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Die Keeling-Kurve und ihre Aussagen über den Klimawandel. Trendanalyse sowie Auslöser für den CO2-Anstieg in der Atmosphäre

Hausarbeit 2020 35 Seiten

Geowissenschaften / Geographie - Phys. Geogr., Geomorphologie, Umweltforschung

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

I. Abbildungsverzeichnis

II. Tabellenverzeichnis

III. Abkürzungsverzeichnis

IV. Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Relevanz

2. Die Keeling-Kurve
2.1 Entstehung
2.2 Verlauf der Kurve
2.3 Aktueller Stand

3. Trendanalyse
3.1 Bisheriger Verlauf
3.2 Zukünftiger Verlauf

4. Auslöser für den Verlauf der Kurve

5. Die Kurve in der wissenschaftlichen Diskussion

6. Zusammenfassung

7. Ausblick und Abschlussbetrachtung

8. Anhang
8.1 Abbildungen
8.2 Erläuterungen zum besseren Verständnis
8.2.1 Strahlungsantrieb
8.2.2 RCP-Szenarien

V. Literaturverzeichnis

I. Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Keeling-Kurve seit Beginn der Aufzeichnungen bis April 2020 (Scripps Institution of Oceanography)

Abb. 2: Verlauf der Keeling-Kurve in den letzten 12 Monaten (Scripps Institution of Oceanography)

Abb. 3: CO2-Konzentration am Südpol (Keeling und Whorf 2004)

Abb. 4: Messreihen des GML (Earth System Research Laboratories)

Abb. 5: Trendlinie über gemittelte Messwerte der Monate, eigene Darstellung

Abb. 6: CO2-Konzentration von 1700 bis heute (Scripps Institution of Oceanography)

Abb. 7: CO2-Konzentration von vor 10.000 Jahren bis heute (Scripps Institution of Oceanography)

Abb. 8: RCP8,5-Szenario für CO2-Konzentration in der Atmosphäre nach Scripps Institution of Oceanography

Abb. 9: Stable-Szenario für CO2-Konzentration in der Atmosphäre nach Scripps Institution of Oceanography

Abb. 10: Verlauf der CO2-Konzentratrion seit Beginn der Industrialisierung um 1700 mit markanten Ereignissen, (Scripps Institution of Oceanography mit eigenen Markierungen)

Abb. 11: CO2-Konzentration von vor 800.000 Jahren bis heute (Scripps Institution of Oceanography)

Abb. 12: RCP6,0-Szenario nach (Scripps Institution of Oceanography)

Abb. 13: Effekte eines Vulkanausbruchs auf die Erdatmosphäre (McGee et al. 1997)

Abb. 14: Strahlungsantriebe verschiedener Treibhausgase und –aerosole (IPCC 2016)

Abb. 15: Randbedingungen für einzelne RCP-Szenarien, (Dieter Kasang, nach van Vuuren 2011)

Abb. 16: Verläufe der Strahlungsantriebe gem. RCP-Szenarien, (Dieter Kasang nach Stocker et al. 2013)

II. Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Natürliche Einflüsse auf den Verlauf der Kurve (Junker)

Tabelle 2: Anthropogene Einflüsse auf den Verlauf der Kurve

Tabelle 3: Aktuelle Konzentrationen von Treibhausgasen und deren GWP (Earth System Research Laboratories)

Tabelle 4: RCP-Szenarien (van Vuuren 2011, S. 12)

III. Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

Dieses Assignment entstand im Rahmen des Moduls „Interdisziplinäre Kompetenz“ und betrachtet die, seit 1958 etablierte, sogenannte Keeling-Kurve, die den weltweiten Verlauf der CO2-Konzentration in der Atmosphäre abbildet. Weiter werden die prägenden Punkte im Verlauf der Kurve erklärt und der Trend erläutert. Abschließend wird der Kursverlauf hinsichtlich der wissenschaftlichen Kontroverse betrachtet.

1.1 Relevanz

Die Bedeutung der Keeling-Kurve ist vor dem Hintergrund der stetigen, und insbesondere in 2019 wieder intensiver geführten, Diskussion des Klimawandels unumstritten. Bei der Vielzahl der Berichten wird die Tatsache des Klimawandels zumeist durch die Menge an Kohlenstoffdioxid (CO2) in der Atmosphäre begründet. Eine Erklärung und Bestätigung dieser These wird in den meisten Abhandlungen jedoch ausgespart und als gegeben betrachtet. Daher ist ein Ziel dieses Assignments eben diese Annahme zu betrachten, wodurch sich eine Grundlage zum besseren Verständnis der Debatte um den Klimawandel ergeben soll.

2. Die Keeling-Kurve

Die Keeling-Kurve, benannt nach dem amerikanischen Klimaforscher Charles David Keeling, gilt als wichtige Grundlage für die Debatte um den Klimawandel. Im Folgenden wird die Entstehung, der bisherige Verlauf und der aktuelle Stand der Kurve gezeigt.

