Meinungsumfrage zum “Klimawandel in Dresden”: Fakten – nein danke!

Der Ausschuss für Umwelt und Kommunalwirtschaft (Eigenbetrieb Friedhofs- und Bestattungswesen sowie Eigenbetrieb Stadtentwässerung) der Landeshauptstadt Dresden beschloss im März 2017, eine Meinungsumfrage zum “Klimawandel in Dresden” durchzuführen. Die Umfrage startete jetzt am 5. August 2017. Anbei die Pressemitteilung der Stadt Dresden:

Bürgerumfrage zum Klimawandel startet am 5. August – Oberbürgermeister Hilbert ruft zur Teilnahme auf

Erstmalig befragt die Landeshauptstadt Dresden ihre Bürgerinnen und Bürger zum Klimawandel. Etwa 12 500 per Zufall ausgewählte Personen erhalten ab Sonnabend, 5. August 2017, den Fragebogen per Post. Ziel der Befragung ist es, die persönliche Belastung durch Hitze und andere Wetterextreme, die Vorstellungen über Grünflächen in der Stadt sowie den Wunsch nach möglichen Anpassungsmaßnahmen im eigenen Wohnumfeld zu erfassen und anschließend entsprechende Handlungsbedarfe zu ermitteln. Die Bürgerinnen und Bürger können den ausgefüllten Fragebogen im beigefügten Freiumschlag zurücksenden oder mit dem Zugangscode online teilnehmen unter www.dresden.de/klimaumfrage. Die Bürgerumfrage hatte der Stadtrat am 6. März 2017 per Beschluss beauftragt.

Oberbürgermeister Dirk Hilbert bittet um Unterstützung: „Die Ergebnisse dienen dem Stadtrat und den Ämtern als wichtige Entscheidungsgrundlage. Sie sollen Einfluss auf die Gestaltung von Konzepten und Richtlinien insbesondere in den Bereichen Stadt- und Grünraumplanung haben. Für die statistische Repräsentativität und Belastbarkeit der Ergebnisse ist es erforderlich, dass möglichst viele der angeschriebenen Dresdnerinnen und Dresdner an der Umfrage teilnehmen. Legen Sie den Fragebogen also nicht beiseite, sondern füllen Sie ihn am besten gleich aus.“

Auch Umweltbürgermeisterin Eva Jähnigen freut sich auf eine rege Teilnahme und erklärt die Notwendigkeit der Befragung: „Dresden ist und wird auch zukünftig von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen sein. In nahezu allen Bereichen des öffentlichen und privaten Lebens stellt uns das vor Herausforderungen. In Dresden haben wir jedoch eine Vielzahl von Chancen: Gewässer können offen gelegt, renaturiert und naturnahe Rückhalteräume geschaffen werden. Grünflächen, Baumpflanzungen, Dach- und Fassadenbegrünungen als Vorsorge für die Folgen des Klimawandels werden von den Akteuren in der Praxis unterschätzt. Klimaanpassung ist auch Gesundheitsvorsorge. Die Rückmeldung der Bürgerinnen und Bürger ist dafür von unschätzbarem Wert.“

Hitzewelle, Starkregen, Jahrhunderthochwasser – in den vergangenen Jahren häuften sich die meteorologischen Rekorde. Die Wissenschaft prognostiziert drastische Klimaänderungen bis zum Jahr 2100 – auch in Dresden. Hitze- und Trockenperioden treten häufiger auf und werden durch heftige Starkregenereignisse unterbrochen. Bis zum Ende des Jahrhunderts wird für Sachsen ein Temperaturanstieg um zwei bis drei Grad im Jahresmittel erwartet. Im Vergleich zum Klimareferenzzeitraum 1961 bis 1990 stieg in Dresden die mittlere Lufttemperatur in den letzten 30 Jahren um 0,6 Grad. Die damit verbundenen Klimaänderungen sind bereits deutlich spürbar. Sehr viel seltener können die Dresdnerinnen und Dresdner mit weißen Weihnachten rechnen, die Dampfschifffahrt kämpft in jüngerer Vergangenheit vermehrt mit Niedrigwasser und heftige Regengüsse verursachen häufiger lokale Überschwemmungen. Mit zunehmenden Hitze- und Trockenperioden steigt auch die thermische Belastung für den Menschen – insbesondere für gesundheitlich Beeinträchtigte, Ältere und Kleinkinder. Hitzestress und Hitzetodesfälle sind noch unterschätzte Gefahren, wie sich bei der Hitzewelle im Jahr 2003 zeigte, als laut einer Studie in Westeuropa rund 70 000 Menschen ums Leben kamen – davon allein etwa 7 000 in Deutschland.

Neben den Änderungen der klimatologischen Bedingungen muss sich die Landeshauptstadt weiteren Veränderungen stellen: Dresden ist eine wachsende Stadt. Der Wohnraumbedarf ist deutlich spürbar und der Baudruck ist enorm. Neue Wohnblocks verdrängen eine Vielzahl schattenspendender Bäume und Grünflächen. Besonders im Innenstadtbereich ist diese Entwicklung bedenklich. So würde sich beispielsweise nach Bebauung der Cockerwiese deren klimatisch ausgleichende Wirkung stark verringern und damit der überwärmte Innenstadtbereich weiter ausdehnen. In der Bauleitplanung sollte auf eine möglichst geringe Versiegelung und eine möglichst reichhaltige Bepflanzung in Form von Bäumen, Dach- und Fassadenbegrünung geachtet werden. Diese Maßnahmen dienen dem Schutz vor Überschwemmungen bei Starkregenereignissen, ermöglichen den Erhalt von Flächen für Arten und Biotopen und sie stellen überdies eine Möglichkeit der Gesundheitsvorsorge durch ihre positive mikroklimatische Wirkung (Abkühlung durch Verdunstung über Grünstrukturen, Staubbindung, Lärmminderung) dar. Diese Vielzahl von positiven Effekten sollte bei der Stadtplanung mehr Beachtung finden.

Die Landeshauptstadt Dresden ist unter anderem Mitglied des Klima-Bündnis-Netzwerks, des Netzwerks “ICLEI – Local Governments for Sustainability” sowie des europäischen Netzwerks „Gesunde Städte” der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und setzt sich seit mehr als 25 Jahren für eine nachhaltige Stadtentwicklung ein.

Bereits in den Vorjahren zeigten sich die Dresdner Stadtlenker klimawandlerisch hochaktiv. Ein üppig ausgestattetes Projekt mit dem phantasievollen Namen REGKLAM wurde ins Leben gerufen, das wiederum Teil des lustig klingenden KLIMZUG-Programmes bildet. In der REGKLAM-Broschüre von 2013 (pdf hier) sollte in Abschnitt II eigentlich die wissenschaftliche Basis des Klimawandels in Dresden abgehandelt werden. Allerdings findet sich dort außer vielen Konjunktivformulierungen keine einzige Klimakurve. Wie sollen die Dresdner Bürger jetzt eigentlich etwas über den Klimawandel in ihrer Stadt aussagen, wenn ihnen nicht einmal die Klimaentwicklung der letzten Jahre und Jahrzehnte sowie der langfristige klimahistorische Kontext beschrieben wird.

Wir helfen gerne aus. Beginnen wir mit der Temperaturentwicklung in Sachsen (Abb. 1).  Es ist richtig, dass es in den letzten 30 Jahren wärmer geworden ist. Allerdings sieht man an der Temperaturkurve auch, dass die Erwärmung in Sachsen seit 1990 stagniert. Zwischen 1960 und 1990 hat es einen großen Sprung nach oben gegeben, seitdem erleben die Sachsen einen Hiatus.

 

Abb. 1: Temperaturentwicklung von Sachsen während der letzten 130 Jahre. Quelle: DWD.

 

Was könnte hinter dieser seltsamen Entwicklung stecken? Stammleser unseres Blogs ahnen es sicher bereits: Es sind die Ozeanzyklen, in diesem Fall die Nordatlantische Oszillation (NAO), die zwischen 1960-1990 einen steilen Aufstieg erfuhr. Wenn man weiter in der Geschichte zurückschaut, entdeckt man weitere Zusammenhänge zwischen Sachsens Temperatur und der NAO, z.B. eine Kältephase um 1940, die mit einer negativen NAO zusammenfällt (Abb. 2). Wäre es nicht wichtig gewesen, die Umfrageteilnehmer über die bedeutende Rolle der NAO für die Dresdner Temperaturentwicklung vor dem Ausfüllen des Fragebogens aufzuklären?

 

Abb. 2: Entwicklung des NAO-Ozeanzyklus während der letzten 150 Jahre. Quelle: By Delorme – Created by Marsupilami ; updated with 2015 data and produced with R code by DelormeData source : Hurrell, James & National Center for Atmospheric Research Staff Hurrell North Atlantic Oscillation (NAO) Index (station-based) / Hosted data / “DJFM North Atlantic Oscillation Index (Station-Based) “, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9386514

 

Ein weiterer Punkt der in der Pressemitteilung nur unvollständig angesprochen wird: Dresden besitzt bereits heute einen spürbaren städtischen Wärmeinseleffekt. Eine kürzliche Arbeit von Benz et al. 2017 zeigt für Dresden einen fetten roten Punkt auf der Karte der Anthropogenic Heat Intensity (AHI) (Abb. 3b).  Hätte man erwähnen können.

 

Abb. 3: Anthropogenic Heat Intensity (AHI) in Deutschland. a) Wetterstationen (“Air”), b) Satellitenmessungen (“Surface”), c) Grundwasser. Quelle: Abb. 4 aus Benz et al. 2017.

 

Die Temperaturentwicklung Sachsens während der letzten 1000 Jahre ist kurioserweise noch komplett unbekannt, wie unser MWP-Kartierprojekt ergab. Wäre es nicht angezeigt, zunächst besondere Anstrengungen zu unternehmen, die Klimageschichte Sachsens während der letzten Jahrtausende zu erforschen, um die heutige Entwicklung in einen historischen Kontext zu setzen? Offenbar hat man hierzu eher weniger Lust und interpretiert die aktuelle Entwicklung vollkommen im Freistil, ohne historische Kalibrierung.

Ähnlich sieht es bei Dürren und Starkregen aus. Man versäumt es, die Umfrageteilnehmer über wichtige Erkenntnisse des Deutschen Wetterdienstes und Umweltbundesamtes zu informieren: Bisher kein gesichterter Trend bei diesen Extremwetterarten:

Was bleibt ist Verwunderung. Man gibt in Dresden vor, sehr am Klima und seinen Folgen interessiert zu sein. Dabei unterlässt man es jedoch, die grundlegenden Fakten zum Klimawandel in lesbarer Form und in neutraler Weise aufzubereiten. Offensichtliche Datenlücken ignoriert und verschweigt man in fahrlässiger Weise. Welchen Wert kann eine Klimabefragung haben, wenn man den Bürgern diese wichtigen Informationen vorenthält und lieber auf das unwissenschaftliche Bauchgefühl abzielt? Die Verantwortlichen in Dresden müssen hier dringend ihre Hausaufgaben machen, um nicht vollends unglaubwürdig zu werden.

 

Ungemütliches Kalifornien: Vor 8200 Jahren war es stürmisch-nass

Das Klima der letzten Jahrtausende war nicht so stabil wie von einigen Zeitgenossen angenommen. Vor 8200 Jahren gab es einen ganz besonderen klimatischen Wechsel, den eine neue Studie von Jessica Oster und Kollegen unter die Lupe genommen hat. Hier die Pressemitteilung der Vanderbilt University vom 20. Juni 2017:

Wet and stormy weather lashed California coast…8,200 years ago

The weather report for California 8,200 years ago was exceptionally wet and stormy.

That is the conclusion of a paleoclimate study that analyzed stalagmite records from White Moon Cave in the Santa Cruz Mountains published online Jun. 20 in Nature Scientific Reports.

The Golden State’s 150-year stretch of unusually wet weather appears to have been marked by particularly intense winter storms and coincides with a climate anomaly in Greenland ice cores first detected in 1997. Before this “8.2 ka event” was discovered, scientists thought the world’s climate had been unusually stable during the Holocene, the geological epoch that covers the last 11,700 years of Earth’s history.

