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Kipppunkte und kaskadische Kippdynamiken im Klimasystem

Diese Publikation verdeutlicht die dramatischen Auswirkungen des fortschreitenden Klimawandels auf einzelne Komponenten des Erdsystems. Im Fokus stehen Kippelemente – sensible Bereiche, die bei Überschreitung kritischer Schwellen irreversible Veränderungen auslösen können. Von entscheidender Bedeutung sind der Grönländische und Westantarktische Eisschild, der Amazonas-Regenwald, die Ozeanische Zirkulation im Nordatlantik und Korallenriffe. Die Analyse betont, dass Selbstverstärkungsmechanismen zwischen diesen Elementen zu raschen, nicht umkehrbaren Veränderungen führen können. Politisches Handeln ist dringend geboten, da bisherige Klimaschutzmaßnahmen das Überschreiten dieser kritischen Punkte nicht ausreichend verhindern. Der Text unterstreicht die sicherheitspolitischen Implikationen und plädiert für eine internationale Zusammenarbeit, um diese Risiken auf globaler Ebene zu adressieren und zu bewältigen. Veröffentlicht in Climate Change | 08/2024.

Deutscher Umweltpreis 2015

Mit der Verleihung ihres Deutschen Umweltpreises appelliert die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) „an die internationale Staatengemeinschaft, bei den 2015 noch anstehenden Konferenzen in New York und Paris die Weichen in Richtung Zukunftssicherung der Menschheit auf einem stabilen Planeten zu stellen“, wie ihr Generalsekretär Dr. Heinrich Bottermann am 22. September 2015 betonte. Am 8. November 2015 werden der Klima- und Meeresforscher Prof. Dr. Mojib Latif und der global agierende Nachhaltigkeitswissenschaftler Prof. Dr. Johan Rockström den größten und unabhängigen Umweltpreis Europas in Empfang nehmen. Latif ist Leiter des Forschungsbereiches Ozeanzirkulation und Klimadynamik im GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Er ist unter anderem Mitglied der Akademie der Wissenschaften in Hamburg, der Deutschen Gesellschaft Club of Rome und Vorsitzender des Deutschen Klima-Konsortiums. 2001 und 2007 war er Mitautor der Berichte des Weltklimarates IPCC. Seit 2003 ist er Professor an der Universität Kiel. Rockström ist seit 2007 Direktor des Stockholm Resilience Centre. Unter Resilienz versteht man im Kern das Vermögen, sich in Krisensituationen trotz Störungen verändernden Bedingungen anzupassen und weiter zu entwickeln. Ein wichtiges Feld in der aktuellen Resilienzforschung, in dem sich Rockström besonders hervorgetan hat, ist der Versuch, die Risiken zu verstehen, die durch das Überschreiten kritischer Grenzen auf planetarer Ebene entstehen, um die menschliche Weiterentwicklung nicht zu gefährden. Mit dem Ehrenpreis zeichnet die DBU 2015 Prof. em. Dr. Michael Succow aus. Er gilt national wie international als Ausnahmepersönlichkeit im Naturschutz, sein Engagement für große Wildnisge­biete in Deutschland als einmalig. Innerhalb kürzester Zeit war es ihm zum Zeitpunkt der deutschen Wiedervereinigung gelungen, mit dem Nationalparkpro­gramm für den Osten Deutschlands auf einen Schlag 12,1 Prozent der Landesfläche der ehemaligen DDR mit einem einstweiligen und 5,5 Prozent mit einem endgültigen Schutzstatus als Natio­nalpark, Biosphä­renre­servat und Naturpark zu sichern.

Von El Nino zu Super - El Nino: Wie wird das Wetter beeinflusst?