2.1 Entstehung

Die Keeling-Kurve, ist benannt nach dem amerikanischen Klimaforscher Charles David Keeling, der 1958 damit begann am Scripps Institution of Oceanography die CO2-Konzentration in der Atmosphäre am Mauna Loa Observatorium auf Hawaii zu protokollieren. Zuvor konnte Keeling zeigen, dass sich die CO2-Konzentration an verschiedenen abgelegenen Orten kaum unterscheidet und eine Messstation damit repräsentativ ist. Die Messreihe der Kurve gilt heute als die längste ununterbrochene Messung des atmosphärischen CO2-Gehalts. Für den kurzen Zeitraum von 1957 bis 1964 führte Keeling seine Messungen auch am Südpol durch, musste diesen Standort aber aufgrund von Budgetkürzungen aufgeben. Die beiden Standorte waren absichtlich so gewählt, dass sie möglichst weit von nennenswerten CO2-Quellen wie Städten entfernt lagen. Dadurch sollte eine repräsentative Messung der Atmosphärenkonzentration je Hemisphäre in ppmv (parts per million by volume, gleichzusetzen mit ppm) erreicht werden. Die Messungen am Südpol wurden später wieder aufgenommen, wodurch heute dennoch Daten verfügbar sind, wenn auch mit einer geringeren Messfrequenz als am Mauna Loa Observatorium.

Charles D. Keeling selbst führte die Messungen bis zu seinem Tod 2005. Seit dem führt sein Sohn, Ralph Franklin Keeling, die Messreihe parallel zu den Messungen der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre.(Rafferty 2019; Monroe 2013)

Die Messreihe von Charles D. Keeling wurde zwischenzeitlich durch die Messwerte aus Eisbohrkernen aus der Arktis erweitert. So konnten die CO2-Konzentrationen auch für die Jahre vor dem Beginn der Messung berücksichtigt werden. DasScripps Institution of Oceanographybietet dadurch auch Kurven mit einem Zeitraum bis vor 800.000 Jahren an. Die eigentliche Keeling-Kurve, welche auch für die vorliegende Arbeit berücksichtigt wird, sofern nicht anders angegeben, beginnt jedoch erst 1958.

2.2 Verlauf der Kurve

Die ersten Messwerte der Keeling-Kurve betrugen ca. 315 ppm. Ab dem Beginn der Messungen folgt die Kurve, im Betrachtungszeitraum von 1958 bis heute (Abb. 1), augenscheinlich einer exponentiellen Wachstumsfunktion.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: Keeling-Kurve seit Beginn der Aufzeichnungen bis April 2020(Scripps Institution of Oceanography)

Entlang dieser Wachstumsfunktion zeigen sich periodische Schwingungen mit der Periodendauer von ungefähr einem Jahr. Eine Änderung, bspw. ein Anstieg, in der Schwingungsamplitude über den Verlauf der Kurve von 1958 bis heute konnte anhand der Messrohdaten analytisch nicht eindeutig nachgewiesen werden.

Bereits in den ersten Jahren, das erste Mal 1959, konnte Keeling erste Muster erkennen, die auch heute noch erkennbar sind. So stellte er fest, dass die CO2-Konzentration im Sommer bis zum Oktober abfällt und im Winter wieder ansteigt. Dies begründete Keeling mit der Wachstumsphase der Pflanzen in der viel CO2 bei der Fotosynthese verbraucht und gebunden wird. Den (erneuten) Anstieg ab Oktober begründete er mit der durch die Pflanzen wieder freigesetzten CO2-Menge („We were witnessing for the first time nature’s withdrawing CO2 from the air for plant growth during summer and returning it each succeeding winter.“(Monroe 2013)).

Den typischen Jahresverlauf, wie bereits 1959 von Keeling festgestellt, kann man auch, 60 Jahre später, in den Messungen der vergangenen zwölf Monate erkennen (sieheAbb. 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.2: Verlauf der Keeling-Kurve in den letzten 12 Monaten(Scripps Institution of Oceanography)

Der Annahme von Keeling über den Jahresverlauf der Kurve (s. o.) sollte jedoch hinzugefügt werden, dass die Pflanzen höchstens die Menge an CO2 wieder freisetzen können, die sie in den Wachstumsphasen aufgenommen haben. Demnach sollte die CO2-Bilanz im Gleichgewicht stehen, was auchFischer1989 in seinem Beitrag in der Zeitschrift Population and Environment sagte. Dass das Jahresendniveau, nachFischer, 10% höher ist als das Niveau zu Jahresbeginn, liegt ausschließlich an der Verbrennung fossiler Stoffe durch den Menschen. Die größere Menge an CO2 in der Atmosphäre kann von der Natur, weder von den Pflanzen noch von den Ozeanen, schnell genug aufgenommen werden um ein Gleichgewicht zu bilden.