Since then researchers have associated the distinctive, 3.3-degree Celsius temperature dip in the Greenland ice cores with a catastrophic event: The drainage of two giant glacial lakes (Lake Ojibway and Lake Agassiz) located in northeastern North America caused by the collapse of massive ice sheet that covered much of the continent during the last ice age. In short order, the two lakes dumped enough melt water into the North Atlantic to disrupt the world’s oceanic and atmospheric circulation patterns and raise the sea level by somewhere between two to 10 feet. The tremendous freshwater flood has been associated with an extended cold snap in Europe, increased drought in Africa, weakened monsoons in Asia and strengthened monsoons in South America.

“This is the first high-resolution evidence of the response of the coastal California climate to the most distinctive event in the Holocene. Although the effects appear to have been less severe than in other parts of the world, it provides us with new information about the nature of this global climate event,” said Jessica Oster, assistant professor of earth and environmental sciences at Vanderbilt University, who directed the study.

Oster is a member of a small community of earth scientists pioneering the use of mineral deposits in caves as proxies for the prehistoric climate. Cave formations, including stalagmites and stalactites, can provide valuable information about the climate for the last 600,000 years. They have a built-in clock: The mineral deposits contain radioactive uranium-234 that decays into thorium-230 at a constant rate so the ratio of the two isotopes is determined by the date the mineral deposit formed. Seasonal variations in water seepage produce layers that can be dated with considerable precision. The ratios of other isotopes in the minerals including oxygen and carbon provide information about the temperature and nature of the vegetation in the region at the time the layers formed. Concentrations of trace elements like magnesium, strontium and phosphorus provide information about how wet the environment was.

“Events like this are particularly difficult to study because they are so brief,” said Oster. “Fast-growing stalagmites are particularly good for this purpose because they have very high temporal resolution.”

With a five-year grant from the National Science Foundation, Oster is analyzing stalagmites from two California caves in order to shed new light on the factors that produced megadroughts in the region during the late Pleistocene and early Holocene. During her studies, she discovered a stalagmite that was growing rapidly just before, during and after the 8.2 ka event. By analyzing the oxygen and carbon isotope ratios and the concentrations of the trace elements phosphorus and magnesium in the mineral layers formed from 6,900 to 8,600 years ago, Oster and her collaborators extracted a considerable amount of information about what was going on in the prehistoric California atmosphere.

According to the paper, “…the new record suggests that the 8.2 ka event was associated with a brief period of wetter conditions, potentially arising from increased storminess, and demonstrates a near synchronous climate response to this event on both sides of the Pacific.”

Climatologists are particularly interested in this prehistoric event because it can provide insight into what would happen if global warming reaches a point where glaciers in Greenland and other parts of the globe melt rapidly enough to dump large amounts of fresh water into the ocean. In 2003, for example, the Office of Net Assessment at the U.S. Department of Defense produced a study of prospective climate change specifically based on this event.

Coauthors of the study are Vanderbilt undergraduate student Jansen Gibson and former graduate student Aaron Covey; Warren Sharp from the Berkeley Geochronology Center; Bruce Rogers from the Western Cave Conservancy; and Hari Mix from Santa Clara University.

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Das kalte Sonne Blog versteht sich auch als Diskussionsplattform. Carsten Thumulla hat ein Gedankenexperiment zum Klima auf der Erde erstellt, das er zur Diskussion stellt. Das Dokument ist in drei Sprachversionen verfügbar:

deutsch: http://thumulla.com/home/ein_gedankenexperiment_zum_klima_auf_der_erde.html
englisch: http://thumulla.com/home/a_thought_experiment_over_the_climate_of_the_earth.html
russisch: http://thumulla.com/home/klimat_semli.html

Rückmeldungen bitte via Kontaktformular. Wir leiten dies dann an den Autor weiter.

 

Sauberere Luft trägt Teilschuld an arktischer Turboerwärmung

Was gibt Neues aus der Aerosolforschung? Im Oktober 2015 gab es gehörige Aufregung, als bekannt wurde, dass ein wichtiger Kühlprozess auf der Meeresoberfläche wohl unterschätzt wurde. Klimamodelle hatten ihn nicht auf der Rechnung. Es geht um Isopren, das sich unerwarteterweise auch abiotisch bilden kann (siehe Pressemitteilung des TROPOS). Die Implkationen sind enorm, wie The Register zusammenfasste:

A team of top-level atmospheric chemistry boffins from France and Germany say they have identified a new process by which vast amounts of volatile organic compounds (VOCs) are emitted into the atmosphere from the sea – a process which was unknown until now, meaning that existing climate models do not take account of it. The effect of VOCs in the air is to cool the climate down, and thus climate models used today predict more warming than can actually be expected. Indeed, global temperatures have actually been stable for more than fifteen years, a circumstance which was not predicted by climate models and which climate science is still struggling to assmilate. In essence, the new research shows that a key VOC, isoprene, is not only produced by living organisms (for instance plants and trees on land and plankton in the sea) as had previously been assumed. It is also produced in the “microlayer” at the top of the ocean by the action of sunlight on floating chemicals – no life being necessary. And it is produced in this way in very large amounts.

Auch der Standard berichtete:

Der hauchdünne Film, der zwei Drittel der Erdoberfläche bedeckt
Forscher fanden einen neuen Weg, wie Ozeane das “Wettermachermolekül” Isopren bilden können

Weiterlesen im Standard

Früher versuchten Klimamodellierer jedewede Abkühlung im Klima mit vermehrtem anthropogenem Ausstoß an Schwefeldioxid zu erklären. Wenn man dann aber die SO2-Entwicklung im Detail mit der Temperatur verglich, kollabierte der Zusammenhang schnell. Eine weitere Spielart des berühmten Aersoljokers, die zunächst durch einen Mangel an harten Daten zur zeitlichen SO2-Entwicklung nicht ans Licht kam. Seit einiger Zeit ist ein Großteil der Datenlücke jedoch zum Glück geschlossen. Über unseren Köpfen kreisende Satelliten erfassen den Schwefeldioxid-Ausstoß nun gewissenhaft und global. Das Goddard Space Flight Center der NASA beschrieb Ende 2015 den Datenschatz (via Science Daily):

New NASA satellite maps show human fingerprint on global air quality
Using new, high-resolution global satellite maps of air quality indicators, scientists tracked air pollution trends over the last decade in various regions and 195 cities around the globe.

Weiterlesen auf Science Daily

Früher leiteten Industrieunternehmen ihre Abgase ungefiltert direkt in die Luft. Diese Zeiten sind zum Glück in vielen Teilen der Erde vorbei, und die Luft wird wieder sauberer. Anstatt sich darüber zu freuen, gibt es nun Bedenken, dass dies die globale Erwärmung steigern könnte. Denn wenn der Dreck in der Luft das Sonnenlicht nicht mehr daran hindert, auf den Erdboden zu gelangen, dann gelangt mehr Energie auf die Erde. Spiegel Online erläuterte bereits vor mehr als zehn Jahren, 2005, die Bedenken:

Klimawandel Saubere Luft macht Forschern Sorge
Die Luft auf der Erde ist klarer geworden, so dass mehr Sonnenlicht den Erdboden erreichen kann, berichten Schweizer und amerikanische Forscher. Doch das ist nicht unbedingt eine gute Nachricht. Möglicherweise verstärkt die saubere Atmosphäre den Treibhauseffekt.

Weiterlesen auf Spiegel Online

Es ist schon eine Ironie, dass auf den Artikel dann mehr als 10 Jahre Temperaturstagnation folgten, der berühmte Hiatus/Slowdown. Hätte sich die globale Temperatur ohne die atmosphärische Aerosol-Säuberung vielleicht sogar abgekühlt? Das Thema ist übrigens auch heute noch aktuell. Gagné und Kollegen rechneten 2015 in den Geophysical Research Letters aus, dass das Nordpolareis in einer saubereren Atmosphäre schneller schmilzt als in einer Aerosol-reichen:

Impact of aerosol emission controls on future Arctic sea ice cover
We examine the response of Arctic sea ice to projected aerosol and aerosol precursor emission changes under the Representative Concentration Pathway (RCP) scenarios in simulations of the Canadian Earth System Model. The overall decrease in aerosol loading causes a warming, largest over the Arctic, which leads to an annual mean reduction in sea ice extent of approximately 1 million km2 over the 21st century in all RCP scenarios. This accounts for approximately 25% of the simulated reduction in sea ice extent in RCP 4.5, and 40% of the reduction in RCP 2.5. In RCP 4.5, the Arctic ocean is projected to become ice-free during summertime in 2045, but it does not become ice-free until 2057 in simulations with aerosol precursor emissions held fixed at 2000 values. Thus, while reductions in aerosol emissions have significant health and environmental benefits, their substantial contribution to projected Arctic climate change should not be overlooked.

Ob die Klimamodelle den Effekt schon berücksichtigt haben? Muss das CO2 nun wieder ein Stück Erwärmungswirkung abgeben, da ein ganz anderer Mechanismus die Erwärmung erzeugt hat? Im März 2016 erhärtete sich der Verdacht, dass ein Teil der beobachteten “arktischen Turboerwärmung” Folge einer Abnahme im Aerosolgehalt ist. Ein Team um Acosta Navarro berichtete in Nature Geoscience:

Amplification of Arctic warming by past air pollution reductions in Europe
The Arctic region is warming considerably faster than the rest of the globe1, with important consequences for the ecosystems2 and human exploration of the region3. However, the reasons behind this Arctic amplification are not entirely clear4. As a result of measures to enhance air quality, anthropogenic emissions of particulate matter and its precursors have drastically decreased in parts of the Northern Hemisphere over the past three decades5. Here we present simulations with an Earth system model with comprehensive aerosol physics and chemistry that show that the sulfate aerosol reductions in Europe since 1980 can potentially explain a significant fraction of Arctic warming over that period. Specifically, the Arctic region receives an additional 0.3 W m−2 of energy, and warms by 0.5 °C on annual average in simulations with declining European sulfur emissions in line with historical observations, compared with a model simulation with fixed European emissions at 1980 levels. Arctic warming is amplified mainly in fall and winter, but the warming is initiated in summer by an increase in incoming solar radiation as well as an enhanced poleward oceanic and atmospheric heat transport. The simulated summertime energy surplus reduces sea-ice cover, which leads to a transfer of heat from the Arctic Ocean to the atmosphere. We conclude that air quality regulations in the Northern Hemisphere, the ocean and atmospheric circulation, and Arctic climate are inherently linked.

Ein Rückgang der Aersole mit entsprechendem Klimaeffekt ist auch aus Alabama beschrieben worden (Attwood et a 2014).

 

Superkorallen fürchten keine Korallenbleiche

Der Niedersachsenkanal von NDR Fernsehen sendete am 6. Juni 2017 einen absolut sehenswerten Bericht zur Korallenforschung in Wilhelmshaven. Forscher fanden dort, dass sich Korallen an erhöhte Wassertemperaturen anpassen können, und zwar durch eine veränderte Symbiontenwahl. Jungtiere hätten deutlich bessere Chancen als ihre Eltern. Hier geht es zum Filmbericht “Korallen trotzen Klimawandel“.

Zwei Wochen später, am 20. Juni 2017, ähnlich gute Nachrichten in der ARD Tagesschau. Die Kernaussage des Beitrags:

Befund von US-Forschern: Das Ende der Korallenbleiche?
[...] Das weltweite Korallensterben ist nach Ansicht von US-Forschern vorerst beendet. Wie die zuständige Behörde NOAA mitteilte, sei die seit drei Jahren grassierende Korallenbleiche abgeflaut. Die Wissenschaftler hatten für ihre Untersuchung Satellitenbilder und Modellrechnungen ausgewertet. [...]

Der Rest des Beitrags ist Klimaalarm. Offenbar war es dem zuständigen Redakteur dann doch zu ungeheuer, gute Klimanachrichten verbreiten zu müssen. Da hat er die Meldung einfach mit Klimaalarm aus der Konserve gemischt.

Bereits am 26. Mai 2017 war eine bahnbrechende Arbeit im Nature-Ableger Scientific Reports erschienen, in der Emma Camp und Kollegen von “Superkorallen” aus Neukaledonien berichteten, die dort in einer heißen, sauren, sauerstoffarmen Lagune bestens gedieh:

Reef-building corals thrive within hot-acidified and deoxygenated waters
Coral reefs are deteriorating under climate change as oceans continue to warm and acidify and thermal anomalies grow in frequency and intensity. In vitro experiments are widely used to forecast reef-building coral health into the future, but often fail to account for the complex ecological and biogeochemical interactions that govern reefs. Consequently, observations from coral communities under naturally occurring extremes have become central for improved predictions of future reef form and function. Here, we present a semi-enclosed lagoon system in New Caledonia characterised by diel fluctuations of hot-deoxygenated water coupled with tidally driven persistently low pH, relative to neighbouring reefs. Coral communities within the lagoon system exhibited high richness (number of species = 20) and cover (24–35% across lagoon sites). Calcification rates for key species (Acropora formosa, Acropora pulchra, Coelastrea aspera and Porites lutea) for populations from the lagoon were equivalent to, or reduced by ca. 30–40% compared to those from the reef. Enhanced coral respiration, alongside high particulate organic content of the lagoon sediment, suggests acclimatisation to this trio of temperature, oxygen and pH changes through heterotrophic plasticity. This semi-enclosed lagoon therefore provides a novel system to understand coral acclimatisation to complex climatic scenarios and may serve as a reservoir of coral populations already resistant to extreme environmental conditions.

