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Klimawandel: Einführung
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Albedo und Rückkoppelung
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Abnehmende Albedo bei den Alpengletschern
Die Albedo der Alpengletscher nimmt durch abnehmende Gletscherfläche, die Verschmutzung des Gletscheises und den höheren Anteil an Gesteinsschutt in den Eismassen ab.
Durch durch den Klimawandel bewirkten höheren Temperaturen haben in den Bergebieten die Permfrostböden aufgeweicht. Die Bergflanken in den Permafrostzonen werden daher zunehmend instabil. Der Steinschlag nimmt zu und die Erdrutsche werden häufiger. Immer mehr Lockermaterial fällt auf die Gletscher und verstärkt so die Moränen des Gletschers. Felsabbrüche und Erdrutsche decken an den Rändern des Gletschers die Eismassen zu. Der Moränenschutt verringert die Albedo auf der Gletscheroberfläche. Kurzfristig wird das unter dem Schutt liegende Gletscher eis vor den Sonnenstrahlen und somit vor einem raschen Abschmelzen geschützt. Nach dem Rückzug des Gletschers bleiben grosse, von Moränenschutt bedeckte Eismassen im Vorfeld des Gletschers als Toteis liegen.
Die beschriebenen Vorgänge lassen sich beim Steingletscher gut beobachten. Der Gletscher verfügte 2012 noch über grosse Toteismassen. Die Gletscherzunge hat sich allerdings im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhundert mit zunehmender Geschwindigkeit zurückgebildet. In der Gletscherzunge hat sich soviel Lockermaterial angesammelt, dass das Eis grau erscheint. Vor allem in den schneearmen Sommermonaten hat sich die Albedo markant verringert. Das graue Eis nimmt viel mehr Wärme auf als das weisse Eis. Das Abschmelzen der Gletscherzunge hat sich auch aus diesem Grund sehr rasch zurückgebildet.
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| Text:
RAOnline |
Staub lässt Gletscher schneller schmelzen
Die durch Staubeintrag seit 2003 eingetretene massive Reduktion der Albedo an den Oberflächen der Alpengletscher (Paul et al., 2005; Oerlemans et al., 2009) dürfte nachhaltig sein und die Energiebilanz gegenüber Bedingungen der zurück liegenden &"Kalibrierungszeit&" vor 2003 für viele Jahre wenn nicht Jahrzehnte stark verändern. Die neuen Seen selber können infolge ihrer niedrigen Albedo und ihrer Fähigkeit zur Erwärmung über 0° C durch effiziente Zirkulationsprozesse und Kalbungsvorgänge am Eisrand die Schwundprozesse drastisch beschleunigen (Funk & Röthlisberger, 1989; Kääb & Haeberli, 2001). Wenn der Dickenschwund der Gletscher schneller ist als die Längenänderung durch den Rückzug der Zunge, verstärken sich subglaziale Schmelzprozesse durch Kavernenbildung und Eindringen von Warmluft im Sommer, was zu beschleunigendem Einsinken der Oberfläche und zu Kollapserscheinungen des Eises führen kann.
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| Quelle:
Text Neue Seen als Folge der Entgletscherung im Hochgebirge Forschungsbericht NFP 61, Projekt NELAK, 2011
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Russ lässt Gletscher schneller schmelzen
Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI haben zusammen mit Kollegen aus China und den USA gezeigt, dass die Klimaerwärmung nicht alleine für die Gletscherschmelze im Himalaya verantwortlich ist. Auch Russ, der auf dem Gletscher abgelagert wird, trägt dazu bei. Er lässt die Oberfläche dunkler werden, worauf sie sich durch die Sonnenstrahlung stärker erwärmt und das Eis schneller schmilzt. Die Albedo der Eismassen sinkt. Der Russ entsteht, wenn Öl oder Holz verbrannt werden; Wind transportiert ihn dann in den Himalaya.