Die Messreihe am Südpol (Abb. 3) zeigt ebenfalls die periodischen Schwankungen, jedoch weniger stark ausgeprägt, was durchFischermit dem höheren Landanteil und der damit verbundenen Vegetation in der nördlichen Hemisphäre gegenüber der südlichen Hemisphäre begründet wird. Dass die Konzentration am Südpol trotz vollkommen fehlender (umliegender) Vegetation schwankt, liegt am gleichmäßigen Luft- und Konzentrationsaustausch in der Hemisphäre.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.3: CO2-Konzentration am Südpol(Keeling und Whorf 2004)

Die Messungen desScripps Institution of Oceanographyam Südpol wurden 2001 bei einem Stand von ca. 368 ppmv beendet. Zum Vergleich; am Messort Mauna Loa Observatorium betrug das Jahresmittel 2001 ca. 371 ppmv.

Das Global Monitoring Laboratory (GML) führt die Messungen am Südpol, genauso wie an verschiedenen anderen Standorten kontinuierlich weiter. Die beschriebenen saisonalen Effekte können in dessen Aufzeichnungen der letzten 10 Jahren sehr gut dargestellt werden (sieheAbb. 4). Die großen, saisonalen Schwingungen am Messort Barrow in Alaska lassen sich durch die dortige große Landfläche und der verbundenen Vegetation begründen. Im langen und starken Winter hält sich die CO2-Konzentration auf einem hohen Niveau und im kurzem Sommer, bei hohen Wachstumsraten der Vegetation, fällt die Konzentration kurzfristig stark ab.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.4: Messreihen des GML(Earth System Research Laboratories)

2.3 Aktueller Stand

Der mittlere Messwert für den 14. Mai 2020 betrug, lautScripps Institution of Oceanography, 416,92 ppm. Der von denEarth System Research Laboratories(ESRL) gemeldete Wert betrug am gleichen Tag nur 416,86 ppm und lag damit niedriger als der Wert des Vortages und gleichzeitig höher als am Folgetag.

Wird der Verlauf der letzten Woche betrachtet, schwankt der Messwert derzeit um 417 ppm und damit um 100 ppm höher als zu Beginn der Messungen vor 62 Jahren.

3. Trendanalyse

Der Abschnitt Trendanalyse teilt sich in zwei Zeitbereiche; in die Analyse des bisherigen Verlaufs und in den möglichen zukünftigen Verlauf.

3.1 Bisheriger Verlauf

Wie bereits unter2.2beschrieben, wächst die Kurve augenscheinlich exponentiell an. Wird jedoch über die Monatsmittel eine Trendlinie gebildet, weicht die exponentielle Funktion () deutlich weiter von der Kurve ab als eine polynomische Funktion. Die passende, polynomische Trendlinie () hat die Funktion, wie inAbb. 5dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.5: Trendlinie über gemittelte Messwerte der Monate, eigene Darstellung

Ralph Keeling, der nach dem Tod seines Vaters die Messreihe führt, sagte in einem Interview 2013, dass die Kurve im Mittel 2 ppmv pro Jahr ansteigt(Brahic 2013). Demnach würde die Kurve heute, 62 Jahre nach Beginn der Aufzeichnung, bei 438,6 ppmv liegen. Der Mittelwert des März 2020 lag dagegen bei 413,03 ppmv, also 25 ppmv niedriger als erwartet. Hieraus ergibt sich ein durchschnittliches Wachstum von rund 1,59 ppmv per anno. Als wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Kurve galt lange Zeit der Wert von 400 ppmv, der im Monatsmittel im Mai 2015 überschritten wurde. Einzelne Überschreitungen traten bereits früher auf, jedoch fiel der Wert auch immer wieder unter die gesetzte Marke. Auf die Frage, welche konkrete Rolle dieser Wert spielt, antwortete Ralph Keeling im selben Interview 2013 übrigens, dass dies einen reinen psychologischen Effekt, ähnlich wie ein Geschwindigkeitslimit, hätte. Der Meilenstein ist aber dahin gehend wichtig, dass die Menschen diese Marken eher wahrnehmen als den schleichenden Anstieg über die Jahre hinweg.

Der von Keeling protokollierte, rasante Anstieg der CO2-Konzentration, begann allerdings schon vor dem Beginn der Aufzeichnungen im Mauna Loa Observatorium 1958, wie sich mittels Eiskernbohrungen zeigen lässt (Abb. 6).

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Details

Seiten
35
Jahr
2020
ISBN (eBook)
9783346203878
ISBN (Buch)
9783346203885
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v703062
Institution / Hochschule
AKAD University, ehem. AKAD Fachhochschule Stuttgart
Note
1,0
Schlagworte
Klimawandel Keeling Keeling-Kurve Anthropogen Anthropozän IKK61

Autor

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Titel: Die Keeling-Kurve und ihre Aussagen über den Klimawandel. Trendanalyse sowie Auslöser für den CO2-Anstieg in der Atmosphäre