Newsweek berichtete am 9. Juni 2017 über die Studie:

‘Super Corals’ on Australia’s Great Barrier Reef May Save it From Climate Change, Scientists Discover

Plötzlich hagelt es Erfolgsnachrichten aus allen Teilen der Erde. Der ORF schrieb am 17. Mai 2017:

Sensationsfund: Koralle trotzt dem Klimawandel
Eine Koralle aus dem Roten Meer erweist sich als erstaunlich resistent gegenüber dem Klimawandel. Forscher haben eine Vision: Mit dieser Art könnte man sterbende Korallenriffe neu besiedeln.

Weiterlesen beim ORF.

Und auch in Hawaii vermutet man Superkorallen, die alles ertragen können, wie das Handelsblatt bereits am 7. November 2015 erklärte:

Mit Super-Korallen dem Klimawandel trotzen
Korallen sind empfindliche Wesen. Wenn die Wassertemperatur zu hoch wird, bleichen sie aus und können absterben. Vor Hawaii suchen Meeresforscher nach der Super-Koralle, die der globalen Erwärmung trotzt.

Weiterlesen im Handelsblatt

Am 17. Mai 2017 berichtete die Wildlife Conservation Society zudem über geeignete Rückzugsorte für gefährdete Korallen:

Climate change refuge for corals discovered (and how we can protect it right now)

Refuge could preserve climate-sensitive corals due to environmental gradients that allow for coral acclimatization

WCS scientists have discovered a refuge for corals where the environment protects otherwise sensitive species to the increasing severity of climate change. The bad news is that the reefs are showing signs of being overfished and weak compliance with local fisheries laws needs to be reversed to maintain the fish that help to keep reefs healthy. The scientists describe their findings in the journal Ecosphere.

Weiterlesen bei der Wildlife Conservation Society

 

Die ereignisreiche Dürregeschichte Chinas: Solare Schwankungen und pazifische Ozeanzyklen ließen den Regen tanzen

Bei jeder Dürre dasselbe: Stets gibt es einen Klimaktivisten, der einen Zusammenhang mit dem menschengemachten Klimawandel sieht und eine Abkehr vom frevelhaften Tun fordert. Dies begründet sich allerdings vor allem auf einer klimahistorischen Kurzsicht. Würden sich die Damen und Herren Aktivisten ein wenig mehr für die Geschichte des Klimas interessieren, würde ihnen ihr Denkfehler sofort auffallen.

Im heutigen Blogbeitrag wollen wir uns um die Dürregeschichte Chinas kümmern, die aufgrund einer Vielzahl von neuen Studien immer besser bekannt wird. Beginnen wir im Norden Chinas. Chen et al. (2014) beschrieben in Global and Planetary Change die Dürren auf dem Löss Plateau während der vergangenen 250 Jahre auf Basis von Baumringen. Das Resultat: Trocken- und Feuchtphasen wechselten stets ab. Ein stabiles Hydroklima hat es nie gegeben und ist auch für die Zukunft nicht anzunehmen. Antrieb der Schwankungen ist der PDO-Ozeanzyklus sowie Änderungen asiatischen Sommermonsun. Abstract:

A tree-ring based drought reconstruction (AD 1760–2010) for the Loess Plateau and its possible driving mechanisms
We have developed a 272-year ring-width chronology of Chinese pine (Pinus tabulaeformis) growing in the Huanglong Mountains, North China. Climatic response analyses revealed that mean January–July Palmer drought severity index (PDSI) has positive effect on the radial growth of pine trees. Based on the relationships, the mean January–July PDSI was reconstructed for the period from 1760 to 2010. The percentage of variance in the data explained by the reconstruction was 41% during the calibration period of 1950–2010. Spatial correlation analyses between the PDSI reconstruction and gridded PDSI data show that the PDSI reconstruction captures regional drought variations over the environmentally-sensitive area linked to the East Asian summer monsoon. Relatively wet periods are identified for AD 1766–1781, 1795–1804, 1811–1821, 1838–1859, 1884–1889, 1909–1914, 1937–1977 and 2003–2008. Dry conditions prevailed during AD 1760–1765, 1782–1794, 1805–1810, 1822–1837, 1860–1883, 1890–1908, 1915–1936, 1978–2002 and 2009–now. There is a reasonable agreement with dry/wet periods previously estimated from tree-ring data of the Kongtong Mountains of the Loess Plateau. Spatial correlation analyses with sea surface temperature in the Pacific Ocean and tropical Indian Ocean indicated that the Asian summer monsoon circulations play a role in modulating drought variations in the study area whereas the effects of the Pacific Decadal Oscillation are relatively strong.

Bleiben wir in Nordchina. Li et al. 2016 veröffentlichten in Dendrochronologia eine ähnliche Baumringstudie zum Fen River. Wiederum scheinen Ozeanzyklen im Pazifik verantwortlich zu zeichnen für die natürliche Variabilität der Regenfälle:

Tree-ring-based reconstruction of drought variability (1792–2011) in the middle reaches of the Fen River, North China
We developed a tree-ring chronology based on 52 ring-width series from 25 Pinus tabulaeformis trees at Tianlong Mountain (TLM) using the signal-free method. TLM is located in the middle reaches of the Fen River, North China, and is influenced by the East Asian monsoon system. Tree growth was highly correlated (0.789) with the Palmer Drought Severity Index (PDSI) from May to July and indicated a drought-stress growth pattern. Therefore, we developed a robust May-July PDSI reconstruction for 1792–2011 that explained 62.3% of the instrumental variance for 1951–2005. Severe drought years determined by the reconstruction are consistent with conditions reported in historical documents. The TLM PDSI reconstruction was consistent with other tree-ring-based hydroclimate reconstructions in North China; thus, it may accurately represent dry/wet changes that occur over a large area. Cyclical spectral peaks at 2–8 years in the reconstructed PDSI may indicate ENSO activity, as suggested by the positive correlation with the western Pacific sea-surface temperatures (SSTs) and the negative correlation with the eastern Pacific SSTs on the inter-annual scale.

Weiter mit Cai et al. 2015 in Paleo3, ebenfalls in Nordchina. Wieder das gleiche Bild: Zyklen im tropischen Westpazifik bestimmen das Dürregeschehen:

Reconstruction of drought variability in North China and its association with sea surface temperature in the joining area of Asia and Indian–Pacific Ocean
Using tree-ring data from the northernmost marginal area of the East Asian summer monsoon (EASM) in North China, May–July mean Palmer drought severity index (PDSI) was reconstructed back to 1767 AD. The reconstruction captured 52.8% of the variance over the calibration period from 1945 to 2005 AD and showed pronounced pluvial periods during 1850–1905, 1803–1811 and 1940–1961 and dry periods during 1814–1844, 1916–1932 and 1984–2012. These anomalous periods have previously been reported in other parts of North China. Spatial correlation analyses and comparisons with other hydroclimatic indices in North China indicated that our new PDSI reconstruction could represent spatial and temporal drought variability in this region well. Our work also suggested that the drying tendency currently observed in the northern part of North China (including the study area) is consistent with the weakening of the EASM. Meanwhile the drying trend was seemingly restrained at present in the southern part of North China. Spatial correlation patterns with global sea surface temperature (SST) indicated that the regional hydroclimatic variability in North China was tightly linked to SST over the joining area of Asia and Indian–Pacific Ocean (AIPO), especially over the tropical western Pacific. When SST from prior November to current July (NJ-SST) in the AIPO area was anomalously high (low), the thermal contrast between Asian land and ocean was weakened (strengthened), and the EASM was correspondingly weakened (strengthened), thereby causing droughts (pluvials) in North China. The results of this study do not only provide useful information for assessing the long-term climate change in North China, but also suggest that abnormal variability in NJ-SST over the AIPO area could be used to forecast hydroclimatic conditions in North China.

Und nun zu Yang et al. 2015, immer noch in Nordchina. Die Gruppe dokumentierte eine intensive Dürrephase vor 4200 Jahren, die es in sich hatte. Pressemitteilung der Baylor University vom 16. Februar 2015:

Study Sheds Light on How Populations Respond and Adapt to Climate Change

Using a relatively new scientific dating technique, a Baylor University geologist and a team of international researchers were able to document—for the first time—a drastic climate change 4,200 years ago in northern China that affected vegetation and led to mass migration from the area.

Steve Forman, Ph.D., professor of geology in the College of Arts & Sciences, and researchers—using a dating technique called Optically Stimulated Luminescence—uncovered the first evidence of a severe decrease in precipitation on the freshwater lake system in China’s Hunshandake Sandy Lands. The impact of this extreme climate change led to desertification—or drying of the region—and the mass migration of northern China’s Neolithic cultures. Their research findings appear in the January 2015 issue of the Proceedings of the National Academy of Sciences and are available online.

“With our unique scientific capabilities, we are able to assert with confidence that a quick change in climate drastically changed precipitation in this area, although, further study needs to be conducted to understand why this change occurred,” Forman said. Between 2001 and 2014, the researchers investigated sediment sections throughout the Hunshandake and were able to determine that a sudden and irreversible shift in the monsoon system led to the abrupt drying of the Hunshandake resulting in complications for the population. “This disruption of the water flow significantly impacted human activities in the region and limited water availability. The consequences of a rapid climatic shift on the Hunshandake herding and agricultural cultures were likely catastrophic,” Forman said.

He said these climatic changes and drying of the Hunshandake continue to adversely impact the current population today. The Hunshandake remains arid and even with massive rehabilitation efforts will unlikely regrow dense vegetation. “This study has far-reaching implications for understanding how populations respond and adapt to drastic climate change,” Forman said. Forman is the director of the Geoluminescence Dating Research Lab in the department of geology.

Nochmal Nordchina, diesmal Li et al. 2014 in den Geophysical Research Letters. Sie fanden, dass die Wüstengebiete damals viel kleiner waren als heute, weil die Temperaturen höher als heute waren und der ostasiatische Sommermonsun verstärkt wurde:

Distribution and vegetation reconstruction of the deserts of northern China during the mid-Holocene
Desertification is potentially a serious threat to society, and therefore, it is critical to understand how deserts may respond to future climate change. The mid-Holocene (6 ± 0.5 14C ka) was warmer than present, and the distribution of deserts at this time may have implications for understanding their response to future warming. Here we reconstruct the distribution of deserts in northern China during the mid-Holocene by combining data on vegetation type and the sedimentary facies of aeolian deposits. The results demonstrate that during the mid-Holocene, the deserts retreated northwestward to the location of the modern 300 mm isohyet. Most of the Eastern Desert was stabilized with steppe or forest-steppe vegetation, whereas the Western Desert exhibited no significant change and remained mobile, occupied by desert vegetation. The deserts in northern China were greatly reduced during the mid-Holocene because of the enhancement of the East Asian summer monsoon in a warmer climate than today.

Jetzt ein wenig weiter nach Westen, nach Nordwest China. Lee et al. 2015 beschrieben in The Holocene den engen Zusammenhang der dortigen Dürren mit den pazifischen Ozeanzyklen:

Reconstruction of the geographic extent of drought anomalies in northwestern China over the last 539 years and its teleconnection with the Pacific Ocean
Recent paleo-climatic/environmental studies have resulted in several high-resolution paleo-precipitation/moisture reconstructions in Northwestern (NW) China over extended periods. Nevertheless, those reconstructions are mostly about the climatic history of individual sites, while fine-grained portrayal and analysis of the geographic extent of drought anomalies across the entire NW China are still missing. We based our study on the dryness/wetness grade series of 19 sites in NW China, which are primarily derived from historical documents, to reconstruct the annual geographic extent of drought anomalies in NW China in AD 1470–2008. Our reconstruction reveals the following periods of drought in NW China: the AD 1470s–1490s, 1620s–1640s, 1700s–1720s, 1770s–1790s, 1860s–1870s, and 1910s–1930s. The most extremely dry years were AD 1928 and 1929. In addition, we found that the influence of El Niño Southern Oscillation (ENSO) on the geographic extent of drought anomalies in NW China was non-stationary at the inter-annual to multi-decadal timescale and that the correlation switched from positive to negative since the late ‘Little Ice Age’. We propose that this non-stationary relationship is attributable to the variance of ENSO and the strength of Asian Summer Monsoon. To conclude, we discuss the implications of the above findings within the context of global warming.

