Global Dimming - Global dimming

Dutzende Feuer brennen auf der Oberfläche (rote Punkte) und eine dicke Wolke aus Rauch und Dunst (graue Pixel) füllt den Himmel über Ostchina . Rauch, Verschmutzung und andere Luftpartikel werden mit der globalen Verdunkelung in Verbindung gebracht. Foto von MODIS an Bord des NASA- Satelliten Aqua .

Globale Verdunkelung ist die Verringerung der Menge der weltweiten Direktbestrahlungsstärke an der Erdoberfläche , die beobachtet wurde , da systematische Messungen in den 1950er Jahren begannen. Der Effekt ist je nach Standort unterschiedlich, wird aber weltweit auf eine Verringerung in der Größenordnung von 4–20 % geschätzt. Nachdem jedoch eine Anomalie durch den Ausbruch des Mount Pinatubo im Jahr 1991 außer Acht gelassen wurde , wurde eine sehr leichte Umkehr des Gesamttrends beobachtet.

Es wird angenommen, dass die globale Verdunkelung durch eine Zunahme von Partikeln oder Aerosolen wie Sulfataerosolen in der Atmosphäre durch menschliches Handeln verursacht wurde. Es hat den Wasserkreislauf durch die Verringerung der Verdunstung beeinträchtigt und kann in einigen Gebieten zu weniger Niederschlag führen. Die globale Verdunkelung wurde als Hauptfaktor bei der Hungersnot in Äthiopien 1984 angesehen, indem die Erwärmung in den Tropen reduziert wurde, die den jährlichen Monsun oder die Regenzeit antreibt .

Ursachen

Es wird vermutet , dass die globale Verdunkelung wahrscheinlich aufgrund der erhöhten Präsenz Aerosolpartikel in die Erdatmosphäre , verursacht durch Verschmutzung , Staub oder Vulkanausbrüche . Aerosole und andere Partikel absorbieren Sonnenenergie und reflektieren das Sonnenlicht zurück in den Weltraum. Die Schadstoffe können auch zu Keimen für Wolkentröpfchen werden. Wassertröpfchen in Wolken verschmelzen um die Partikel herum. Erhöhte Verschmutzung verursacht mehr Partikel und erzeugt dadurch Wolken, die aus einer größeren Anzahl kleinerer Tröpfchen bestehen (d. h. die gleiche Menge Wasser wird auf mehr Tröpfchen verteilt). Die kleineren Tröpfchen machen Wolken stärker reflektierend , so dass mehr einfallendes Sonnenlicht zurück in den Weltraum reflektiert wird und weniger die Erdoberfläche erreicht. Dieser gleiche Effekt reflektiert auch Strahlung von unten und fängt sie in der unteren Atmosphäre ein. In Modellen verringern diese kleineren Tröpfchen auch den Niederschlag.

Wolken fangen sowohl die Wärme der Sonne als auch die von der Erde abgestrahlte Wärme ab. Ihre Auswirkungen sind komplex und variieren in Zeit, Ort und Höhe. Normalerweise überwiegt tagsüber das Abfangen von Sonnenlicht, was einen kühlenden Effekt ergibt; Nachts jedoch verlangsamt die Rückstrahlung von Wärme zur Erde den Wärmeverlust der Erde.

NASA- Foto, das Kondensstreifen und natürliche Wolken von Flugzeugen zeigt . Die vorübergehenden Verschwinden von Kondensstreifen über Nordamerika aufgrund Ebene groundings nach den 11. September 2001 Angriffe , und die daraus resultierende Erhöhung des täglichen Temperaturbereiches gaben empirische Daten über die Wirkung von dünnen Eiswolken auf der Erdoberfläche.

Die unvollständige Verbrennung von fossilen Brennstoffen (wie Diesel ) und Holz setzt Ruß in die Luft frei. Obwohl schwarzer Kohlenstoff, der größtenteils aus Ruß besteht , eine extrem kleine Komponente der Luftverschmutzung an der Landoberfläche ist, hat das Phänomen in Höhen über zwei Kilometern (6.562 Fuß) eine erhebliche Erwärmungswirkung auf die Atmosphäre. Außerdem verdunkelt es die Meeresoberfläche, indem es Sonnenstrahlung absorbiert.