Wind trägt aber nicht nur Russ in die Berge, sondern auch Gesteinsstaub aus den umliegenden trockenen Regionen. Dabei konnten die Forschenden zeigen, dass Russ deutlich stärker zur Erwärmung des Gletschers beiträgt als der Staub und dass sich die Staubmenge im Himalaya seit 1860 nicht verändert hat, so dass der Russ wohl menschengemacht ist, der Staub aber nicht.
«In den Wintermonaten trägt der Russ etwa gleich stark zur Gletscherschmelze bei wie die Klimaerwärmung. Eine Massnahme, die die Russemissionen senken würde, könnte also einen Beitrag dazu leisten, die Gletscherschmelze zu verlangsamen.» erklärt Margit Schwikowski, Leiterin des Forschungsprojekts am PSI. «Bisher haben wir die Rolle von Russ für die Gletscherschmelze im Himalaya zeigen können. Welche Rolle er für die Gletscher in der Schweiz spielt, ist Thema eines aktuellen Forschungsprojektes. Hier untersuchen wir auch, inwieweit Algen zur dunkleren Gletscheroberfläche im Spätsommer beitragen.»
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| Quelle: Paul Scherrer Institut Villigen Schweiz, Labor für Radio- und Umweltchemie, Februar 2011 |
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| Albedo |
Rückstrahlvermögen von Sonnenlicht |
| Rückkoppelung |
Ein Rückkoppelungsprozess ist ein Vorgang, bei welchem die Folgen auf den weiteren Verlauf des Geschehens Einfluss nehmen. |
| Strahlungsantrieb |
Der Strahlungsantrieb ist ein Mass für den Einfluss, den ein Faktor auf die Änderung des Gleichgewichts von einfallender und abgehender Energie im System Erde-Atmosphäre hat, und ist ein Index für die Bedeutung eines Faktors als potentieller Mechanismus einer Klimaänderung. Ein positiver Antrieb führt tendenziell zur Erwärmung der Erdoberfläche während ein negativer Antrieb tendenziell zu einer Abkühlung führt. |
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Rückkoppelungsprozesse
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Die Klimaerwärmung der Erde löst verschiedene weitere Prozesseim Klimasystem aus, die zu einer zusätzlichen Erwärmung führen.Dies wird als positive Rückkoppelung bezeichnet.
Die wichtigsten positiven Rückkoppelungen sind:
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Wärmere Luft kann mehr Wasserdampf aufnehmen. Da Wasserdampf ein Treibhausgas ist, führt der mit der Erwärmung verbundene höhere Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre zu einem zusätzlichen Treibhauseffekt und damit zu einer weiterenErwärmung. Dieser Verstärkungseffekt führt zu einer Erwärmung, die etwa gleich gross ist, wie die Erwärmung allein aufgrund des zusätzlichen Treibhauseffekts von CO2. |
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Schnee und Eis reflektieren einen hohen Anteil der einfallenden Sonnenstrahlung. Nimmt aufgrund der Erwärmung die mit Schnee oder Eis bedeckte Fläche ab, so wird weniger Sonnenstrahlung reflektiert und mehr Strahlung aufgenommen, was zu einer weiteren, im globalen Vergleich überdurchschnittlichen Erwärmung in diesen Regionen führt. Betroffen sind vor allem Regionen in den Polargebieten und mit Gebirgen. |
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Aufgrund der Erwärmung ändern sich Prozesse im Kohlenstoffkreislauf. So verändert sich die CO2-Aufnahme von Pflanzen, aber auch die CO2-Bindung in Ozeanen oder von Mikroorganismen im Meer. Die Auswirkungen dieser Effekte können zurzeit noch nicht genau beziffert werden. |
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Erhöhter Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre kann auch zuVeränderungen in der Wolkenbedeckung führen. Dabei wirkenhohe, dünne Wolken erwärmend, tiefe dicke Wolken dagegen abkühlend. Sie reflektieren Sonnenstrahlung und verminderndie Einstrahlung an der Erdoberfläche. Wie sich die Wolkenbedeckung verändert, ist zurzeit noch unklar und bildet die wichtigste Unbekannte in der Abschätzung des Ausmasses der globalen Erwärmung. |
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| Quelle:
Regierungsrat des Kantons Basel-Stadt, Bericht über die Folgen des Klimawandels im Kanton Basel-Stadt, 2011
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Verhältnisse in den Polarzonen - Zusammenhänge
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 1. Abschmelzen der Eisschilde, Eiskappen, Schelfeise und Gletscher
Eisschilde, und die viel kleineren Eiskappen und Gletscher wachsen nicht ohne ausgiebige Schneefälle. Die Schneeschichten schützen die Eismassen vor dem Abschmelzen. Es ist deshalb wichtig, dass die Eismassen vor allem im Frühjahr im Mai und im Juni mit genügend dicken Schneeschichten bedeckt sind.