Auch in Nordostchina war der Monsunregen nicht stabil, wie das Lamont-Doherty Earth Observatory (Columbia University) am 6. Februar 2017 mitteilte:

Shifting Monsoon Altered Early Cultures in China, Study Says

The annual summer monsoon that drops rain onto East Asia, an area with about a billion people, has shifted dramatically in the distant past, at times moving northward by as much as 400 kilometers and doubling rainfall in that northern reach. The monsoon’s changes over the past 10,000 years likely altered the course of early human cultures in China, say the authors of a new study.

Researchers from the Lamont-Doherty Earth Observatory and the Chinese Academy of Sciences in Xi’an studied ancient water levels for Lake Dali, a closed-basin lake in Inner Mongolia in the northeast of China. They found that the lake was six times larger and water levels were 60 meters higher than present during the early and middle Holocene — the period beginning about 11,700 years ago, and encompassing the development of human civilization. “I think it is important to emphasize that these spatial fluctuations in the monsoon drive large changes in northern China,” said Yonaton Goldsmith, a graduate student at Lamont-Doherty Earth Observatory and lead author of the paper. “When the monsoon is strong, it shifts northward and northern China becomes green. When the monsoon is weak, the monsoon stays in the south and northern China dries out. Such large fluctuations must have altered the ecosystems in northern China dramatically.”

The study, appearing this week in the Proceedings of the National Academy of Sciences, also ties the shifting monsoon to changes in Earth’s orbit and other periodic changes in the climate system. The study should help scientists understand how the monsoon is affected by those natural cycles, and how a changing climate today might influence the monsoon in the future. Goldsmith said it’s still unclear how the monsoon will react to global warming. One view is that the monsoon should grow stronger, but the area studied has been drying out over recent decades, he said, “so there is still a lot that needs to be done in that region before we can get definitive answers.”

Dali Lake is located near the northwestern limit of the East Asian monsoon, and so would reflect the changes brought about when the monsoon shifted north. The researchers studied outcrops of sediments left behind when the lake was far larger, and used those and other markers to construct a timeline of lake levels, and the fluctuation of rainfall over millennia. They found that the lake reached peak levels around 123,000 years ago, again around 58,000 years ago, and once more between 11,000 and 5,500 years ago. They tie the periodic increases in rainfall to the range of the monsoon shifting north by as much as 400 kilometers. The lake record is “highly correlated” with measurements taken earlier from cave deposits in both northern and southern China.

Between 5,500 and 5,000 years ago, the monsoon weakened and rainfall over northern China decreased by 50 percent, the researchers found. They speculate that this drying triggered a major cultural transition in the region. As they describe it, two early Neolithic societies, the Hongshan culture in North China and the Yangshao culture in central China, collapsed around 5,000 years ago. In central China, the following period saw the rise of more stratified and socially and politically complex societies, including the Longshan culture. Previously unoccupied areas on the eastern margin of the Tibetan plateau were populated. Meanwhile, northeast China experienced a sharp population decline, represented by the Xiaoheyan culture. “These findings show that climate change can have dramatic effects on human societies and highlight the necessity to understand the effect of global warming on rainfall patterns in China and all over the world,” the authors write.

Intense variations in rainfall may have played a role in the collapse of other civilizations. A study led by Lamont scientist Brendan Buckley, published several years ago, suggested that extended drought coupled with changes in the monsoon could have doomed Cambodia’s ancient Khmer civilization at Angkor nearly 600 years ago. Drought is thought to have played a role in the decline of the Classic Maya civilization, too, though in that case, another Lamont study suggests that the Maya themselves contributed to the drought by clearing forests for cities and crops. The Lake Dali paper’s other authors are Wallace S. Broecker, Pratigya J. Polissar and Peter B. deMenocal of Lamont-Doherty; Hai Xu, Jianghu Lan, Peng Cheng, Weijian Zhou and Zhisheng An of the State Key Laboratory of Loess and Quaternary Geology, Institute of Earth Environment, Chinese Academy of Sciences; and Naomi Porat of the Geological Survey of Israel.

This work was supported by a Gary Comer Science and Education Foundation grant to Yonaton Goldsmith and Pratigya J. Polissar; Columbia’s Center for Climate and Life; the National Basic Research Program of China Grant 2013CB955900; the External Cooperation Program of Bureau of International Cooperation, Chinese Academy of Sciences Grant 132B61KYSB20130003; and Lamont-Doherty Earth Observatory Contribution no. 8084.

Journal: Yonaton Goldsmith, Wallace S. Broecker, Hai Xu, Pratigya J. Polissar, Peter B. deMenocal, Naomi Porat, Jianghu Lan, Peng Cheng, Weijian Zhou, Zhisheng An. Northward extent of East Asian monsoon covaries with intensity on orbital and millennial timescales. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 201616708 DOI: 10.1073/pnas.1616708114

Hier noch der Abstract der Studie von Goldsmith et al. 2017:

Northward extent of East Asian monsoon covaries with intensity on orbital and millennial timescales
The magnitude, rate, and extent of past and future East Asian monsoon (EAM) rainfall fluctuations remain unresolved. Here, late Pleistocene–Holocene EAM rainfall intensity is reconstructed using a well-dated northeastern China closed-basin lake area record located at the modern northwestern fringe of the EAM. The EAM intensity and northern extent alternated rapidly between wet and dry periods on time scales of centuries. Lake levels were 60 m higher than present during the early and middle Holocene, requiring a twofold increase in annual rainfall, which, based on modern rainfall distribution, requires a ∼400 km northward expansion/migration of the EAM. The lake record is highly correlated with both northern and southern Chinese cave deposit isotope records, supporting rainfall “intensity based” interpretations of these deposits as opposed to an alternative “water vapor sourcing” interpretation. These results indicate that EAM intensity and the northward extent covary on orbital and millennial timescales. The termination of wet conditions at 5.5 ka BP (∼35 m lake drop) triggered a large cultural collapse of Early Neolithic cultures in north China, and possibly promoted the emergence of complex societies of the Late Neolithic.

Jetzt nach Zentralchina und Yin et al. 2014 (Climate of the Past). Ein Höhlentropfstein registrierte dort starke Schwankungen in den Niederschlägen während der letzten drei Jahrhunderte. Regenreiche Phasen ereigneten sich während Zeiten hoher solarer Aktivivität, die den Sommermonsun intensivierten: (weiterlesen …)

Historisches Eisschmelzdrama in Grönland: Vor 5000 Jahren gab es viel weniger Eis als heute

Das grönländische Inlandeis schmilzt derzeit. Das ist auch keine große Überraschung angesichts der Erwärmung der letzten 150 Jahre nach Ende der Kleinen Eiszeit. Was allerdings nur wenige wissen ist, dass der grönländische Eisschild vor ein paar tausend Jahren viel kleiner war als heute. Eine Arbeit von Briner et al. 2016 in den Quaternary Science Reviews fasste die Entwicklung des Grönlandeises schön zusammen:

Holocene climate change in Arctic Canada and Greenland
This synthesis paper summarizes published proxy climate evidence showing the spatial and temporal pattern of climate change through the Holocene in Arctic Canada and Greenland. Our synthesis includes 47 records from a recently published database of highly resolved Holocene paleoclimate time series from the Arctic (Sundqvist et al., 2014). We analyze the temperature histories represented by the database and compare them with paleoclimate and environmental information from 54 additional published records, mostly from datasets that did not fit the selection criteria for the Arctic Holocene database. Combined, we review evidence from a variety of proxy archives including glaciers (ice cores and glacial geomorphology), lake sediments, peat sequences, and coastal and deep-marine sediments. The temperature-sensitive records indicate more consistent and earlier Holocene warmth in the north and east, and a more diffuse and later Holocene thermal maximum in the south and west. Principal components analysis reveals two dominant Holocene trends, one with early Holocene warmth followed by cooling in the middle Holocene, the other with a broader period of warmth in the middle Holocene followed by cooling in the late Holocene. The temperature decrease from the warmest to the coolest portions of the Holocene is 3.0 ± 1.0 °C on average (n = 11 sites). The Greenland Ice Sheet retracted to its minimum extent between 5 and 3 ka, consistent with many sites from around Greenland depicting a switch from warm to cool conditions around that time. The spatial pattern of temperature change through the Holocene was likely driven by the decrease in northern latitude summer insolation through the Holocene, the varied influence of waning ice sheets in the early Holocene, and the variable influx of Atlantic Water into the study region.

In der Arbeit wird auch eine Kurve der Flächenveränderungen des grönländischen Eisschildes während der vergangenen 10.000 Jahre gezeigt, basierend auf einer Modellierung von Larsen et al. 2015 (Abb. 1). Schön zu erkennen das Schrumpfen des Eises nach der letzten Eiszeit. Vor etwa 5000 Jahren erreichte das Eis dann seine geringste Ausdehnung und wuchs in der Folge bis heute wieder an. Das heutige Abschmelzen wirkt dagegen eher untergeordnet.

 

Abbildung 1: Flächenveränderungen des grönländischen Eisschildes während der vergangenen 10.000 Jahre. Graphik: Briner et al. 2016 nach einer Modellierung von Larsen et al. 2015.

 

Jason Briner war auch Teil einer Eiskernstudie von Thomas et al. 2016, die interessante Hintergrundinformationen liefert. Als das Eis vor 6000-4000 Jahren besonders stark abschmolz und die globalen Temperaturen ein Maximum erreichten, nahm auch der Schneefall zu. Warme Zeiten sind also schneereiche Zeiten in Grönland. Hier die Pressemitteilung der University at Buffalo vom 23. Mai 2016:

A history of snowfall on Greenland, hidden in ancient leaf waxes
A surprising trove of data yields indications of increased Arctic snowfall in times of warming

The history of Greenland’s snowfall is chronicled in an unlikely place: the remains of aquatic plants that died long ago, collecting at the bottom of lakes in horizontal layers that document the passing years. Using this ancient record, scientists are attempting to reconstruct how Arctic precipitation fluctuated over the past several millennia, potentially influencing the size of the Greenland Ice Sheet as the Earth warmed and cooled. An early study in this field finds that snowfall at one key location in western Greenland may have intensified from 6,000 to 4,000 years ago, a period when the planet’s Northern Hemisphere was warmer than it is today. While more research needs to be done to draw conclusions about ancient precipitation patterns across Greenland, the new results are consistent with the hypothesis that global warming could drive increasing Arctic snowfall — a trend that would slow the shrinkage of the Greenland Ice Sheet and, ultimately, affect the pace at which sea levels rise.

“As the Arctic gets warmer, there is a vigorous scientific debate about how stable the Greenland Ice Sheet will be. How quickly will it lose mass?” says lead researcher Elizabeth Thomas, PhD, an assistant professor of geology in the University at Buffalo College of Arts and Sciences who completed much of the study as a postdoctoral fellow at the University of Massachusetts Amherst. “Climate models and observations suggest that as temperatures rise, snowfall over Greenland could increase as sea ice melts and larger areas of the ocean are exposed for evaporation. This would slow the decline of the ice sheet, because snow would add to its mass,” Thomas says. “Our findings are consistent with this hypothesis. We see evidence that the ratio of snow to rain was unusually high from 6,000 to 4,000 years ago, which is what you would expect to see if sea ice loss causes snowfall to increase in the region.” The research was published on May 23 in Geophysical Research Letters, a journal of the American Geophysical Union.

Aquatic plant leaf waxes as a record of snowfall

Thomas’ research looks to understand how precipitation changed in the past, with an eye toward better predicting how modern warming will affect the Earth. “We are using the past to see what might happen in the future,” she says. Aquatic leaf waxes are a relatively new tool for completing this work. They reveal information about the seasonality of precipitation — how amounts of ancient summer rain compared to amounts of ancient winter snow. To understand how aquatic leaf waxes function as a historical record, you need to know a little about aquatic plants. In the Arctic, these organisms survive on lake water, and use hydrogen atoms from this water to produce wax coatings on leaves.