Experimente auf den Malediven (Vergleich der Atmosphäre über den nördlichen und südlichen Inseln) in den 1990er Jahren zeigten, dass die Wirkung makroskopischer Schadstoffe in der damaligen Atmosphäre (aus Indien nach Süden geblasen ) eine etwa 10%ige Verringerung des Sonnenlichts verursachte, das die Oberfläche in den Fläche unter der asiatischen braunen Wolke – eine viel stärkere Reduzierung als aufgrund der Anwesenheit der Partikel selbst erwartet. Vor der Forschung unternommen werden, die Prognosen waren von 0,5-1% Wirkung von partikulären Materie; die Abweichung von der Vorhersage kann durch die Wolkenbildung erklärt werden, wobei die Partikel als Fokus für die Tröpfchenerzeugung dienen.

Das dem Global Dimming zugrunde liegende Phänomen kann auch regionale Auswirkungen haben. Während sich der größte Teil der Erde erwärmt hat, haben sich die Regionen, die durch die Hauptquellen der Luftverschmutzung (insbesondere Schwefeldioxidemissionen) in Windrichtung liegen, im Allgemeinen abgekühlt. Dies könnte die Abkühlung des Ostens der Vereinigten Staaten im Vergleich zum sich erwärmenden westlichen Teil erklären.

Einige Untersuchungen zeigen jedoch, dass Ruß die globale Erwärmung verstärken wird, da er nach CO 2 an zweiter Stelle steht . Sie glauben, dass Ruß Sonnenenergie absorbieren und in andere Gebiete wie den Himalaya transportieren wird, wo die Gletscherschmelze stattfindet. Es kann auch das arktische Eis verdunkeln, wodurch das Reflexionsvermögen verringert und die Absorption der Sonnenstrahlung erhöht wird.

In der Luft schwebende Vulkanasche kann die Sonnenstrahlen zurück ins All reflektieren und so zur Kühlung des Planeten beitragen. Nach großen Vulkanausbrüchen wie dem Ausbruch des Mount Agung auf Bali im Jahr 1963, El Chichon (Mexiko) 1983, Ruiz (Kolumbien) 1985 und Pinatubo (Philippinen) 1991 wurden Einbrüche der Erdtemperaturen beobachtet Wolken bleiben nur für relativ kurze Zeiträume. Es wurde auch die Theorie aufgestellt, dass der heutige schnelle Klimawandel die vulkanische Aktivität erhöhen könnte.

Kondensstreifen und Wolken

Eine Studie stellte die Theorie auf, dass Kondensstreifen von Flugzeugen (auch Kondensstreifen genannt) an der regionalen Abkühlung beteiligt sind, aber der ständige Flugverkehr hatte zuvor dazu geführt, dass dies nicht getestet werden konnte. Die fast vollständige Stilllegung des zivilen Flugverkehrs während der drei Tage nach den Anschlägen vom 11. September 2001 bot eine einzigartige Gelegenheit, das Klima der Vereinigten Staaten ohne Kondensstreifen zu beobachten. Während dieser Zeit wurde in einigen Teilen der USA eine Zunahme der täglichen Temperaturschwankungen von 1,1 °C (1,8 °F) beobachtet, dh Kondensstreifen von Flugzeugen haben möglicherweise die Nachttemperaturen erhöht und/oder die Tagestemperaturen viel stärker gesenkt als bisher angenommen. Eine Folgestudie führte jedoch die Wolkenbedeckung auf die Temperaturänderung zurück. Die Autoren schrieben: "Die Variationen der hohen Wolkenbedeckung, einschließlich Kondensstreifen und Kondensstreifen-induzierter Zirruswolken, tragen schwach zu den Veränderungen im Tagestemperaturbereich bei, der hauptsächlich durch Wolken in niedrigerer Höhe, Winde und Feuchtigkeit bestimmt wird."

