicke des Festlandeises in Grönland in cm/Jahr
(Quelle: ESA)
Das erscheint zunächst verwunderlich, aber es gibt eine einfache Erklärung: Durch die globale Erwärmung verdunstet mehr Wasser. Das Innere Grönlands, wo die Temperaturen in den dort vorherrschenden Höhenlagen von über 1500 m stets unter Null bleiben, wirkt als Kältefalle. Es kommt dort durch den erhöhten Wasserdampfgehalt der Luft zu vermehrtem Schneefall, und das Inlandeis nimmt zu.

In Höhenlagen von über 1500 m nimmt die Dicke des Eisschildes zu,in tiefer
gelegenen Regionen Lagen geht das Eis deutlich zurück (Quelle: ESA)
Bei einer sehr starken globalen Erwärmung könnten die Regionen im Inneren Grönlands, die wie beschrieben als Kältefallen wirken aber deutlich schrumpfen. Dann würde aber auch das Inlandeis abschmelzen und der Meeresspiegel dürfte zwangsläufig ansteigen. Und noch etwas käme hinzu: Schmelzwasser auf den Gletschern kann durch die Eisschicht hindurchsickern und tiefe spiralförmige Löcher hervorrufen, durch die weiteres Wasser und auch Gesteinstrümmer leicht eindringen können. Die Gesteinstrümmer geraten dabei in kreisförmige Bewegung und sorgen so für eine deutliche Erweiterung der Löcher, wobei sie selbst rund geschliffen werden. Da die Steine ähnlich wie das Mahlwerk einer Mühle das Gletschereis zermahlen, spricht man auch von einer Gletschermühle. Durch die stark erweiterten Löcher können nun noch viel größere Mengen an Schmelzwasser vordringen und bis an die Unterseite der Gletscher gelangen, wo sie wie ein Schmiermittel wirken. Die Fließgeschwindigkeit der Gletscher erhöht sich dadurch drastisch. Immer größere Teile der Gletscher würden in diesem Fall dann immer schneller ins Meer rutschen. Sind Flutkatastrophen durch einen stark ansteigenden Meeresspiegel, hervorgerufen durch das abschmelzende Grönlandeis, also unvermeidlich die Folge der globalen Erwärmung? Nicht unbedingt, denn es könnte auch gegenläufige Effekte geben, die das Schlimmste verhindern. Dafür gibt es meines Erachtens deutliche Möglichkeiten:
Zum besseren Verständnis vorab einige Erläuterungen:
Der Äquator der Erde bekommt über das Jahr gesehen die meiste Sonnenstrahlen ab, am wenigsten erreichen sie dagegen Nord- und Südpol. Der dadurch hervorgerufene Temperaturgegensatz ist der Antrieb der globalen Luftzirkulation und damit letztendlich der Antrieb des gesamten Wettergeschehens.


Infrarotaufnahme der Erde
Gut zu erkennen die ITCZ mit Quellwolkenbildung und dynamische Tiefdruckgebiete,
besonders schön auf der Nordhalbkugel (Quelle: Meteosat, 11.06.2007, 06:00 Uhr)
Am Äquator steigt die erhitzte Luft auf, es bildet sich am Boden eine Tiefdruckzone (Innertropische Konvergenzzone, ITCZ), dem dann in der Höhe am oberen Rand der Troposphäre, 18 km hoch, ein Höhenhoch entspricht. Die Troposphäre ist die unterste Schicht der Erdatmosphäre in der sich das Wetter im Wesentlichen abspielt. Die Troposphäre ist über dem Äquator wegen der intensiven Sonneneinstrahlung nach oben hin besonders ausgedehnt. Da die aufsteigende Luft über der Äquatorregion sehr viel Wasserdampf enthält, entsteht hier eine ausgeprägte Quellbewölkung mit ergiebigen Niederschlägen und häufigen Gewittern. Die bei der Wolkenbildung freiwerdende Kondensationswärme treibt wiederum die Wolkenbildung an. Es herrscht hier also das typisch tropische Klima.
Wichtig noch zu wissen: Die Luft kann nur innerhalb der Troposphäre aufsteigen, weil hier die Lufttemperatur von unten nach oben abnimmt. In der nächsthöheren Schicht, der Stratosphäre, steigt die Lufttemperatur mit zunehmender Höhe aber wieder an. Das liegt an dem dort vorhandenen Ozon, welches die gefährlichen Anteile der von der Sonne kommenden Ultraviolettstrahlung absorbiert und sich dabei erwärmt. Luft, die in der Troposphäre vielleicht noch gerade wärmer war, als die Umgebungsluft und deshalb weiter aufsteigen konnte, trifft in der Stratosphäre auf deutlich wärmere Luftschichten und verliert ihren Auftrieb. Deshalb flachen die Wolkentürme über der Äquatorregion plötzlich ab, die Wolkenbildung setzt sich nur noch seitwärts fort und so kommt es zu der typischen Ambossform der großen Gewitterwolken. Die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ) bleibt nicht ortsfest am Äquator, sondern wandert in Abhängigkeit vom Sonnenstand und damit von den Jahreszeiten abwechselnd in Richtung einer der beiden Pole. Im Sommer auf der Nordhalbkugel liegt sie etwas nördlich des Äquators, um dann im Herbst auf die Südhalbkugel überzuwechseln. Im Winter liegt sie etwas südlich vom Äquator; auf der Südhalbkugel ist dann Sommer. Die Wanderung der ITCZ verursacht die stetige Abfolge von Regenzeiten im Sommer (Monsun) und Trockenzeiten im Winter in die Regionen um den Äquator herum.
An den Polen bilden sich am Boden flache, linsenförmige Kältehochs, die polaren Hochdruckgebiete, denen in der oberen Stratosphäre Höhentiefs entsprechen. Über den Polen reicht die Troposphäre wegen der hier recht geringen Sonneneinstrahlung nur ganze 7 km hoch. In der oberen Troposphäre besteht also ein großer Luftdruckgegensatz zwischen dem Höhenhoch über der Äquatorregion und den Höhentiefs über den Polen.