These hydrogen atoms are the key to studying precipitation: In years when the ratio of summer rain to winter snow in a region is high, lake water and aquatic leaf waxes end up containing high levels of a rare form of hydrogen called deuterium, which is heavier than “normal” hydrogen. (This is because summer rain holds more deuterium than winter snowfall.) In contrast, in years when snow is relatively abundant, aquatic plants start producing waxes with less deuterium. This is what Thomas and her colleagues saw when they extracted a long, cylindrical sediment sample from a lake bottom in western Greenland. The mud contains ancient leaf waxes, with the oldest at the base of the column and the youngest at the top.

By dating and analyzing thin slices of the sample, the team determined that aquatic leaf waxes had low levels of deuterium from 6,000 to 4,000 years ago. This is exactly what researchers would expect to see if the warm temperatures of that time had fueled sea ice loss, leading to increased Arctic snowfall and a decline in deuterium in lakes, Thomas said. She acknowledged that it’s possible that a drop in summer rainfall accounted for the changes in deuterium, but says a rise in winter snowfall is the more likely explanation, as scientists have found independent evidence that the region was wetter 6,000 to 4,000 years ago.

The research team included UB Associate Professor of Geology Jason Briner; undergraduate student John J. Ryan-Henry from Brown University, the University of Rhode Island and the Roger Williams University School of Law; and Professor Yongsong Huang from Brown University and the Chinese Academy of Sciences. The study was funded by the National Science Foundation and research grants from the Geological Society of America.

Das Schmelzen des Grönlandeises läuft wie nicht anders zu erwarten in jahreszeitlichen Zyklen ab. Im Sommer schmilzt das Eis und im Winter wächst es dann wieder. Allerdings verschiebt sich das Niveau momentan jedes Jahr nach unten. Der winterliche Eiszuwachs kann die sommerliche Schmelze nicht voll ausgleichen. Harig & Simons haben 2016 die Entwicklung detailliert dokumentiert:

 

Abb 2. Veränderung der grönländischen Eismasse während der letzten 15 Jahre. Quelle Harig & Simons 2016.

 

Hier der Abstract der Arbeit:

Ice mass loss in Greenland, the Gulf of Alaska, and the Canadian Archipelago: Seasonal cycles and decadal trends
Over the past several decades mountain glaciers and ice caps have been significant contributors to sea level rise. Here we estimate the ice mass changes in the Canadian Archipelago, the Gulf of Alaska, and Greenland since 2003 by analyzing time-varying gravimetry data from the Gravity Recovery and Climate Experiment. Prior to 2013, interannual ice mass variability in the Gulf of Alaska and in regions around Greenland remains within the average estimated over the whole data span. Beginning in summer 2013, ice mass in regions around Greenland departs positively from its long-term trend. Over Greenland this anomaly reached almost 500 Gt through the end of 2014. Overall, long-term ice mass loss from Greenland and the Canadian Archipelago continues to accelerate, while losses around the Gulf of Alaska region continue but remain steady with no significant acceleration.

Das grönländische Inlandeis hat sich in den letzten Jahrzehnten zunehmend verdunkelt, so dass die Rückstrahlkraft (Albedo) abgenommen hat. Hierdurch verstärkt sich die Schmelze, wie Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory am 3. März 2016 per Pressemitteilung bekanntgab:

Greenland’s Ice Is Getting Darker, Increasing Risk of Melting

Greenland’s snowy surface has been getting darker over the past two decades, absorbing more heat from the sun and increasing snow melt, a new study of satellite data shows. That trend is likely to continue, with the surface’s reflectivity, or albedo, decreasing by as much as 10 percent by the end of the century, the study says. The culprits are two feedback loops that are created by the melting itself. One of those processes isn’t visible to the human eye, but it is having a profound effect.

(weiterlesen …)

Heftige Überschwemmungen in Großbritannien 2013-2015 bilden Teil der natürlichen Variabilität: Politik hat Flutschutz sträflich vernachlässigt

In den Wintern 2013/14 und 2014/15 ereigneten sich in Großbritannien schwere Überschwemmungen nach Starkregenfällen. Insbesondere 2013/14 wurden die Einwohner regelrecht überrascht, hatte der britische Wetterdienst (Met Office) doch ursprünglich einen sehr trockenen Winter prognostiziert. Einige Medien und Forscher fackelten nicht lange und hatten den Schuldigen schnell ausgemacht: Den menschengemachten Klimawandel (siehe z.B. Der Standard, Stuttgarter Zeitung, Süddeutsche Zeitung). Nun wissen wir aber, dass gewissenhafte Forscher seine Zeit braucht. Daher konnte man umso gespannter sein, was eine seriöse Auswertung der historischen Überschwemmungsschäden in Großbritannien ergeben würde.

Am 20. März 2017 war es schließlich so weit. Neil Macdonald und Heather Sangster veröffentlichten im Fachblatt Hydrology and Earth System Science eine Analyse der großen Überschwemmungen in Großbritannien während der vergangenen 250 Jahre. Dabei entdeckten sie, dass es auch in der Vergangenheit immer wieder hochwasserreiche Phasen gegeben hat, z.T. sogar intensiver als in den letzten Jahren. Insofern bewegt sich das Überschwemmungsgeschehen der letzten Jahre auf der britischen Insel noch voll und ganz im Bereich der natürlichen Schwankungsbreite. Auf der Suche nach möglichen Antrieben für die beobachtete Variabilität der Hochwässer wurden die Forscher im Atlantik fündig. Ozeanzyklen wie die Atlantische Multidekadenoszillation (AMO) und Nordatlantische Oszillation (NAO) scheinen hier eine wichtige Rolle zu spielen. Anbei der Abstract der wichtigen neuen Studie:

High-magnitude flooding across Britain since AD 1750
The last decade has witnessed severe flooding across much of the globe, but have these floods really been exceptional? Globally, relatively few instrumental river flow series extend beyond 50 years, with short records presenting significant challenges in determining flood risk from high-magnitude floods. A perceived increase in extreme floods in recent years has decreased public confidence in conventional flood risk estimates; the results affect society (insurance costs), individuals (personal vulnerability) and companies (e.g. water resource managers). Here, we show how historical records from Britain have improved understanding of high-magnitude floods, by examining past spatial and temporal variability. The findings identify that whilst recent floods are notable, several comparable periods of increased flooding are identifiable historically, with periods of greater frequency (flood-rich periods). Statistically significant relationships between the British flood index, the Atlantic Meridional Oscillation and the North Atlantic Oscillation Index are identified. The use of historical records identifies that the largest floods often transcend single catchments affecting regions and that the current flood-rich period is not unprecedented.

Eine Studie von Foulds et al. 2013 im Fachblatt Hydrological Processes untersuchte die Überschwemmungsgeschichte in Südwest England und fand besonders häufige Hochwässer Ende des 19. bis Anfang des 20. Jahrhunderts. Die Autoren beschrieben einen Zusammenhang mit der NAO:

The chronology and the hydrometeorology of catastrophic floods on Dartmoor, South West England
Extreme floods are the most widespread and often the most fatal type of natural hazard experienced in Europe, particularly in upland and mountainous areas. These ‘flash flood’ type events are particularly dangerous because extreme rainfall totals in a short space of time can lead to very high flow velocities and little or no time for flood warning. Given the danger posed by extreme floods, there are concerns that catastrophic hydrometeorological events could become more frequent in a warming world. However, analysis of longer term flood frequency is often limited by the use of short instrumental flow records (last 30–40 years) that do not adequately cover alternating flood-rich and flood-poor periods over the last 2 to 3 centuries. In contrast, this research extends the upland flood series of South West England (Dartmoor) back to ca AD 1800 using lichenometry. Results show that the period 1820 to mid-1940s was characterized by widespread flooding, with particularly large and frequent events in the mid-to-late 19th and early 20th centuries. Since ca 1850 to 1900, there has been a general decline in flood magnitude that was particularly marked after the 1930s/mid-1940s. Local meteorological records show that: (1) historical flood-rich periods on Dartmoor were associated with high annual, seasonal and daily rainfall totals in the last quarter of the 19th century and between 1910 and 1946, related to sub-decadal variability of the North Atlantic Oscillation and receipt of cyclonic and southerly weather types over the southwest peninsula; and (2) the incidence of heavy daily rainfall declined notably after 1946, similar to sedimentary archives of flooding. The peak period of flooding on Dartmoor predates the beginning of gauged flow records, which has practical implications for understanding and managing flood risk on rivers that drain Dartmoor.

Auch Paul Homewood dokumentierte anhand von vielen Statistiken ein regenreiches frühes 20. Jahrhundert in Großbritannien (hier und hier). Nach dem ersten überschwemmungsreichen Winter 2013/14 fasste eine Gruppe um Chris Huntingford die Modellierungsherausforderung in einem Artikel in Nature Climate Change im August 2014 zusammen. Man müsse zunächst alle möglichen Treiber verstehen, bevor man große Modellierungsanstrengungen unternähme. Unter anderem müsse man die Ozeanzyklen, solare Aktivitätsschwankungen, Veränderungen im arktischen Meereis, Landnutzung und die Bevölkerungsdynamik unter die Lupe nehmen:

Potential influences on the United Kingdom’s floods of winter 2013/14
During the winter of 2013/14, much of the UK experienced repeated intense rainfall events and flooding. This had a considerable impact on property and transport infrastructure. A key question is whether the burning of fossil fuels is changing the frequency of extremes, and if so to what extent. We assess the scale of the winter flooding before reviewing a broad range of Earth system drivers affecting UK rainfall. Some drivers can be potentially disregarded for these specific storms whereas others are likely to have increased their risk of occurrence. We discuss the requirements of hydrological models to transform rainfall into river flows and flooding. To determine any general changing flood risk, we argue that accurate modelling needs to capture evolving understanding of UK rainfall interactions with a broad set of factors. This includes changes to multiscale atmospheric, oceanic, solar and sea-ice features, and land-use and demographics. Ensembles of such model simulations may be needed to build probability distributions of extremes for both pre-industrial and contemporary concentration levels of atmospheric greenhouse gases.

In den Schlussfolgerungen erläutern die Autoren, dass es bei den Überschwemmungen in Großbritannien derzeit keinen Trend gäbe. Zudem könne nicht ausgeschlossen werden, dass verminderte Schneemengen in einer wärmeren Welt insgesamt zu einer Verringerung des Überflutungsrisikos führen wird:

Although there is some observational evidence of intensification of UK rainfall, there is little suggestion of emerging trends in precipitation-driven (that is, non-tidal) high-magnitude UK floods; less UK ice and snowmelt in a warming world may suppress flood risk.

Wie in vielen Bereichen des Lebens meldeten sich ein paar Monate später sogleich Bedenkenträger. Man habe doch sowieso keine Chance, die britischen Überschwemmungen modellmäßig in den Griff zu bekommen, gaben Geert Jan van Oldenborgh und Kollegen im Mai 2015 in Nature Climate Change zu Protokoll, denn keiner der von Huntingford und Kollegen angeführten Parameter hätte für die bisherige Entwicklung  irgendeinen statistischen Wert gezeigt:

Drivers of the 2013/14 winter floods in the UK
“To conclude, due to the lack of any strong associations with precipitation in southern England, we find it difficult to believe that any of the proposed drivers could have been responsible for the extreme event in winter 2013/14.“

Ein starkes Stück, denn historische Studien hatten doch eigentlich einen Zusammenhang mit AMO und NAO festgestellt (siehe oben). Huntigford et al. 2015 antworteten geduldig. Man müsse hier etwas großmaßtäblicher im Atlantik vorgehen und sich nicht nur auf eine kleine Region wie Südengland beschränken:

The disagreement is essentially one of spatial scale: their arguments are based on a particularly localized measure of rainfall for southern England, rather than the Atlantic atmospheric circulation or more UK-wide precipitation and river flows that we discussed.

Recht haben sie!