Umkehrung

Laut Satellitenschätzungen sind die Sonnen-blockierenden Aerosole auf der ganzen Welt seit dem Ausbruch des Mount Pinatubo im Jahr 1991 stetig zurückgegangen (rote Linie) . Bildnachweis: Michael Mischtschenko, NASA

Wildet al. , unter Verwendung von Messungen über Land, berichten von einer Aufhellung seit 1990, und Pinker et al. fanden heraus, dass sich über Land eine leichte Verdunkelung fortsetzte, während über dem Ozean eine Aufhellung auftrat. Daher haben Wild et al. und Pinkeret al. verschiedener Meinung sein. Eine von der NASA gesponserte satellitengestützte Studie aus dem Jahr 2007 beleuchtet die rätselhaften Beobachtungen anderer Wissenschaftler, dass die Menge des Sonnenlichts, das die Erdoberfläche erreicht, in den letzten Jahrzehnten stetig zurückgegangen war, und begann sich um 1990 umzukehren Der "aufhellende" Trend trat ein, als die globalen Aerosolspiegel zu sinken begannen.

Es ist wahrscheinlich, dass zumindest ein Teil dieser Veränderungen, insbesondere in Europa, auf einen Rückgang der Luftverschmutzung zurückzuführen ist. Die meisten Regierungen der Industrieländer haben Schritte unternommen, um die Freisetzung von Aerosolen in die Atmosphäre zu reduzieren, was dazu beiträgt, die globale Verdunkelung zu reduzieren.

Sulfataerosole sind seit 1970 mit dem Clean Air Act in den Vereinigten Staaten und ähnlichen Richtlinien in Europa deutlich zurückgegangen. Der Clean Air Act wurde 1977 und 1990 verschärft. Nach Angaben der EPA sanken die Gesamtemissionen der sechs wichtigsten Luftschadstoffe, einschließlich Feinstaub, in den USA von 1970 bis 2005 um 53%. 1975 begannen schließlich die maskierten Auswirkungen der eingeschlossenen Treibhausgase aufzutauchen und dominieren seither.

Das Baseline Surface Radiation Network (BSRN) hat Oberflächenmessungen gesammelt. BSRN wurde Anfang der 1990er Jahre gestartet und aktualisierte in dieser Zeit die Archive. Die Analyse der jüngsten Daten zeigt, dass sich die Oberfläche des Planeten in den letzten zehn Jahren um etwa 4% aufgehellt hat. Der Aufhellungstrend wird durch andere Daten, einschließlich Satellitenanalysen, bestätigt.

Zusammenhang mit der globalen Erwärmung

Einige Wissenschaftler sind nun der Ansicht, dass die Auswirkungen der globalen Verdunkelung die Auswirkungen der globalen Erwärmung deutlich überdeckt haben und dass die Beseitigung der globalen Verdunkelung daher zu einem Anstieg des zukünftigen Temperaturanstiegs führen kann. Beate Liepert sagt: "Wir lebten in einer globalen Erwärmung plus einer globalen Verdunkelung und jetzt nehmen wir die globale Verdunkelung heraus. Am Ende werden wir also in der globalen Erwärmungswelt enden, die viel schlimmer sein wird, als wir dachten, viel heißer ." Das Ausmaß dieses Maskierungseffekts ist eines der zentralen Probleme des aktuellen Klimawandels mit erheblichen Auswirkungen auf zukünftige Klimaänderungen und politische Reaktionen auf die globale Erwärmung.

Auch Wechselwirkungen zwischen den beiden Theorien zur Klimaänderung wurden untersucht, da sich globale Erwärmung und globale Verdunkelung weder gegenseitig ausschließen noch widersprüchlich sind. In einem am 8. März 2005 in den Geophysical Research Letters der American Geophysical Union veröffentlichten Artikel zeigte ein Forschungsteam unter der Leitung von Anastasia Romanou vom Department of Applied Physics and Mathematics der Columbia University in New York auch, dass die scheinbar gegensätzlichen Kräfte der globalen Erwärmung und der globalen Es kann gleichzeitig gedimmt werden. Die globale Verdunkelung interagiert mit der globalen Erwärmung, indem sie Sonnenlicht blockiert, das sonst zu Verdunstung führen würde, und die Partikel binden sich an Wassertröpfchen. Wasserdampf ist das wichtigste Treibhausgas. Andererseits wird die globale Verdunkelung durch Verdunstung und Regen beeinflusst. Regen hat die Wirkung, den verschmutzten Himmel zu reinigen.