Das Projekt "Von El Nino zu Super - El Nino: Wie wird das Wetter beeinflusst?" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Forschungsbereich 1: Ozeanzirkulation und Klimadynamik, Forschungseinheit Maritime Meteorologie durchgeführt. El Niño ist die warme Phase der El Niño/Southern Oscillation (ENSO), und beschreibt die dominante Variabilität der Tropen auf Zeitskalen von Monaten bis Jahren. Obwohl ENSO im tropischen Pazifik geschieht, werden starke regionale und globale Einflüsse auf das Klima, auf die Ökosysteme der Meere und auf dem Land, und damit auch auf die Wirtschaft einzelner Länder beobachtet. Klimamodelle sagen vorher, dass El Niño sich unter dem Einfluss der globalen Erwärmung verstärken könnte, und dass sich sogenannte Super El Niños entwickeln könnten, d.h. El Niño Ereignisse, welche stärker und langlebiger sind als die stärksten im 20. und 21. Jahrhundert beobachteten Ereignisse. Es ist allerdings noch unklar, ob sich zum Beispiel die sogenannten Teleconnections, also Fernwirkungen von El Niño, linear mit der Stärke des Ereignisses im tropischen Pazifik entwickeln werden. Es ist zudem noch unzureichend erforscht, ob sich die Teleconnections selbst verändern werden. Es gibt aber Hinweise, dass sich die Teleconnections von El Niño nichtlinear verhalten, und dass daher ein Super El Niño völlig andere globale Auswirkungen haben könnte als ein historischer El Niño. Durch die Vorhersage der Klimamodelle, dass sich solche Super El Niño - Ereignisse in Zukunft häufen könnten, ist ein besseres Verständnis möglicher Nichtlinearitäten von Teleconnections nötig. Dieses Forschungsvorhagen untersucht die Nichtlinearität in der Stärke und im Charakter von El Niño Teleconnections für eine Erde in einem wärmeren Klima. Im Speziellen wird die Fernwirkung von El Niño auf die Troposphäre und Stratospähre der mittleren Breiten in der Nord- und Südhalbkugel untersucht.

WP 1.3 Der Aufbau von Eisschilden - Simulationen mit CESM

Das Projekt "WP 1.3 Der Aufbau von Eisschilden - Simulationen mit CESM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für marine Umweltwissenschaften durchgeführt. Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist die Simulation und das Verständnis der langfristigen Klimaänderungen, die zum Aufbau der Eisschilde nach dem Ende des letzten Interglazials geführt haben. Durch die Berücksichtigung von sich verändernden Eisschilden im Modellsystem können dabei explizit die Wechselwirkungen zwischen Eisschilden und anderen Komponenten des Klimasystems untersucht werden. Geplant sind gekoppelte transiente Eisschild-Klimasimulationen vom Marinen Isotopenstadium (MIS) 5 bis ins frühe MIS 3 (125-45 ka, tausend Jahre vor heute). In diesem langen Zeitintervall kommt es zu wiederholtem Eisschildaufbau und -abbau. Die physikalischen Prozesse, die die zeitliche und räumliche Entwicklung der Eisschilde bestimmt haben, werden anhand des gekoppelten Modellsystems im Detail studiert. Ein Augenmerk liegt dabei auf dem Zeitpunkt der Schließung arktischer Ozeanpassagen und ihre Auswirkungen auf die Ozeanzirkulation, die Meeresoberflächentemperaturen, das Klima und die Cryosphäre. Außerdem werden die Rollen der Landoberfläche (z.B. Vegetationsänderungen) und von Eisschild-Atmosphäre-Rückkopplungen (z.B. durch stationäre atmosphärische Wellen) untersucht. Die Strategie von WG1 sieht vor, dass AWI, MPI-M und MARUM diese Experimente koordiniert durchführen und im Rahmen eines Modellvergleiches auswerten, um die Robustheit der Ergebnisse einordnen zu können. Die Simulationen werden ferner in Zusammenarbeit mit CC2 und CC3 mit Proxydaten verglichen und ausgewertet. Das Projekt 1 in WP1.3 am MARUM ist für die Durchführung und Analyse der Simulationen mit dem gekoppelten CESM Modellsystem verantwortlich.