Überhaupt gab es in der britischen Winterflut-Diskussion etliche geistige Kurzschlüsse. Auf dem Höhepunkt der ersten winterlichen Fluten trat der damalige Premierminister David Cameron vor die Mikrofone und erklärte kurzerhand den Klimawandel zum Schuldigen der Misere. Auch die Chefin des Met Office, Julia Slingo, vertrat diese Ansicht. Ihre Mitarbeiter waren darüber ‘not amused’ und kritisierten sie für diesen Schnellschuss heftig. Hatte die Met Office Chefin durch zuviel Verwaltungsarbeit den wissenshaftlichen Boden unter den Füßen verloren? Andrew Montford berichtete am 18. Februar 2014 im Spectator über den Vorfall:

Why the Met Office has hung its chief scientist out to dry

Last week the Met Office and the Centre for Ecology and Hydrology issued an admirable joint report on the floods and their possible connection to climate change, concluding that it is not possible to make such a link. ‘As yet’, it said, ‘there is no definitive answer on the possible contribution of climate change to the recent storminess, rainfall amounts and the consequent flooding’. In many ways this was not much of a surprise, since only the wild activist fringe among the climate science community have tended to try to make the link in the past.

Taking such a level-headed view, the Met Office report represented a valuable opportunity to bring some calm to an increasingly frenzied debate over the flooding. However, unfortunately for everyone, the good work was all undone by the Met Office’s own chief scientist, Professor Dame Julia Slingo. Newly ennobled in the New Year’s honours list, Slingo seems to have found the temptation to put a global warming spin on everything that crosses her desk too much, and she blurted out to journalists the extraordinary claim that ‘all the evidence suggests there is a link to climate change’.

Weiterlesen im Spectator

Es ist für die Politik natürlich sehr bequem, dem Klimawandel die Schuld für die Fluten in die Schuhe zu schieben. In Wirklichkeit hatte man jahrelang bei der Hochwasser-Sicherung geschludert, wichtige Investionen unterlassen. Die FAZ fand am 28. Dezember 2015 klare Worte:

Hochwasser in England: In den Wogen der Kritik
Angesichts der heftigen Überschwemmungen in Nordengland muss sich David Cameron bohrende Fragen nach dem Hochwasserschutz gefallen lassen. Der Premier stapft mit Gummistiefeln durch die Fluten – und schiebt alle Schuld auf den Klimawandel. 

Noch nie dagewesen“ und „warum“ sind die zwei Begriffe, die in der jüngsten britischen Hochwasserkatastrophe refrainartig wiederholt werden. Warum führe die Regierung beispielsweise zwölf Milliarden Pfund an Entwicklungsländer ab, wo doch die eigenen Steuerzahler der Hilfe bedürften? Warum wurde eine wesentliche Flutbarriere in York nicht in Betrieb gesetzt? Und warum hat die Regierung den Rat der Experten nicht beachtet, die Maßnahmen zur Anpassung an den Klimawandel empfohlen hätten? Lauter Fragen, auf die es von offizieller Seite bislang nur eine Antwort gab: dass die bestehenden Schutzmaßnahmen eine Überprüfung erforderten.

Weiterlesen in der FAZ.

Auch der Sunday Express nahm einen Tag später kein Blatt vor den Mund:

Historic weather records rubbish Cameron’s attempts to blame floods on global warming
David Cameron has sparked outrage by blaming Britain’s flood crisis on global warming while admitting defences are not fit for purpose.

The Prime Minister said more frequent ‘extreme weather events’ driven by climate change were the main driver as Cumbria and the north braces for more hell. However experts branded his comments “ludicrous excuses” blaming lack of investment on flood defences for the disaster and pointed to historic flooding which pre-dated global warming. They accused the Prime Minister of deflecting attention away from accusations Britain is woefully unprepared for severe weather. Climatologists say although devastating, the floods have nothing to do with global warming but are part of a natural weather cycle.Weiterlesen im Sunday Express. Weitere Artikel hier, hier und hier.

Das Argument höherer Überschwemmungsversicherungsschäden sticht nicht. Der Schadensanstieg ist schlichtweg eine Folge eines Zuwachses an versicherten Werten, wie die University of Southampton am 20. August 2014 mitteilte:

Increase in reported flooding a result of higher exposure

A rise in the number of reported floods in the UK over the past 129 years can be related to increased exposure, resulting from urban expansion and population growth, according to new research by the University of Southampton.

In one of the most comprehensive studies of its kind, scientists have discovered that although the number of reported floods has gone up during the 20th and 21st Century, this trend disappears when the figures are adjusted to reflect population growth and increased building numbers over the same period. Published in the journal Hydrological Sciences, the study looks at data sets from 1884 to 2013 and found an upward trend in reported flooding, with flood events appearing more frequently towards the end of the 20th century, peaking in 2012 when annual rainfall was the second highest in over 100 years.

The rise in UK flood reports over the 20th Century coincides with population growth from 38.2 million to 59.1 million and a tripling in the number of houses, from 7.7 million to 24.8 million. “As a result there were more properties exposed to flooding and more people to report flooding,” says lead author Andrew Stevens. “A higher exposure to flooding will result in more reported flood events and larger potential damages.” The study found significant variation between decades in both the raw and adjusted data, with the years between 1908 -1934, 1977 – 1988 and 1998 – 2013 featuring a relatively high numbers of reported floods.

The effect of increasing and improving flood defences is unclear. While upgrades to artificial defences, like the Thames Barrier, have reduced the effect of extreme sea level events, natural flood defences may have declined over the study period. “Attributing periods of reduced flood damage simply to the effects of improved management is difficult and must be done with care,” says co-author Derek Clarke. Professor Robert Nicholls adds “These observations should not stop concern about future flood impacts, especially in coastal areas where faster sea-level rises are expected and areas potentially exposed to higher rainfall intensities. Future flood risk may be very sensitive to changes in funding or management approaches and this has important implications for decision makers.”

 

Eine interessante Übersicht zu britischen Wettertrends allgemein gibt es von Neil Catto.

Der menschengemachte Klimawandel ist eine globale Naturreligion

Von Uli Weber

Wir alle, oder zumindest fast alle, träumen von einem Urlaub auf einer malerischen Südseeinsel. Ein solches Bild ist für viele von uns der Inbegriff von Unabhängigkeit, Natur und Erholung. Aber wenn man zu lange in einem solchen Paradies lebt, kann man offenbar auf ziemlich komische Gedanken kommen, Zitat aus Wikipedia:

Mit dem Begriff Kapu (*Tapu), der als Tabu auch ins Deutsche drang, wurde in der traditionellen hawaiischen Gesellschaft ein unbedingtes Verbot bezeichnet, dessen Übertretung schwerste Strafen nach sich zog. Könige hatten die Macht, Tabus zu erlassen und aufzuheben. …

Wichtige Tabus betrafen bestimmte Speisen, Orte, Gegenstände, Tiere und Personen, die als Sitz oder Träger einer besonderen Art von Mana gekennzeichnet waren. Auch das Aussprechen bestimmter Worte oder Begriffe konnte auf solche Weise mit einem Verbot belegt sein. Männer und Frauen durften nicht gemeinsam essen, außer auf Seereisen in kleinen Kanus. Den Frauen war der Verzehr von Schwein, Meeresschildkröte und Hunden, sowie Bananen und Kokosnüssen durch Tabu grundsätzlich verboten…

Der Vollzug der Todesstrafe wegen Tabubruchs war keine Seltenheit. Darüber hinaus war das Brechen der Knochen und das Herausreißen der Augen als Strafe üblich…“

Kurz zusammengefasst, die freundlichen blumenbekränzten alten Hawaiianer hatten sich in ihrem kuscheligen Südseeparadies das Leben durch unsinnige Tabus zur Hölle gemacht. Tu‘ nicht dies, iss‘ das nicht und sag‘ ja nicht das böse Wort – kommt das vielleicht irgendjemandem bekannt vor?

Das ursprüngliche alte Hawaii war eine steinzeitliche Kultur. Im Laufe der kulturellen Evolution des Menschen hatte sich die pro Kopf verfügbare Energiemenge mehrfach drastisch erhöht und unseren heutigen Lebensstandard damit erst ermöglicht:

In steinzeitlichen Kulturen betrug die verfügbare pro-Kopf Energiemenge etwa das 3 bis 6-fache des menschlichen Grundbedarfs.

Im Zeitalter von Ackerbau und Viehzucht betrug die verfügbare pro-Kopf Energiemenge etwa das 18 bis 24-fache des Grundbedarfs.

Und in unserem Industriezeitalter beträgt die verfügbare pro-Kopf Energiemenge etwa das 70 bis 80-fache des Grundbedarfs.

Wir sind hier in den westlichen Industrienationen also eigentlich gar nicht mehr so weit vom richtigen Paradies entfernt. Jeder Einzelne von uns hier in den westlichen Industrienationen verfügt etwa über das 10-fache derjenigen Ressourcen, die einem alten Hawaiianer zur Verfügung gestanden haben. Irgendein kluger Mensch hat sogar einmal berechnet, dass jeder von uns damit etwa über den Lebensstandard eines römischen Kaisers verfügt. Die Rechnung ist ganz einfach, der Herr Kaiser hatte etwa 100 Bedienstete, die für ihn sorgten – und für uns sorgen 70 bis 80 fossil-elektrisch betriebene Helferlein in allen Lebensbereichen. Denn der industrielle Gebrauch von fossilen Energieträgern seit Beginn der Industrialisierung bestimmt heute den allgemeinen technologischen Lebensstandard, die Verfügbarkeit und Qualität von Lebensmitteln, die Kommunikation, das Transportwesen, unser Gesundheitswesen und damit auch unsere individuelle Lebenserwartung.

Es ist also völlig klar, dass man in unserem fossil betriebenen Paradies ebenfalls auf ganz eigenartige Gedanken kommen muss. Wir haben die zornige Göttin Pele der alten Hawaiianer also lediglich gegen eine gütige Mutter Gaia eingetauscht und uns für sie inzwischen ebenfalls ein paar schöne Tabus ausgedacht:

  • Eine zwanghafte CO2-Vermeidung,
  • eine globale Klimagerechtigkeit
    • und die Dekarbonisierung der ganzen Welt.

Und überhaupt: Mehr Gerechtigkeit für alle! – Wirklich für alle? – Nein, denn wer seine Stimme gegen CO2-Vermeidung, globale Klimagerechtigkeit und die Dekarbonisierung der Welt erhebt, für den gilt „mehr Gerechtigkeit für alle“ natürlich nicht, sondern eher weniger. Also keine Gerechtigkeit für „Klimaleugner“, denn das sind ja auch nur 3 Prozent, und die können schließlich ihren Minderheitenschutz hier beim Umweltbundesamt ab Seite 110 beantragen…

Im alten Hawaii gab es einstmals für Tabubrecher immerhin noch die Möglichkeit zu einem Happy-End. Wir erfahren nämlich auf Wikipedia auch, dass es im ursprünglichen Hawaii zwei Asylplätze (puʻuhonua) gab, wo Tabubrechern Schutz gewährt wurde. Der eine befand sich im Waipiʻo-Tal, der andere bei Hōnaunau.
Aber bis nach Hawaii müssen die „Klimaleugner“ schon ziemlich weit schwimmen…

 

Puʻuhonua o Hōnaunau – Foto U. Weber

 

 

Neues zum Svensmark-Wolkenverstärker: Und die Sonne tut es doch

Sonnenaktivität äußert sich nicht nur in Form von Sonnenflecken. Auch das Magnetfeld der Sonne ändert sich, dass wiederum die kosmische Strahlung beeinflusst. Henrik Svensmark hatte vor etlichen Jahren einen interessanten Zusammenhang der Sonnenaktivität mit den Wolken zeigen können. Bei näherem Hinschauen, musste man jedoch die Interaktion hinsichtlich geographischer Breite, Jahreszeit, Wolkenhöhe und anderen Parametern spezifizieren. Kritiker taten dies nicht und poduzierten mit ihrem zu pauschalen Ansatz jede Menge Fehlkorrelationen, die sie Svensmark hämisch vorwarfen. Mike Jonas gab am 10. Juni 2017 auf WUWT einen Überblick über die Grundlagen der Thematik. Henrik Svensmark selber fasste den Wissensstand im März 2015 in Europhysics News zusammen (pdf hier).

