• Kipppunkte im Klimasystem

    Viele Menschen gehen davon aus, dass in einem komplexen System wie dem Klima kontinuierliche Änderungen der Rahmenbedingungen auch eine allmähliche Reaktion des Systems hervorrufen. Als Beispiel stelle man sich eine Taschenlampe vor, die durch einen Dynamo angetrieben wird: Je stärker man kurbelt, desto heller strahlt die Lampe. Auch in der Wissenschaft werden komplizierte Systeme oft vereinfacht, indem in einem bestimmten Gültigkeitsbereich ein konstanter Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung angenommen wird.

    Weil das Klimasystem aber nichtlinear ist und es zahlreiche positive Rückkopplungen (Prozesse, die sich selbst verstärken) gibt, ist diese Annahme im Allgemeinen jedoch nicht richtig. Somit kann es insbesondere in dafür anfälligen Regionen zu plötzlichen und drastischen Klimaänderungen kommen. Auch eine kleine Beeinflussung durch den Menschen (zusätzlich zu den bisher scheinbar folgenlos gebliebenen Eingriffen) kann dann das sprichwörtliche Fass zum Überlaufen bringen. Auch wenn die Ursache danach zurückgenommen werden sollte, wird das Klima nicht unbedingt wieder in den alten Zustand zurückkehren, die Änderung ist also irreversibel. Die Identifizierung solcher großräumiger „Kipppunkte“ und die Vorhersage eines „Umkippens“ von natürlichen Systemen könnte daher großen Schaden verhindern, die Wissenschaft ist davon aber noch ein großes Stück entfernt.

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  • Kleine Eiszeit

    Zwischen 1200 und 1400 veränderte sich das Klima in Europa rapide, und nach dieser "Klimawende" begann die sogenannte "Kleine Eiszeit", die bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts andauerte und danach von dem "Modernen Optimum" (Christian Schönwiese), d.h. der gegenwärtig noch andauernden Erwärmung, abgelöst wurde. Der Beginn der "Kleinen Eiszeit" war gekennzeichnet durch intensive Sturmfluten an der deutschen und holländischen Küste im 14. Jahrhundert, denen Tausende von Menschen zum Opfer fielen und die den Küstenverlauf stark veränderte. Ganz Europa war im 14. Jahrhundert von kalten Sommern und Missernten heimgesucht, und viele Regionen, z.B. in England, verzeichneten Bevölkerungsrückgänge, die die durch die Pest sogar noch übertrafen.

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  • Klimaantrieb

    Unter einem Klimaantrieb versteht man jeden Einfluss auf das Klimasystem, der zu einer Klimaänderung beitragen kann; meistens werden darunter externe Antriebe verstanden. Mit "extern" ist dabei nicht gemeint, dass der Einfluss räumlich gesehen von außen kommen muss (wie etwa ein Meteorit), sondern dass es sich nicht um eine Auswirkung von natürlichen Klimaschwankungen handelt. Letztere werden als interne Einflüsse bezeichnet. Zu externen Klimaantrieben gehören z.B. die Emission von Treibhausgasen, Vulkanausbrüche oder Landnutzungsänderungen, also alles Ereignisse, die nicht durch interne Wechselwirkungen innerhalb oder zwischen den Kompartimenten des Klimasystems ausgelöst werden.

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  • Klimageschichte und ihre Erkundung

    Über das Klima der letzten Jahrhunderte wissen wir relativ gut Bescheid. Über Klimaänderungen in weiter zurück liegende Epochen der Erdgeschichte, besonders über die ersten drei Milliarden Jahre, besitzt der Mensch aber nur sehr vage Vorstellungen.

    Klimageschichte wird gewöhnlich rückwärts geschrieben. Mit zunehmendem Abstand zur Gegenwart werden die Datenlage immer schwieriger und Erklärungen für Klimaänderungen immer ungewisser. Für die letzten 150 Jahre liegen genügend direkte Messdaten vor, um globale Mittelwerte der Temperatur zu bilden. Einzelne Datenreihen reichen sogar ins 17. Jahrhundert zurück. Über die Zeit davor lassen sich klimatische Verhältnissen nur aus sogenannten Proxydaten ableiten, die aus Baumringen, Meeressedimenten, Eisbohrkernen, Korallen, historischen Darstellungen und anderen Quellen gewonnen werden.