WP1.3 Der Aufbau von Eisschilden - Simulation und Untersuchung des Beginns der letzten Eiszeit mit MPI-ESM

Das Projekt "WP1.3 Der Aufbau von Eisschilden - Simulation und Untersuchung des Beginns der letzten Eiszeit mit MPI-ESM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Meteorologie durchgeführt. Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist die Simulation und das Verständnis der langfristigen Klimaänderungen, die zum Aufbau der Eisschilde nach dem Ende des letzten Interglazials geführt haben. Durch die Berücksichtigung von sich verändernden Eisschilden im Modellsystem können dabei explizit die Wechselwirkungen zwischen Eisschilden und anderen Komponenten des Klimasystems untersucht werden. Geplant sind gekoppelte transiente Eisschild-Klimasimulationen vom Marinen Isotopenstadium (MIS) 5 bis ins frühe MIS 3 (125-45 ka, tausend Jahre vor heute). In diesem langen Zeitintervall kommt es zu wiederholtem Eisschildaufbau und -abbau. Die physikalischen Prozesse, die die zeitliche und räumliche Entwicklung der Eisschilde bestimmt haben, werden anhand des gekoppelten Modellsystems im Detail studiert. Ein Augenmerk liegt dabei auf dem Zeitpunkt der Schließung arktischer Ozeanpassagen und ihre Auswirkungen auf die Ozeanzirkulation, die Meeresoberflächentemperaturen, das Klima und die Kryosphäre. Außerdem wird die Rolle der Landoberfläche (z.B. Vegetationsänderungen) und von Eisschild-Atmosphäre-Rückkopplungen (z.B. durch stationäre atmosphärische Wellen) untersucht. Die Strategie von WG1 sieht vor, dass AWI, MPI-M und MARUM diese Experimente koordiniert durchführen und im Rahmen eines Modellvergleiches auswerten, um die Robustheit der Ergebnisse einordnen zu können. Die Simulationen werden ferner in Zusammenarbeit mit CC2 und CC3 mit Proxydaten verglichen und ausgewertet. Das Projekt am MPI-M ist für die Durchführung und Analyse der Simulationen mit dem gekoppelten MPI-M Modellsystem verantwortlich.

Die Bildung von Methan in marinen Algen

Das Projekt "Die Bildung von Methan in marinen Algen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Methan (CH4), das zweitwichtigste anthropogene Treibhausgas nach CO2, ist die häufigste reduzierte organische Verbindung in der Atmosphäre und spielt eine zentrale Rolle in der Atmosphärenchemie. Das globale atmosphärische Methanbudget wird von vielen natürlichen und anthropogenen terrestrischen und aquatischen Quellen bestimmt. Bis vor kurzem wurden alle biologischen Methanquellen der Tätigkeit von Mikroben zugeschrieben, die unter Sauerstoffausschluss (anaerob) beim Abbau von organischem Material CH4 produzieren wie z.B. in Feuchtgebieten, im Verdauungstrakt von Termiten und bei Wiederkäuern, und beim Abbau menschlicher und landwirtschaftliche Abfälle. Allerdings zeigen neuere Studien, dass die terrestrische Vegetation, Pilze und Säugetiere auch CH4 produzieren, und das ohne die Hilfe von Mikroben (Archaeen) und unter aeroben Bedingungen. Die Ozeane werden als Quellen von atmosphärischen CH4 betrachtet, obwohl der Betrag der Gesamtnettoemissionen sehr unsicher ist und die Quellen bisher nur unzureichend beschrieben sind. Um die Quelle des CH4 in den sauerstoffreichen oberen Wasserschichten zu erklären, wurde bisher meist vorgeschlagen, dass die CH4-Bildung in anoxischen Mikroumgebungen abläuft. In der Vergangenheit wurden aber auch schon andere Quellen genannt, wie die direkte in-situ-Bildung von CH4 in Algen. Allerdings steht ein direkter Nachweis einer CH4-Bildung aus Algen in Laborexperimenten mit axenischen Algenkulturen bisher noch aus, weshalb die direkte CH4-Bildung in Algen bisher nicht als ernsthafte Erklärung für die erhöhten Methankonzentrationen in den oberen Wasserschichten herangezogen wurde. Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens ist der Nachweis (proof of principle) und die Quantifizierung der CH4-Bildung durch verschiedene Arten von Meeresalgen wie Kalkalgen (z.B. Emiliania huxleyi). Potentielle Vorläufersubstanzen, wie z. B. Methyl Sulfide und Methyl Sulfoxide, die im Metabolismus der Algen eine wichtige Rolle spielen, sollen mittels stabiler Isotopen-Techniken identifiziert werden. Verschiedene Umweltfaktoren wie z.B. Temperatur, Sauerstoffgehalt und Nährstoffverfügbarkeit werden im Hinblick auf ihren Einfluss auf die Methanbildung in marinen Algen untersucht. Zusätzlich werden verschiedene mikrobiologische Tests durchgeführt um die Beteiligung von Archaeen an der CH4-Bildung zu ermitteln (ein- oder auszuschließen). Ein interdisziplinärer biogeochemischer Ansatz (u.a. Kooperation mit mehreren Forschungsinstitutionen) ist erforderlich um die Ziele des Projekts zu realisieren. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen unser Verständnis bezüglich des biogeochemischen Kreislaufs von CH4 in den Meeren zu verbessern und einen besseren Ansatz zur Lösung des so genannten 'ozeanisches Methan Paradox' zu liefern.