Die Svensmark-Gruppe arbeitet unterdessen fleißig weiter am Thema und publiziert regelmäßig neue Ergebnisse. Im September 2016 erschien im Journal of Geophysical Research ein Artikel zu Veränderungen in der Wolkendecke während starker Einbrüche in der kosmischen Strahlung:

The response of clouds and aerosols to cosmic ray decreases
A method is developed to rank Forbush decreases (FDs) in the galactic cosmic ray radiation according to their expected impact on the ionization of the lower atmosphere. Then a Monte Carlo bootstrap-based statistical test is formulated to estimate the significance of the apparent response in physical and microphysical cloud parameters to FDs. The test is subsequently applied to one ground-based and three satellite-based data sets. Responses (>95%) to FDs are found in the following parameters of the analyzed data sets. AERONET: Ångström exponent (cloud condensation nuclei changes), SSM/I: liquid water content, International Satellite Cloud Climate Project (ISCCP): total, high, and middle, IR-detected clouds over the oceans, Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS): cloud effective emissivity, cloud optical thickness, liquid water, cloud fraction, liquid water path, and liquid cloud effective radius. Moreover, the responses in MODIS are found to correlate positively with the strength of the FDs, and the signs and magnitudes of the responses agree with model-based expectations. The effect is mainly seen in liquid clouds. An impact through changes in UV-driven photo chemistry is shown to be negligible and an impact via UV absorption in the stratosphere is found to have no effect on clouds. The total solar irradiance has a relative decrease in connection with FDs of the order of 10−3, which is too small to have a thermodynamic impact on timescales of a few days. The results demonstrate that there is a real influence of FDs on clouds probably through ions.

In einer dazugehörigen Pressmitteilung erläuterten die Autoren die Ergebnisse. Eine Übersetzung der Pressemitteilung ins Deutsche gibt es auf EIKE, zusammen mit weiteren Hinweisen von Anthony Watts auf WUWT. Unterm Strich ist es hochinteressant, dass nun der Nachweis gelungen ist, dass sich die kosmische Strahlung in kurzen Maßstäben auf die Wolken auswirkt.

Im November 2016 konnte eine weitere Arbeit den Zusammenhang zwischen der Sonnenaktivität und der Wolkenbedeckung erhärten. S. Veretenenkoa und M. Ogurtsova publizierten ihre Ergebnisse im Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. Darin erklären sie Veränderungen in der Wechselwirkung von Sonne und Wolken:

Cloud cover anomalies at middle latitudes: Links to troposphere dynamics and solar variability
In this work we study links between low cloud anomalies (LCA) at middle latitudes of the Northern and Southern hemispheres and galactic cosmic ray (GCR) variations used as a proxy of solar variability on the decadal time scale. It was shown that these links are not direct, but realized through GCR/solar activity phenomena influence on the development of extratropical baric systems (cyclones and troughs) which form cloud field. The violation of a positive correlation between LCA and GCR intensity which was observed in the 1980s–1990s occurred simultaneously in the Northern and Southern hemispheres in the early 2000s and coincided with the sign reversal of GCR effects on troposphere circulation. It was suggested that a possible reason for the correlation reversal between cyclonic activity at middle latitudes and GCR fluxes is the change of the stratospheric polar vortex intensity which influences significantly the troposphere-stratosphere coupling. The evidences for a noticeable weakening of the polar vortices in the Arctic and Antarctic stratosphere in the early 2000s are provided. The results obtained suggest an important role of the polar vortex evolution as a reason for a temporal variability of solar activity effects on the lower atmosphere.

Die Anti-Sonnenfraktion fand natürlich wieder ein Haar in der Suppe. Interessierte Leser können sich auf WUWT ein Bild von Willis Eschenbachs Kritik machen.Es wäre toll, wenn Eschenbach seine Kritik einmal in Form einer offiziellen Discussion beim jeweiligen Journal einreichen würde.

Einen interessanten Schlagabtausch gab es auch zwischen Tsonis, Luo und Ye. Hier der letzte Beitrag der Serie in PNAS aus dem August 2015:

Reply to Luo et al.: Robustness of causal effects of galactic cosmic rays on interannual variation in global temperature
Tsonis et al. (1) recently used convergent cross mapping (CCM) (2) to identify a causal relationship between cosmic rays (CRs) and interannual variation in global temperature (ΔGT). Subsequently, Luo et al. (3) questioned this finding using the Clark implementation of CCM (version 1.0 of the multispatial CCM package).* This version of the CCM code, which has since been debugged by Clark, unfortunately contains errors that are not in the original rEDM software package that Tsonis et al. used. Thus, though well-intentioned, the Luo et al. (3) analysis is incorrect.

Weiterlesen in PNAS.

Unterstützung für das Svensmark-Modell gab es auch von Didebulidze und Todua. Im April 2016 publizierten sie im Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics eine Arbeit:

The inter-annual distribution of cloudless days and nights in Abastumani: Coupling with cosmic factors and climate change
We examined inter-annual variations and long-term trends of cloudless days (CD) and cloudless nights (CN) in 1957–1993 from Abastumani (41.75N, 42.82E), at different geomagnetic conditions and corresponding galactic cosmic rays (GCRs) flux changes. It showed possible influence of cosmic factors on cloud covering processes and, thus, climate change. It was demonstrated that (1) the inter-annual distribution of monthly mean values of planetary geomagnetic index Ap (for low and moderate disturbances) at CDs can be described by harmonic function with semiannual (with sharp maxima in March and September) and annual (with maximum in August) periodicities; (2) the inter-annual distribution of Ap index for CN has an additional maximum in June, where the largest decrease of GCR flux is observed. This phenomenon is expressed even stronger during Sudden Storm Commencement (SSC) events and strong geomagnetic disturbances (Ap≥50), when their relative numbers are the greatest and are accompanied by bigger reduction of GCRs flux; (3) the long-term trends of mean annual and mean seasonal values of Ap index and GCRs flux at CD and CN are estimated. It was detected that, for the latitudes of this region, long-term decreases (negative trends) of seasonal GCR flux are different at CD and CN, which could affect the radiative balance at the Earth’s surface and, as a result, contribute to the climate change.

In den Highlights heißt es:

  • Interannual distribution of geomagnetic Apindex is described by harmonic function.
  • Yearly maximum of Ap index for cloudless nights coincide with minimum of GCR flux.
  • Trends of Ap index and GCRs flux are different for cloudless days and nights.
  • Semiannual variations of lower-upper atmospheric parameters show their coupling.

 

Einen Rückschlag erlitt das Svensmark-Modell im Oktober 2016 als Kancirova et al. sich im Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics schwertaten, einen Zusammenhang zwischen kosmischer Strahlung und Wolken zu finden. In einigen Subkategorien fanden sie schließlich dann aber doch einen Zusammenhang, der es wert ist, weiterverfolgt zu werden.

Relevance of long term time – Series of atmospheric parameters at a mountain observatory to models for climate change
A detailed analysis has been made based on annual meteorological and cosmic ray data from the Lomnicky stit mountain observatory (LS, 2634 masl; 49.40°N, 20.22°E; vertical cut-off rigidity 3.85 GV), from the standpoint of looking for possible solar cycle (including cosmic ray) manifestations. A comparison of the mountain data with the Global average for the cloud cover in general shows no correlation but there is a possible small correlation for low clouds (LCC in the Global satellite data). However, whereas it cannot be claimed that cloud cover observed at Lomnicky stit (LSCC) can be used directly as a proxy for the Global LCC, its examination has value because it is an independent estimate of cloud cover and one that has a different altitude weighting to that adopted in the satellite-derived LCC. This statement is derived from satellite data (http://isccp.giss.nasa.gov/climanal7.html) which shows the time series for the period 1983–2010 for 9 cloud regimes. There is a significant correlation only between cosmic ray (CR) intensity (and sunspot number (SSN)) and the cloud cover of the types cirrus and stratus. This effect is mainly confined to the CR intensity minimum during the epoch around 1990, when the SSN was at its maximum.This fact, together with the present study of the correlation of LSCC with our measured CR intensity, shows that there is no firm evidence for a significant contribution of CR induced ionization to the local (or, indeed, Global) cloud cover. Pressure effects are the preferred cause of the cloud cover changes. A consequence is that there is no evidence favouring a contribution of CR to the Global Warming problem. Our analysis shows that the LS data are consistent with the Gas Laws for a stable mass of atmosphere.

Lange Zeit hatte man gehofft, dass das CLOUD-Projekt am CERN Fortschritte bringen könnte im Verständnis von Wolken und kosmischer Strahlung bzw. Sonnenaktivität. Am 4. November 2016 gab die Universität Frankfurt eine Pressemitteilung mit Ergebnisse heraus (via Science Daily):

Successful calculation of human and natural influence on cloud formation

CLOUD data are fed into a global aerosol model to calculate climate effects.

When new particles develop in the atmosphere, this influences cloud formation and with that the climate too. Since a few years, these complex processes have been reproduced in a large air chamber within the CLOUD experiment at CERN. Researchers have now used the results for the first time to calculate the production of aerosol particles in all the Earth’s regions and at different heights. The study published in the journal “Science,” in which researchers from Goethe University Frankfurt were involved, deciphers the role of the various chemical systems which are responsible for particle formation. They also determined the influence of ions which develop through cosmic radiation.

Soot particles, dust lifted up by the wind or sea spray account for only some of the particles in the atmosphere. Others develop from certain trace vapours, for example when individual sulphuric acid and water molecules cluster as tiny droplets. This formation of new particles is known as nucleation. Clouds are formed by water condensing on the larger aerosol particles or what are known as cloud condensation nuclei. The more cloud droplets develop, the more sunlight is reflected back into space. Climate models show that the additional particles caused by human activity produce a cooling effect which partially offsets the greenhouse effect. It is, however, less than previously assumed.

Aerosol particles from sulphuric acid and ammonia emissions

The model calculations presented in “Science” prove that about half the cloud condensation nuclei in the atmosphere originate from nucleation. In the atmosphere today, particle formation is dominated almost everywhere by mechanisms where at least three chemical components must come together: apart from the two basic substances, i.e. sulphuric acid and water, these are either ammonia or specific organic compounds such as oxidation products from terpenes. Close to ground level, organic substances from natural sources are important, whilst ammonia plays a key role higher up in the troposphere. Ammonia and sulphur emissions have increased considerably over the past decades as a result of human activities.

11-year solar cycle has scarcely any influence

CLOUD has also investigated how the 11-year solar cycle influences the formation of aerosol particles in our present-day atmosphere. The model calculations show that the effects as a result of changes in ionisation through the sun are too small to make a significant contribution to cloud formation. Although the ions are originally involved in the development of almost one third of all newly formed particles, the concentration of the large cloud condensation nuclei in the course of the 11-year cycle changes by only 0.1 percent — not enough to have any sizeable influence on the climate.

Cooling effects 27 percent less than expected

The CLOUD team has also presented first global model calculations for aerosol formation caused without the involvement of sulphuric acid and solely through extremely low volatile substances of biological origin (Gordon et al., PNAS). According to the findings, this process contributed significantly to particle formation above all in the pre-industrial atmosphere, since at that time far less sulphur components were released into the atmosphere. The number of particles in the pre-industrial atmosphere is now estimated to be far greater through the additional process than was shown in earlier calculations. The model calculations, which are based on data from the CLOUD experiment, reveal that the cooling effects of clouds are 27 percent less than in climate simulations without this effect as a result of additional particles caused by human activity: Instead of a radiative effect of -0.82 W/m2 the outcome is only -0.60 W/m2.

Das CERN konnte angeblich keinen spürbaren Effekt der kosmischen Strahlung auf die Wolken in ihrer Experimentierkammer finden. Eine große Enttäuschung für alle Svensmark-Fans. Aber wie vertrauenswürdig sind die Resultate? Schon früh trennte sich das CLOUD-Konsortium von Svensmark, so dass er keinen Einfluss mehr auf die Experimente nehmen konnte. Wollte das CERN vielleicht gar nichts finden, da man anonsten viele Milliarden Euro Förderung für das Brot-und-Butter-Geschäft riskieren würde, wenn man unbequeme Zusammenhänge aufdecken würde?

Bereits zwei Tage nach der Pressemitteilung vermerkte die FAZ in ihrem Artikel “Klimafaktor Sonne?” den vermeintlichen Fehlschlag genüßlich. Dankenswerterweise kommentiere Henrik Svensmark die CLOUD-Meldung des CERN (via GWPF). Dabei erläutert er, dass das CERN die Aerosole lediglich bis 1-3 Nanometer wachsen lässt und den Rest des Wachstums bis zum Wolkenkondensationkeim von 50-100 Nanometer im Computer simuliert. Es verwundert nicht, dass hier kein solarer Zusammenhang gefunden worde, denn ein solches Experiment wurde bereits früher mehrfach durchgeführt und ist stets gescheitert. Nichts Neues also. Svenmark hingegen führt das Experiment bis zum Ede durch, bis die großen Durchmesser erreicht werde, ohne Simulation. Und dabei findet er auch den Zusammenhang. Bei der Simulation scheint also etwas schiefzulaufen. All das steht weder in der Frankfurter Pressemitteilung, noch im FAZ-Artikel. Wäre es für die FAZ nicht sinnvoll gewesen, Svensmark zuvor zu den CLOUD-Ergebnissen zu befragen? Bereits früher haben wir mehrfach erkennen müssen, dass die FAZ-Redaktion kein Interesse an einer ergebnisoffenen Diskussion hat und sich fast immer auf die alarmistische Seite schlägt. Das ist sehr schade, besonders für die Leser, die eine ausgewogene Berichterstattung verdient gehabt hätten. Im Folgenden Svensmarks Erläuterungen im englischen Original (mit Dank an die GWPF):

Henrik Svensmark: Cosmic Rays And Clouds Anno 2016

By Henrik Svensmark

Now and then new results appear that suggest that the idea of cosmic ray influence on clouds and terrestrial climate does not work. “Sun-clouds-climate connection takes a beating from CERN” is the latest news story which is based on a new paper from the CLOUD collaboration at CERN [1].