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  • Klimamodelle

    Der durch den Menschen verursachte Klimawandel hat ein starkes gesellschaftliches und politisches Interesse an einer quantitativen Abschätzung der zukünftigen Klimaänderung hervorgerufen. Das wichtigste Instrument, das dafür heute zur Verfügung steht, sind hoch entwickelte Klimamodelle. Nur sie erlauben es, das Klimasystem einigermaßen adäquat abzubilden und seine Veränderungen durch äußere Antriebe, wie z.B. die Emission von Treibhausgasen, quantitativ zu berechnen. Die Ergebnisse von Klimamodellrechnungen sind daher zur wichtigsten Grundlage für gesellschaftliche und politische Entscheidungen über die Vermeidung eines gefährlichen künftigen Klimawandels geworden.

    Wie alle Modelle sind auch Klimamodelle vereinfachte Abbildungen der Wirklichkeit. Sie sind daher weit davon entfernt, das Klimasystem und seine Veränderungen vollständig zu repräsentieren. Dennoch sind sie in der Lage, wichtige Erkenntnisse über die Folgen von natürlichen und menschlichen Ursachen für das Klimasystem zu liefern und dessen grundlegende Prozesse zu verstehen.

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  • Klimasensitivität

    Die Klimasensitivität ist ein Maß dafür, wie sensibel die global gemittelte bodennahe Lufttemperatur auf der Erde auf Änderungen der Kohlendioxid-Konzentration reagiert. Sie wird daher in °C angegeben und steht für die Temperaturänderung, die die Erde bei einer Verdoppelung des CO2-Gehalts erfahren würde. Dabei wird angenommen, dass sich das Klima vor und nach der Änderung im Gleichgewicht befindet; man betrachtet also einen Anfangs- und Endzustand ohne die allmähliche Erwärmung dazwischen. Betrachtet man dagegen die Änderung des Klimas bis zu einem bestimmten (z.B. dem aktuellen) Zeitpunkt, spricht man auch von der „effektiven Klimasensitivität“.

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  • Klimasystem

    Das Klimasystem ist ein höchst komplexes System, das aus fünf Hauptbestandteilen besteht:

    1. der Atmosphäre im Klimasystem,
    2. der Hydrosphäre (Ozean, Seen, Flüsse),
    3. der Kryosphäre (Eis und Schnee),
    4. der Lithosphäre (Landoberfläche: festes Gestein und Böden) und
    5. der Biosphäre im Klimasystem (auf dem Land und im Wasser)
      sowie
    6. den Wechselbeziehungen zwischen diesen Bestandteilen.

    Das Klimasystem verändert sich über die Zeit unter dem Einfluss seiner eigenen inneren Dynamik und durch äußere Antriebe (wie Vulkanausbrüche, solare Schwankungen und anthropogene Einflüsse wie die Änderung der Zusammensetzung der Atmosphäre und der Landnutzung).

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  • Kohlendioxid

    Kohlendioxid gehört wie Methan (CH4) und Distickstoffoxid (N2O) zu den langlebigen Treibhausgasen, deren Verweilzeit in der Atmosphäre mindestens ein Jahr beträgt, so dass sie rund um den Globus in der Atmosphäre gut durchmischt vorkommen. Durch seinen Einfluss auf den Strahlungshaushalt der Atmosphäre ist es mit diesen Gasen sowohl am natürlichen und zusammen mit Fluorchlorkohlenwasserstoff (FCKW) auch am anthropogenen, d.h. vom Menschen verursachten, Treibhauseffekt beteiligt. Anthropogenes Kohlendioxid ist daher auch entscheidend für die aktuellen Klimaänderung verantwortlich. Außerdem wird der steigende Kohlendioxid-Gehalt im Ozean zunehmend ein Problem durch die Versauerung der Meere.