Die Forscher beobachten im Frühjahr weltweit eine kontinuierliche Abnahme der mit Schnee bedeckten Flächen. Seit 1976 verminderten sich die Schneeflächen im Juni um 17,6% pro Jahrzehnt. Dieser Wert übersteigt sogar die Rückgangsrate der Meereisflächen von 13% pro Jahrzehnt.
Die geringere Schneebedeckung im Frühjahr setzt die dunkleren Festlandmassen früher den Sonnenstrahlen und ihrer Wärmezufuhr aus.Die dunkleren Flächen reflektieren weniger Sonnenlicht und Wärme und erwärmen sich dadurch stärker. Die Albedo sinkt.
Die Luftschichten über dem Festland erwärmen sich schneller und bringen das Innlandeis früher zum Abschmelzen. Dieselben Überlegungen gelten auch für das mit weniger Schnee bedeckte Schelfeis. Das rascher abschmelzende Schelfeis ermöglicht dem dunkleren Ozeanwasser rascher Wärme aufzunehmen. Das Schelfeis schmilzt noch rascher ab. Ein geschwächtes Schelfeis lässt die vom Eisschild herabfliessenden Gletscher rascher vorstossen.
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| Quelle: NOAA Climate Watch, the Arctic Report Card 2012, Dezember 2012 (Text: RAOnline) |
2. Zunahme der Biomassen
Das Grünerwerden d.h. die Zunahme der Biomasse, führt dazu, dass die Festland- undMeeresoberflächen dunkler werden und somit weniger Sonnenlicht reflektieren. Dieser Vorgang erklärt auch die Tatsache, dass die Erwärmung der Arktis, aber auch der vergletscherten Berggebiete, um einen Faktor 2 und mehr stärker ist als in anderen südlich gelegeneren Gebieten der Erde.
Das Meereis ist ein lebenswichtiger Bestanteil des Meeresökosystems. Durch den Rückgang des Meereisalters und - fläche haben sich in den Sommermonaten in einigen arktischen Gewässern unerwartet eine grosse Phytoplankton-Blüte eingesetzt. Das Phytoplankton benutzt für das Wachstum die Photosynthese. Das Alter der Meereisschichten ist ein Indikator für die Eisdicke. Der Anteil der Biomasse im arktischen Meerwasser hat sich beträchtlich erhöht.
Schmelzwassertümpel auf den Meereisflächen ermöglichen dem Sonnenlicht ins Meerwasser vorzudringen. Diese Eisschmelzphänomene begünstigen zusätzlich die Phytoplankton-Blüte.
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| Quelle: NOAA Climate Watch, the Arctic Report Card 2012, Dezember 2012 (Text: RAOnline) |
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Weitere Informationen
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Klimawandel: Informationen |
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Klimawandel: Informationen |
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| Die UNO-Organisation
UNEP (United Nations Environment Programme) hat für Lernende u.a. in
englischer und französischer Sprache einige lustige Comics geschaffen, welche die Umweltprobleme in den Polgebieten,
in der Atmosphäre und im Bereich Landwirtschaft thematisieren. Die Comics eignen sich für ältere Schülerinnen
und Schüler der Sekundarstufe I sowie Schülerinnen und Schüler
der Sekundarstufe II mit Englisch- oder Französischkenntnissen. |
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| Wichtige
Begriffe |
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