Constraining future Antarctic ice loss with the coupled ice-ocean model PISM-FESOM

Das Projekt "Constraining future Antarctic ice loss with the coupled ice-ocean model PISM-FESOM" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. Sea-level rise constitutes one of the major impacts of anthropogenic climate change. Mean sea-level has been rising with a rate of about 3 mm/yr since the beginning of the 1990s, dominated by ocean warming and the loss of mountain glaciers. The largest future contribution is however expected from mass loss of the large ice sheets on Greenland and Antarctica. The dynamic response of the Antarctic ice sheet to a warming climate is not well understood and therefore poses the largest uncertainty in future sea-level projections. In 2013 the IPCC acknowledged that a dependency of ice loss on future warming cannot be inferred due to a lack of understanding of the relevant processes and assessed a likely contribution of less than 20cm in the 21st century. New modeling results now indicate a risk of more than one meter sea level contribution from Antarctica under strong warming within the 21st century. Such contribution would dominate over other processes like thermal expansion, glacier melt and Greenland ice loss. The new projections leave sea-level impact scientists and coastal planners in a limbo as such upward-corrected projections would require massive changes in adaptation planning. Though the new projections are supported by the sensitivity of several meters per degree of warming inferred from records of past sea levels, the timescale of the contribution is difficult to infer from these records. Reconstructed sea-level histories suggest that fast changes occurred in the past in terms of 'melt-water pulses' with several meters of sea-level rise within a few hundred years. High rates of ice loss from Antarctica need to be sustained by an ocean circulation that is capable of providing the heat to melt the ice or transport icebergs towards warmer waters where they melt. Without thorough constraints on the ocean heat flux through energy conservation in the ice-ocean system, very high rates of ice loss remain therefore debatable. Only a coupled ice-ocean model will make it possible to provide such constraints and therewith reduce the uncertainty in future Antarctic ice loss. While the understanding of ocean and ice-sheet physics individually has matured, their interplay at the ice-ocean interface is still insufficiently understood. We therefore here propose to develop such a coupled model from well-established stand-alone models for the ice sheet and for the ocean.