Laut Veerabhadran Ramanathan, einem Atmosphärenchemiker an der Scripps Institution of Oceanography in La Jolla, Kalifornien, wurde festgestellt, dass braune Wolken die globale Erwärmung verstärken. „Die konventionelle Auffassung ist, dass braune Wolken durch sogenanntes Global Dimming bis zu 50 Prozent der globalen Erwärmung durch Treibhausgase maskiert haben … die braunen Wolken verstärken den durch Treibhausgase verursachten Erwärmungstrend der Atmosphäre sogar um bis zu 50 Prozent."

Einige Wissenschaftler haben vorgeschlagen, Aerosole als Notfallmaßnahme des Geoengineerings zu verwenden, um die Auswirkungen der globalen Erwärmung abzuwehren . Im Jahr 1974 schlug Mikhail Budyko vor, dass, wenn die globale Erwärmung zu einem Problem würde, der Planet durch die Verbrennung von Schwefel in der Stratosphäre gekühlt werden könnte, was einen Dunst erzeugen würde. Eine Zunahme der planetaren Albedo von nur 0,5 Prozent reicht aus, um die Wirkung einer CO 2 -Verdoppelung zu halbieren .

Die einfachste Lösung wäre, einfach mehr Sulfate zu emittieren, die in der Troposphäre – dem untersten Teil der Atmosphäre – landen würden . Wenn dies getan würde, würde die Erde immer noch mit vielen Problemen konfrontiert sein, wie zum Beispiel:

  • Die Verwendung von Sulfaten verursacht Umweltprobleme wie sauren Regen
  • Die Verwendung von Ruß verursacht gesundheitliche Probleme beim Menschen
  • Verdunkelung verursacht ökologische Probleme wie Veränderungen der Verdunstungs- und Niederschlagsmuster
  • Dürren und/oder vermehrte Niederschläge verursachen Probleme für die Landwirtschaft
  • Aerosol hat eine relativ kurze Lebensdauer

Die befürwortete Lösung ist der Transport von Sulfaten in die nächsthöhere Schicht der Atmosphäre – die Stratosphäre . Aerosole in der Stratosphäre halten Jahre statt Wochen – es wäre also nur eine relativ geringe (aber immer noch große) Menge an Sulfatemissionen notwendig und die Nebenwirkungen wären geringer. Dies würde die Entwicklung eines effizienten Wegs zum Transport großer Gasmengen in die Stratosphäre erfordern, von denen viele vorgeschlagen wurden, obwohl keine bekannt ist, dass sie wirksam oder wirtschaftlich tragfähig sind.

In einem Blogbeitrag erklärte Gavin Schmidt : „Ideen, die Aerosolemissionen zu erhöhen, um der globalen Erwärmung entgegenzuwirken, wurden als ‚ faustisches Schnäppchen ‘ bezeichnet, weil dies eine ständig steigende Menge an Emissionen bedeuten würde, um den akkumulierten Treibhausgasen in der Welt zu entsprechen Atmosphäre mit ständig steigenden Geld- und Gesundheitskosten."

Beziehung zum Wasserkreislauf

Diese Abbildung zeigt den Grad der Übereinstimmung zwischen einem von fünf Faktoren gesteuerten Klimamodell und der historischen Temperaturaufzeichnung . Die als "Sulfat" identifizierte negative Komponente wird mit den Aerosolemissionen in Verbindung gebracht, die für die globale Verdunkelung verantwortlich gemacht werden.

Die durch den Menschen verursachte Verschmutzung kann den Wasserkreislauf der Erde ernsthaft schwächen – Regenfälle reduzieren und die Süßwasserversorgung bedrohen. Eine Studie von Forschern der Scripps Institution of Oceanography aus dem Jahr 2001 legt nahe, dass winzige Rußpartikel und andere Schadstoffe einen signifikanten Einfluss auf den Wasserkreislauf haben. Laut Veerabhadran Ramanathan „kommt die Energie für den Wasserkreislauf aus dem Sonnenlicht. Wenn Sonnenlicht den Ozean erwärmt, entweicht Wasser in die Atmosphäre und fällt als Regen heraus Zyklus des Planeten."