Deshalb strömt Luft als Höhenströmung mit hoher Geschwindigkeit polwärts und wird dabei durch die Erdrotation in Drehrichtung abgelenkt (Corioliskraft) und schafft deshalb nur einen Teil der Strecke bis zu den Polen. Es bildet sich schließlich in mittleren Breitengraden, in der oberen Troposphäre eine ausgeprägte Westwindzone (Jetstream), die sich bis zum Boden hin durchsetzt.
Aus den polaren Hochdruckgebieten strömt Kaltluft in Richtung Äquator, wird durch die Corioliskraft zu einem Ostwind abgelenkt und trifft dann in der sogenannten Frontalzone (Polarfront) auf die Warmluft in der Westwindzone. Warm- und Kaltluft strömen somit als West- und Ostwind in entgegengesetzten Richtungen aneinander vorbei.
Die Westwindzone umspannt mehr oder weniger die ganze Erdkugel. Bei großen Temperatur- und damit Luftdruckgegensätzen zwischen Warm- und Kaltluft beginnt sie zu schwingen und wird wellenförmig. Dadurch wird der Höhenwind der Westwindzone abwechselnd beschleunigt und dann wieder abgebremst.Wird ein Teilabschnitt der Höhenströmung beschleunigt, so kann die nachfolgende, langsamere Luft nicht mithalten und es entsteht in der Höhe ein Unterdruck. Durch diese Störung der Höhenströmung wird Luft nach oben gesaugt. Wird hingegen ein Teilabschnitt der Höhenströmung abgebremst, so kommt es zu einem Luftstau und damit einem Überdruck, weil die nachfolgende Luft relativ zu schnell wird. Die überschüssige Luft weicht nach unten aus.

An ihren Rändern bilden sich dann Luftwirbel, die bedingt durch die Erdrotation polwärts oder in Richtung Äquator ausscheren, ebenso wie etwa in einem Fluss beim Zusammentreffen von Strömungen, die sich in Richtung und Stärke unterscheiden immer wieder Wirbel entstehen können.
Der Luftdruck fällt, wenn aus den Wirbeln in der Höhe Luft herausgesaugt wird. So können sich dynamische Tiefdruckgebiete bilden, die polwärts ausscheren, wie beispielsweise das Islandtief. Da die Luft sich um diese Tiefdruckgebiete -wegen der Erddrehung auf der Nordhalbkugel im Gegenuhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel- im Uhrzeigersinn bewegt verstärken diese jeweils die Westwindzonen und fördern somit ihrerseits die Entstehung neuer Tiefdruckgebiete. Die dynamischen Tiefdruckgebiete werden meistens in der Westwindzone davongetragen und sorgen für eine Durchmischung von Warm- und Kaltluft und vollenden so den durch die Luftzirkulation möglichen Temperaturausgleich zwischen Äquator und den Polen.
An der Äquatorseite der Westwindzone bauen sich dagegen dynamische Hochdruckgebiete auf, das sind die Subtropenhochs, wie etwa das Azorenhoch. Die in Richtung Äquator ausscherenden Wirbel bekmmen aus der Höhe Luft , so daß am Boden der Luftdruck steigt. Im Bereich dieser Subtropenhochdruckgebiete ist die Luft heiß und trocken und Wolken können sich nur selten bilden. Häufig sind in diesen Regionen Wüstengebiete zu finden.


Die globale Luftzirkulation der Erde
(Sommer auf der Nordhalbkugel)
ITCZ=Innertropische Konvergenzzone, H=Hoch,T=Tief,WWZ=Westwindzone, E=Äquator
(Bild kann durch Anklicken vergrössert werden.)

Der Druckausgleich zwischen den polaren Kältehochs und den Tiefdruckgebieten der Westwindzone erfolgt auf der Nordhalbhkugel als Nordostwind, auf der Südhalbkugel als Südostwind.