Teilprojekt des MPI für Biogeochemie

Das Projekt "Teilprojekt des MPI für Biogeochemie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Institut für Biogeochemie durchgeführt. SOPRAN (Surface Ocean Processes in the Anthropocence: www.sopran.pangaea.de) ist ein deutscher Beitrag zu SOLAS (Surface Ocean - Lower Atmosphere Study: www.solas-int.org). Die 1. Phase von SOPRAN wurde vom BMBF vom 1. Februar 2007 bis 31. Januar 2010 gefördert. Dabei waren 9 Teilprojektleiter von lFM-GEOMAR in 7 Teilprojekten (TP) involviert. Die TP waren Teil der 4 übergreifenden SOPRAN-Themen: (i) Die Antwort des Ozeans auf den Eintrag von Staub, (ii) Der Effekt von hohen CO2 auf marine Ökosysteme und Spurengasemissionen, (iii) Produktion und Emissionen von strahlungsaktiven und chemisch reaktiven Gasen im tropischen Atlantik, (iv) Phasenübergänge an der Ozeanoberfläche. In SOPRAN I wurden beträchtliche Anstrengungen zum Aufbau und Nutzung von gemeinsamen Infrastrukturen für Ozean/Atmosphäre-Studien, unternommen. Z.B. wurden erstmals freitreibende Mesokosmen (KieI-KOSMOS) entwickelt und eingesetzt. Darüber hinaus wurde die Infrastruktur des Kapverden Observatoriums weiterentwickelt und zwei Schiffskampagnen in den tropischen Nordostatlantik durchgeführt. SOPRAN hat auch die BIOCAT (Biogeochemical Interactions between the Ocean and the Atmosphere) Summer School (Kiel, September 2008) initiiert und durchgeführt. Erste Ergebnisse aus den verschiedenen SOPRAN TP wurden bei den SOPRAN Jahrestreffen in Kiel (2009) und Warnemünde (2008) präsentiert. Die Posterzusammenfassungen und ein ausführlicher SOPRAN Zwischenbericht können über den Link 'Meetings/Events' auf der SOPRAN Webseite runtergeladen werden.

Kreislauf der Schwermetalle und ihr Verbleib im Meer

Das Projekt "Kreislauf der Schwermetalle und ihr Verbleib im Meer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Hydrographisches Institut durchgeführt. Der Kreislauf toxischer Spurenelemente (ohne die biologische Komponente) soll im brackischen und marinen Milieu untersucht werden. Die quantitativen Zusammenhaenge insgesamt und die der einzelnen Kreislaufphasen sollen erforscht werden, um die von den Fluessen in die See eingebrachten Mengen an Spurenelementen besser abschaetzen zu koennen und um ihre Wege im marinen Bereich zu verfolgen. Um Aussagen zum endgueltigen Verbleib machen zu koennen, muessen Untersuchungen ueber das Wasser- und Sedimentationsverhalten der Schadstoffe in der Nordsee angestellt werden. Die erhofften Ergebnisse sollen eine Abschaetzung der Belastung und Belastbarkeit der Nordsee mit Schwermetallen ermoeglichen und zu einer brauchbaren Ueberwachungsmethodik fuehren.

Exzellenzcluster 80 (EXC): Ozean der Zukunft

Das Projekt "Exzellenzcluster 80 (EXC): Ozean der Zukunft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V. durchgeführt. 95% of the incoming solar radiation at the sea surface is absorbed by the ocean body. This process is an integral part of the oceanic heat budget, drives most of the global biological production and, thus, almost all major nutrient and carbon cycles in the ocean. This emphasizes the need of a proper understanding of the transport of solar radiation into the ocean. While previous research has been devoted to the mean energy input by solar radiation into the ocean, effects of the temporal and spatial fluctuations of the incoming solar radiation including its distribution with depth are poorly known, although certainly of large importance. Such fluctuations are caused by variations in the atmospheric transmission, sea surface roughness and spray, turbulent fluctuations in density, plankton, gelbstoff and other biological parameter. Since both the radiative transfer and the physical, biological and chemical response in the upper ocean are non-linear processes, temporal and spatial variability in the radiation yields a systematically different mean response compared to more homogeneous forcing. An existing Monte-Carlo radiative transfer code will be modified to simulate variability in light penetration through observed and simulated physical and biological states of the upper ocean. The results will be applied to ocean circulation models and to models of biological and chemical tracer cycles. Furthermore, the effect of radiation variability on algal physiology, i.e. photosynthetic performance and physiological acclimation, will be explored.

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