Große Veränderungen der Wettermuster können auch durch die globale Verdunkelung verursacht worden sein. Klimamodellierer vermuten spekulativ, dass diese Verringerung der Sonnenstrahlung an der Oberfläche möglicherweise zum Scheitern des Monsuns in Afrika südlich der Sahara in den 1970er und 1980er Jahren geführt hat, zusammen mit den damit verbundenen Hungersnöten wie der Sahel-Dürre , die durch die Abkühlung der nördlichen Hemisphäre verursacht wurde der Atlantik . Aus diesem Grund ist der tropische Regengürtel möglicherweise nicht bis zu seinen nördlichen Breiten angestiegen, wodurch saisonale Regenfälle ausbleiben. Diese Behauptung wird nicht allgemein akzeptiert und ist sehr schwer zu überprüfen. Eine chinesische Studie aus dem Jahr 2009 über 50 Jahre kontinuierlicher Daten ergab jedoch, dass, obwohl in den meisten Teilen Ostchinas keine signifikante Änderung der Wassermenge in der Atmosphäre festgestellt wurde, leichte Regenfälle zurückgegangen waren. Die Forscher modellierten dann die Wirkung von Aerosolen und kamen außerdem zu dem Schluss, dass Wassertropfen in verschmutzten Fällen bis zu 50 Prozent kleiner sind als bei unberührtem Himmel. Sie kamen zu dem Schluss, dass eine geringere Größe die Bildung von Regenwolken behindert und der Fall von leichtem Regen für die Landwirtschaft von Vorteil ist. Dies war ein anderer Effekt als die Verringerung der Sonneneinstrahlung, aber immer noch eine direkte Folge der Anwesenheit von Aerosolen.

Die Studie von Forschern der Scripps Institution of Oceanography aus dem Jahr 2001 kam zu dem Schluss, dass das Ungleichgewicht zwischen globaler Verdunkelung und globaler Erwärmung an der Oberfläche zu schwächeren turbulenten Wärmeströmen in die Atmosphäre führt. Dies bedeutet, dass in einer dunkleren und wärmeren Welt global weniger Verdunstung und damit Niederschläge auftreten, was letztendlich zu einer feuchteren Atmosphäre führen könnte, in der es weniger regnet.

Eine natürliche Form eines großflächigen Umweltverdunklungseffekts auf die Entwicklung tropischer Wirbelstürme entsteht aus dem Wüstenstaub der Sahara , wenn sich der treibende Sand und die mit Mineralpartikeln beladene Luft über den Atlantischen Ozean bewegt . Die Partikel reflektieren und absorbieren das Sonnenlicht, weniger Sonnenstrahlen erreichen die Erdoberflächenschichten, was zu kühleren Wasser- und Landoberflächentemperaturen sowie weniger Wolkenbildung führt und die Entwicklung von Hurrikanen dämpft.

Forschung

In den späten 1960er Jahren arbeitete Mikhail Ivanovich Budyko mit einfachen zweidimensionalen Energiebilanz-Klimamodellen, um das Reflexionsvermögen von Eis zu untersuchen . Er fand heraus, dass die Eis-Albedo-Rückkopplung eine positive Rückkopplungsschleife im Klimasystem der Erde erzeugt. Je mehr Schnee und Eis, desto mehr Sonnenstrahlung wird zurück in den Weltraum reflektiert und daher wird die Erde kälter und desto mehr schneit es. Andere Studien fanden heraus, dass Verschmutzung oder ein Vulkanausbruch den Beginn einer Eiszeit provozieren könnten.

In den 1980er Jahren stellte Atsumu Ohmura , ein Geographieforscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule , fest, dass die Sonnenstrahlung, die auf die Erdoberfläche trifft , in den drei Jahrzehnten zuvor um mehr als 10 % zurückgegangen ist. Seine Ergebnisse schienen der globalen Erwärmung zu widersprechen – die globale Temperatur war seit den 70er Jahren allgemein gestiegen. Weniger Licht, das die Erde erreicht, schien zu bedeuten, dass sie abkühlen sollte. Es folgten bald weitere: Viivi Russak 1990 „Trends of solarstrahlung, cloudiness and atmosphärische Transparenz während der letzten Jahrzehnte in Estland“ und Beate Liepert 1994 „Solarstrahlung in Deutschland – Beobachtete Trends und eine Einschätzung ihrer Ursachen“. Verdunkelung wurde auch an Standorten in der gesamten ehemaligen Sowjetunion beobachtet. Gerry Stanhill, der diese Rückgänge weltweit in vielen Veröffentlichungen untersuchte, prägte den Begriff "Global Dimming".