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  • Kohlendioxid-Konzentration

    Seit etwa 2000 zeigt die Wachstumsrate der CO2-Konzentration eine erneute Steigerung. Während sie in den 1990er Jahren bei nur 1,49 ppm/Jahr lag, beträgt sie im Zeitraum 2000-2006 schon 1,93 ppm pro Jahr. 2005 bis 2007 lag die Steigerung sogar bei 2,4 ppm/Jahr, sank dann aber 2008 auf 1,8 ppm. Inzwischen ist die Wachstumsrate wieder angestiegen und lag von 2009 auf 2010 bei 2,4 ppm/Jahr, wodurch die Konzentration auf mehr als 390 ppm kletterte.

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  • Kohlenstoffkreislauf

    Der durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre emittierte Kohlenstoff tritt in einen komplizierten natürlichen Kreislauf ein. Neben der Atmosphäre sind der Ozean und die Landbiosphäre die wichtigsten Kohlenstoffspeicher, die mit der Atmosphäre in einem aktiven Austausch stehen. Die Landvegetation enthält etwa drei Mal so viel Kohlenstoff wie die Atmosphäre, der Ozean etwa 50 Mal so viel.

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  • Korallenbleiche

    Das Ausbleichen der Farbe von Korallen, wenn die in den Korallenstöcken lebenden Algen aufgrund von Belastungsfaktoren wie hohen Temperaturen abgestoßen werden. Kann zum Absterben der Korallen führen.
  • Kosmische Strahlung

    Kosmische Strahlung beschreibt eine von Viktor Hess 1912 entdeckte, hochenergetische Teilchenstrahlung aus dem Weltall, die vorwiegend aus Protonen, aber auch Elektronen und Ionen besteht. Die aus entfernten Bereichen der Milchstraße kommenden Teilchen sind noch nicht zureichend erforscht. Es treffen jede Sekunde ca. 1000 Teilchen pro Quadratmeter auf der äußeren Atmosphäre auf, wo sie mit Gasen kollidieren und einen Teilchenregen erzeugen, der auf der Erde messbar ist. Die dabei entstehenden Ionen können für eine erhöhte Tropfen- bzw. Wolkenbildung verantwortlich sein. Es konnte zwar eine schwache Korrelation von kosmischer Strahlung und Wolkenbildung in einigen Zeitintervallen festgestellt werden, kosmische Strahlung als Ursache für den Klimawandel ist aber nicht bewiesen.

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  • Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)

    Gleichzeitige Gewinnung von Wärme und Strom, wodurch ein Kraftwerk die Energie eines Brennstoffs erheblich besser ausnutzt.
  • Kryosphäre im Klimasystem

    Zur Kryosphäre der Erde gehören die großen Eisschilde der Antarktis und Grönlands, die Gletscher der Gebirge, das Meereis sowie das Eis auf Flüssen und Seen, das Eis der Permafrost- und der saisonal gefrorenen Böden sowie die saisonal stark schwankenden Schneemassen. Gegenwärtig sind etwa 10% der Landoberfläche und 6,5% des Ozeans im Jahresdurchschnitt mit Eis bedeckt. Schnee liegt im späten Winter auf bis zu 50% der Landmasse der Nordhalbkugel. Die Bestandteile der Kryosphäre verändern sich in Masse und Ausdehnung auf sehr unterschiedlichen Zeitskalen. Schnee und Meereis unterliegen ausgeprägten saisonalen Schwankungen. Eisschilde haben sich dagegen deutlich nur mit dem Wechsel von Kalt- und Warmzeiten verändert.

    In Eis und Schnee sind ca. 30 Mill. km3 Wasser bzw. 68,7% des globalen Süßwassers gebunden. Gegenüber den 1338 Mill. km3 Wasser des Ozeans ist das zwar wenig. Eine deutliche Erhöhung bzw. Verminderung der globalen Eis- und Schneemasse verändern dennoch merklich den Meeresspiegel und damit auch die Grenze zwischen Land und Meer. In der letzten Kaltzeit lag der Meeresspiegel um 120 m tiefer als heute, ein totales Abschmelzen des antarktischen und grönländischen Eisschildes würde den Meeresspiegel um fast 70 m erhöhen. Heutige Schelfmeere wie z.B. die Nordsee lagen vor 20 000 Jahren zu einem großen Teil trocken bzw. waren mit Eis bedeckt, heutige Tiefländer könnten künftig im Meer versinken.

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