Treibhauseffekt und Emissionsszenarien Wie wirken sich Änderungen der Zusammensetzung unserer Atmosphäre auf das Klimageschehen aus?

Reine, trockene Luft besteht aus Stickstoff (78% der Luftmoleküle), Sauerstoff (21%), Argon (1%) und einigen anderen Gasen. Da letztere insgesamt nur weniger als 1% der Moleküle ausmachen, spricht man von Spurengasen. Dazu gehören auch alle Treibhausgase. Der Anteil von Wasserdampf (auch Luftfeuchte genannt) beträgt ca. 0,03% und ist zeitlich nicht konstant.

In Abhängigkeit von den Temperaturverhältnissen wird die Erdatmosphäre in verschiedene Schichten eingeteilt. Die Troposphäre reicht vom Erdboden bis 8 km Höhe an den Polen und bis 18 km Höhe am Äquator. Oberhalb der Tropopause liegt die Stratosphäre. Sie reicht bis etwa 50 km Höhe und ist durch einen besonders hohen Ozonanteil gekennzeichnet. Über der Stratopause liegt die Mesosphäre. Sie erstreckt sich von 50 km bis 85 km Höhe. In der Mesosphäre nimmt die Temperatur bis auf -100 °C ab. Die Thermosphäre reicht von 85 bis 500 km Höhe. Allerdings sind in dieser Schicht so wenig Teilchen vorhanden, dass keine Temperaturmessung mehr möglich ist, sondern nur die Messung von Strahlungsenergien. Oberhalb der Thermosphäre liegt die Exosphäre. Sie ist die äußerste Schicht der Erdatmosphäre und geht fließend ins Weltall über. Der Druck ist hier so gering, dass man schon von Vakuum sprechen kann.
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Aerosole sind von zentraler Bedeutung für Chemie und Physik der Atmosphäre sowie für Biosphäre, Klima und Gesundheit. Die luftgetragenen festen und flüssigen Partikel mit Größen im Nanometer‐ und Mikrometerbereich beeinflussen die Energiebilanz der Erde, den Wasserkreislauf und die atmosphärische Zirkulation, aber auch das Vorkommen von Treibhausgasen und reaktiven Spurengasen.
Aerosole können als Wolkenkondensationskerne agieren und so die Eigenschaften von Wolken und ihre Strahlungswirksamkeit beeinflussen. Dieser Anteil am Klimawandel ist bislang noch nicht ausreichend verstanden. Eine wichtige Rolle spielen hier auch die Emissionen durch die Schifffahrt.

Dieses Video von Professor Bjorn Stevens vom Max-Planck-Institut für Meteorologie beschäftigt sich mit Wolken und ihrer Bedeutung für das Klima. Bisher wurde angenommen, dass Bewölkungsmuster durch großskalige Wettersysteme kontrolliert werden. Stevens und seine Ko-Autoren zeigen jedoch, dass kleine und mittlere Skalen ein bisher vernachlässigtes Puzzleteil sind, das wichtige Erkenntnisse darüber liefert, wie sich die Bewölkung der Erde in Zukunft entwickeln könnte.  Video ansehen

Der Film zeigt die Ausdehnung von Ackerland vom Jahr 800 n.Chr. bis 2100. Dargestellt ist der Anteil einer Gitterzelle, der mit Ackerland bedeckt ist. Die Daten wurden am Max-Planck-Institut für Meteorologie rekonstruiert, wobei Informationen zu landwirtschaftlichen Flächen der letzten drei Jahrhunderte mit Bevölkerungsdaten des letzten Jahrtausends kombiniert wurden (Quelle: Pongratz, J., C. Reick, T. Raddatz, and M. Claussen (2008)  Animation ansehen

Aerosole lassen sich als Gemische flüssiger oder fester Partikel mit Gasen beschreiben. Troposphärische Aerosole haben einen signifikanten Einfluss auf den Wasserkreislauf und das Klima, aber auch auf die menschliche Gesundheit. Daher ist es besonders wichtig, die atmosphärische Aerosolverteilung heute sowie mögliche zukünftige Änderungen zu verstehen. Ein wichtiges Merkmal von Aerosolen ist deren Optische Dicke AOT (Aerosol Optical Thickness) - ein Maß für die Trübung der Luft je nach Menge und Typ der Aerosole in der Atmosphäre.
In der Visualisierung ist die optische Dicke (AOT) von fünf verschiedenen Aerosolen im Jahresverlauf auf Basis von Simulationen mit dem Atmosphärenchemie-Modell EMAC dargestellt. Sowohl natürliche Aerosoloe wie Meersalz und Staub als auch hauptsächlich von menschlichen Aktivitäten produzierte Aerosole (wie Nitrat und Sulfat) werden simuliert.
Die Animation zeigt die simulierte AOT für das Jahr 2010 auf Basis heutiger Emissionen und für das Jahr 2050 auf Basis eines Emissions-Änderungs-Szenarios. Dieses Szenario geht davon aus, dass Bevölkerungszuwachs und wirtschaftliches Wachstum weitgehend die Energie- und Nahrungsmittelproduktion auf Basis heutiger Technologien bestimmen und entsprechende Emissionen verursachen ("Business as ususal"). Das Szenario wurde gewählt um zu verdeutlichen, welche Auswirkungen eine inkonsequente Klimapolitik bzw. die daraus resultierende fehlende Begrenzung des künftigen Klimawandels und zusätzliche Luftverschmutzung hätte. Es ist also ein pessimistisches, aber plausibles Zukunftsszenario.
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