Unabhängige Forschungen in Israel und den Niederlanden in den späten 1980er Jahren zeigten eine offensichtliche Verringerung der Sonneneinstrahlung, obwohl weit verbreitete Beweise dafür waren, dass das Klima heißer wurde. Die Dimmrate variiert weltweit, wird aber im Durchschnitt auf etwa 2–3% pro Jahrzehnt geschätzt. Anfang der 90er Jahre kehrte sich der Trend um. Aufgrund der Schwierigkeit, die verwendeten Instrumente genau zu kalibrieren , und des Problems der räumlichen Abdeckung ist es schwierig, eine genaue Messung durchzuführen . Dennoch ist der Effekt mit ziemlicher Sicherheit vorhanden.

Der Effekt (2–3%, wie oben) ist auf Veränderungen in der Erdatmosphäre zurückzuführen; der Wert der Sonnenstrahlung am oberen Rand der Atmosphäre hat sich um nicht mehr als einen Bruchteil dieses Betrags verändert.

Smog , hier an der Golden Gate Bridge zu sehen , trägt wahrscheinlich zur globalen Verdunkelung bei.

Der Effekt variiert stark über den Planeten, aber Schätzungen des Durchschnittswertes der terrestrischen Oberfläche sind:

  • 5,3% (9 W/m 2 ); über 1958-85 (Stanhill und Moreshet, 1992)
  • 2%/Jahrzehnt über 1964–93 (Gilgen et al. , 1998)
  • 2,7%/Dekade (insgesamt 20 W/m 2 ); bis 2000 (Stanhill und Cohen, 2001)
  • 4% über 1961–90 (Liepert 2002)

Beachten Sie, dass diese Zahlen für die Erdoberfläche gelten und nicht wirklich ein globaler Durchschnitt sind. Ob eine Verdunkelung (oder Aufhellung) über dem Ozean auftrat, war ein bisschen unbekannt, obwohl eine spezifische Messung die Auswirkungen etwa 400 Meilen (643,7 km) von Indien über den Indischen Ozean in Richtung der Malediven gemessen hat. Regionale Effekte dominieren wahrscheinlich, sind aber nicht streng auf die Landfläche beschränkt, und die Effekte werden durch die regionale Luftzirkulation getrieben. Ein Review aus dem Jahr 2009 von Wild et al. fanden heraus, dass die regionalen und zeitlichen Auswirkungen weit verbreitet sind. An zahlreichen Stationen in Europa, den Vereinigten Staaten und Korea kam es über das Jahr 2000 hinaus zu einer Sonnenaufhellung. Die Aufhellung, die in den 1990er Jahren an Standorten in der Antarktis beobachtet wurde, beeinflusst durch die Erholung vom Vulkanausbruch des Mount Pinatubo im Jahr 1991, lässt nach 2000 nach. Die Aufhellungstendenz scheint sich auch an Standorten in Japan abzuflachen. In China gibt es nach der Stabilisierung in den 1990er Jahren einige Anzeichen für eine erneute Verdunkelung. Auch an den Standorten in Indien ist eine Fortsetzung der lang anhaltenden Dimmung zu verzeichnen. Insgesamt deuten die verfügbaren Daten an zahlreichen Standorten auf eine Fortsetzung der Aufhellung über das Jahr 2000 hinaus, jedoch weniger ausgeprägt und kohärent als in den 1990er Jahren, mit mehr Regionen ohne deutliche Veränderungen oder Rückgänge. Daher könnte die Treibhauserwärmung nach dem Jahr 2000 weltweit weniger durch die Sonnenschwankungen an der Oberfläche moduliert werden als in den Jahrzehnten zuvor. Die größten Reduktionen finden sich in den mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre. Sichtbares Licht und Infrarotstrahlung scheinen am stärksten betroffen zu sein und nicht der ultraviolette Teil des Spektrums.

Siehe auch

Verweise

Externe Links