Der Druckausgleich zwischen den Subtropenhochdruckgebieten und der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) erfolgt auf der Nordhalbkugel als Nordostpassat, auf der Südhalbkugel als Südostpassat.

Nun zu den gegenläufigen Effekten, die möglicherweise eine übermäßige Erwärmung Grönlands und damit einen verhängnisvollen Anstieg des Meeresspiegels verhindern könnten:

Die Stärke der Westwindzone ist von dem Temperaturgegensatz zwischen tropischer Warmluft und polarer Kaltluft abhängig. Durch die globale Erwärmung sind die Temperaturen in der Nordpolregion ganz besonders angestiegen:

Durchschnittliche Temperaturänderungen im Zeitraum Januar-August 2005
verglichen mit dem Durchschnitte Januar-August 1965-2004

Dadurch wird der Temperaturgegensatz zwischen Warm- und Kaltluft geringer und somit auch die Westwindzone schwächer. Das würde aber nichts anderes bedeuten als ein tendenziell negativer Index der Nordatlantischen Oszillation (NAO -). Bei abnehmender Intensität und Häufigkeit von dynamischen Sturmtiefs würde deshalb weniger von der relativ milden feuchten Meeresluft, die sonst für milde aber auch verregnete Winter sorgt, nach Mitteleuropa gelangen. Kältehochs, beispielsweise aus dem Norden und Osten, beispielsweise aus Rußland, hätten dann meist die Oberhand, und es würde bitterkalt.


Die Nordatlantische Oszillation (NAO), links NAO+ rechts NAO-
In positiven NAO Wintern ist es sehr stürmisch über dem Nordatlantik. Die Stürme bringen warme Luft, die reich an Wasserdampf ist, nach Nordeuropa. Sie sorgen für einen warmen und feuchten Winter. Weiter südlich bringen die Winde trockene, kalte Luft in den Mittelmeerraum. Dort wird der Winter sonniger, aber kühl.
In negativen NAO Wintern ist es weit weniger stürmisch über dem Atlantik. Ereignen sich Stürme, so bringen sie dem Mittelmeerraum feucht-warme Luft. Der geringe Druckunterschied erlaubt es nördlicher Luft, nach Nordeuropa einzudringen. Die Winter sind dort trocken und sonnig, aber sehr kalt. (Quelle: http://www.atmosphere.mpg.de/enid/1__Ozeane_und_Klima/-_Nordatlantische_Oszillation_2ru.html)

Die kälteren Winter in Mitteleuropa würden auch die Erwärmung in der Nordpolregion (Arktis) zumindestens bremsen, wahrscheinlich sogar beenden. Die Eisbildung nähme wieder zu, da vor allem die zur Zeit häufigen milden Winter in Mitteleuropa für die Eisschmelze am Nordpol verantwortlich sind. Der dadurch insgesamt kältere Nordpol würde vieleich durch häufigere Kältehochs auch für eine Abkühlung Grönlands sorgen und dadurch dessen Eisschild vor dem Abschmelzen bewahren.

Für diesen von mir vermuteten Effekt habe ich sogar ein echtes Indiz gefunden:



Ein positiver NAO-Index geht mit einer Verringerung des Eisschildes von
Grönland einher und umgekehrt scheint ein negativer NAO-Index die Eisbildung
in Grönland zu unterstützen!

Ein weiterer Effekt könnte auch noch mithelfen:
Der Golfstrom wird wie alle Meeresströmungen, die neben den Luftströmungen einen Temperaturausgleich zwischen Äquator und Polen herbeiführen, hauptsächlich durch Winde angetrieben. Das nach Norden strömende Wasser gibt seine Wärme allmählich ab und wird durch Verdunstung immer salzhaltiger. Es bekommt so eine höhere Dichte und beginnt vor Grönland, Island und Norwegen abzusinken. Als kaltes Tiefenwasser gelangt der Meeresstrom dann wieder in den Süden.


Die globalen Meeresströmungen (Grafik wird durch Anklicken vergrößert)

Durch zunehmenden Eintrag von Süßwasser durch infolge der Erwärmung schmelzendes Eis im Norden würde der Salzgehalt des Golfstroms dort absinken und der Golfstrom könnte sich abschwächen. Da nun nicht mehr soviel warmes Wasser herangeführt werden könnte, müsste es eigentlich wieder kälter werden, so auch in Grönland.
Beide angesprochenen Effekte könnten im Zusammenspiel stärker wirken. Der für die Küstenregionen der Welt befürchtete katastrophale Meeresspiegelanstieg würde dann vielleicht aus prinzipiellen Gründen ausbleiben, zumindestens solange wie die Anordnung der Kontinente unverändert bliebe.

Jens Christian Heuer


Literatur:

Früher Frühling in Grönland – wird das Land wieder grün?, Jens Christian Heuer
(siehe unten auf diesem Blog)

International Panel on Climate Change
Abrupte Klimawechsel, Stefan Rahmstorf
ESA

Kommentare:

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