It is important to note that the new CLOUD paper is not presenting an experimental result, with respect to the effect of cosmic ray generated ions on clouds, but a result of numerical modeling. CLOUD is using their experimental measurements to estimate the typical nucleation of various aerosols of small size (1-3 nm). However, for an aerosol to affect clouds (and climate) it must first grow to 50-100 nm, to become cloud condensation nuclei (CCN). CLOUD then uses a numerical model to estimate the effect of cosmic rays on the growth process, and finds that the response of cosmic rays on the number of CCN over a solar cycle is insignificant.

This type of numerical modeling is by no means new, and neither is the result that ions in these models apparently do not affect cloud formation. We have known this for about 7 years. For example the CLOUD results, with respect to cosmic rays and clouds, are very similar to the conclusions of Pierce and Adams from 2009 [2] where they also use a numerical model to grow small nucleated aerosols to CCN, and also find only a small change in CCN as a function of ion changes. In fact this result has been found a number of times in similar models. The argument for the lack of response to ions is the following: In the presence of ions additional small aerosols are formed, but with an increase in the number of aerosols, there is less gas to each particle, and they therefore grow slower. This means that the probability of being lost to larger particles increases, and fewer survive.

So why, in contrast to the above, do I think that the cosmic rays cloud idea is still viable? The reason is that we have tried to answer the same question (do ion-nucleated aerosols grow to CCN) without using models — and get very different results.

In 2012 we tested the growth of nucleated aerosols to CCN in our laboratory and found that when no ions were present the response to increased nucleation was severely damped, in accordance with the above mentioned models; but with ions present, all the extra nucleated particles grew to CCN sizes, in contrast to the numerical model results [3].  Now it may be that the conditions we have in the experiment are not as in the real atmosphere. There are complex processes in the real atmosphere that that we cannot include, whose effect may change the experimental result, as we have been told many times.

It is therefore fortunate that our Sun makes natural experiments with the whole Earth. On rare occasions “explosions” on the Sun called coronal mass ejections, results in a plasma cloud passing the Earth, with the effect that cosmic rays flux decreases suddenly and stays low for a week or two. Such events, with a significant reduction in the cosmic rays flux, are called Forbush decreases, and are ideal to test the link between cosmic rays and clouds. Finding the strongest Forbush decreases and using 3 independent cloud satellite data sets (ISCCP, MODIS, and SSM/I) and one dataset for aerosols (AERONET), we clearly see a response to Forbush decreases. These results suggest that the whole chain from solar activity, to cosmic rays, to aerosols (CCN), to clouds, is active in the Earths atmosphere. From the MODIS data we even see that the cloud microphysics is changing according to expectations.

Figure 1 display the superposed signal in clouds (blue curve), based on the above three satellite datasets, in the days following the minimum in cosmic rays of the 5 strongest Forbush decreases (red curve). The delay in the minimum of the two curves is due to the time it takes aerosols to grow into CCN. A Monte Carlo simulation was used to estimate the significance of the signal, and none of 104 random realizations gave a signal of similar size. Please see our latest paper from 2016 for further evidence [4].

 

Figure 1: Statistical common disturbance in clouds (1 Principal component) based on three cloud satellite data sets (ISCCP, MODIS and SSM/I) superposed for the five strongest Forbush decreases (blue) curve. Red curve is the change in (%) of cosmic rays superposed for the same five events. The thin lines are 1-3 standard deviations. Adapted from [4].

 

Finally, there are a large number of studies showing that past climate changes are closely correlated to variations in cosmic rays. For example, the energy that goes into the oceans over 11 years solar cycle is of the order 1-1.5 W/m2, which is 5-7 times too large to be explained by solar irradiance variations [5]. Therefore something is amplifying the solar cycle, and “cosmic rays and clouds” is a good candidate to explain the observed forcing.

In conclusion, observations and experiments go against the above mentioned numerical model result. As I see it, something is missing in the prevailing theory. A solution to this problem is still worth pursuing.

References

[1] E. M. Dunne et al., Global atmospheric particle formation from CERN CLOUD measurements, (2016), DOI: 10.1126/science.aaf2649

[2] J. R. Pierce, P. J. Adams, Can cosmic rays affect cloud condensation nuclei by altering new particle formation rates? Geophys. Res. Lett. 36, L09820 (2009).

[3] H. Svensmark, M. B. Enghoff, and J. O. P. Pedersen, Response of Cloud Con­densation Nuclei (> 50 nm) to changes in ion-nucleation, Physics Letters A, 377, 2343–2347, (2012). https://dl.dropboxusercontent.com/u/51188502/CCN_Svensmark_PhysicsLettersA.pdf

[4] J. Svensmark,M. B. Enghoff, N. J. Shaviv, and H. Svensmark, The response of clouds and aerosols to cosmic ray decreases, J. Geophys. Res. Space Physics, 121, 8152–8181, (2016), doi:10.1002/2016JA022689. https://dl.dropboxusercontent.com/u/51188502/Forbush_long_JGR_rev3_nored.pdf

[5] N. J. Shaviv, ‘Using the oceans as a calorimeter to quantify the solar radiative forcing’ J. Geophys.Res., 113, 2156 (2008)

 

Korallen trotzen der Ozeanversauerung – seit mehr als 40 Millionen Jahren

Immer wieder hieß es in der Vergangenheit, die Korallen würden durch die Ozeanversauerung aussterben. Geologen mussten bei dieser Warnung regelmäßig schmunzeln, denn die Blüptezeit der Kotallen vor 100 Millionen Jahren fällt mit einer Phase zusammen, während der der CO2-Gehalt der Atmosphäre eine Vielfaches des heutigen Wertes betrug. Mittlerweile hat sich das Blatt gewendet und Forscher schreiben kräftig gegen den Korallenalarm an. In Wirklichkeit sind die Korallen viel robuster als gedacht, können sich an die veränderten Bedingungen anpassen.

Am 1. Juni 2017 berichtete die Rutgers University, dass sich die Steinkorallen eine Art Panzer zum Schutz gegen fallenden pH-Wert bilden:

Stony Corals More Resistant to Climate Change Than Thought, Rutgers Study Finds

Researchers show how corals create rock-hard skeletons

Stony corals may be more resilient to ocean acidification than once thought, according to a Rutgers University study that shows they rely on proteins to help create their rock-hard skeletons. “The bottom line is that corals will make rock even under adverse conditions,” said Paul G. Falkowski, a distinguished professor who leads the Environmental Biophysics and Molecular Ecology Laboratory at Rutgers University-New Brunswick. “They will probably make rock even as the ocean becomes slightly acidic from the burning of fossil fuels.” The Rutgers team, including lead author Stanislas Von Euw, a post-doctoral research fellow in Falkowski’s lab, details its findings in a pioneering study published online today in the journal Science. Using a materials science approach, the team tapped several high-tech imaging methods to show that corals use acid-rich proteins to build rock-hard skeletons made of calcium carbonate minerals.

“What we’re showing is that the decades-old general model for how corals make rock is wrong,” Falkowski said. “This very careful study very precisely shows that corals will secrete proteins, and the proteins are what really forms the mineral and the proteins are very acidic, which will surprise a lot of people.” Corals are largely colonial organisms that harbor hundreds to hundreds of thousands of polyps (animals). Reefs built by stony, shallow-water coral species are among the world’s most diverse ecosystems. Thousands of species of fish and other sea life rely on reefs for survival, and thousands of human communities count on reefs for food, protection and jobs, according to the National Oceanic and Atmospheric Administration.

But corals face several environmental threats over the long-run: potentially deadly bleaching from global warming and rapid temperature changes; nutrient pollution; the physical destruction of coral reefs; and ocean acidification linked to carbon dioxide emissions, Falkowski said. The ocean absorbs carbon dioxide from fossil fuel burning and land use changes, leading to lower pH and greater acidity, according to NOAA. Ocean acidification is reducing levels of calcium carbonate minerals in many areas, which will likely hamper the ability of some organisms to create and maintain their shells.

Ähnliches hatte bereits das Geomar am 3. August 2016 gemeldet:

Blick zurück in die Zukunft: Widerstehen Korallen sinkenden pH-Werten?

Proben aus Riffen an natürlichen Kohlendioxidquellen helfen bei Prognosen

Tropische Steinkorallen der Gattung Porites können ihren internen pH-Wert so einstellen, dass sie über einen langen Zeitraum hinweg auch unter erhöhten Kohlendioxid-Konzentrationen Kalk bilden und wachsen können. Um die Fähigkeit der pH-Regulation genauer zu verstehen, haben Forschende des GEOMAR Proben dieser Korallen, die seit Jahrzehnten an natürlichen Kohlendioxidquellen in Papua Neu Guinea existieren, mittels der Bor-Isotopie ausgewertet. Analysen dieser langfristig angepassten Individuen stellen eine wichtige Ergänzung zu kürzeren Labor- und Freilandexperimenten dar, erklärt das Team in den „Scientific Reports“. Nur so wurde deutlich, dass auch die Anpassungsfähigkeit der robusten Korallenart begrenzt ist.

Weil die Meere menschengemachtes Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre aufnehmen, sinkt ihr pH-Wert. Wie diese Veränderung in der Ozeanchemie tropische Korallenriffe beeinflusst, lässt sich anhand von Labor- oder kurzzeitigen Freilandexperimenten untersuchen. Ein Team um Dr. Marlene Wall, Meeresbiologin am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel wählte jedoch einen anderen Ansatz: Im Rahmen des deutschen Forschungsverbunds zur Ozeanversauerung BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification) untersuchten sie Korallen der Gattung Porites, die an vulkanischen Kohlendioxid-Quellen in Papua-Neuguinea leben und dort zu den dominanten Arten zählen.

„Prognosen für das Überleben von tropischen Korallen, welche durch hohe Temperaturen, zunehmende Versauerung aber auch Verschmutzung des Meerwassers gefährdet sind, gestalten sich schwierig“, erläutert Dr. Wall. „Die natürlichen Kohlendioxid-Quellen bieten uns die Möglichkeit, das Szenario der Zukunft bereits heute zu studieren. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Porites zu den Gewinnern zählen wird. Wie ihnen dies gelingt, war bis jetzt unbekannt.“

Die tropischen Steinkorallen halten ihren internen pH-Wert auf einem Niveau, bei dem sie auch unter höheren Kohlendioxid-Konzentrationen und niedrigeren pH-Werten Kalk produzieren und wachsen können – ein entscheidender Vorteil gegenüber vielen anderen Arten. So haben sie sich über Jahrzehnte unter Extrembedingungen behauptet. „Nach unseren Beobachtungen ist die pH-Regulation eine echte Schlüsselfunktion, wenn es um das Überleben unter niedrigeren pH-Werten geht“, betont Dr. Wall.  Die Erkenntnisse zur pH-Regulation der Korallen wurden jetzt im Fachmagazin Scientific Reports veröffentlicht.

Um die Fähigkeit zur pH-Regulierung besser zu verstehen, untersuchte das Wissenschafts-Team um Dr. Wall Korallen mit Hilfe der Bor-Isotopie. Bei dieser Messung werden die Skelette mit Hilfe eines Lasers beschossen und das dabei freigesetzte Material in einem Massenspektrometer analysiert. Die Isotopenzusammensetzung des im Skelett vorhandenen Elements Bor gibt dann Aufschluss über den von der Koralle intern erzeugten pH-Wert. „Dieses Verfahren eröffnet uns völlig neue Einblicke und Rückschlüsse auf die Physiologie der Korallen zum Zeitpunkt der Skelettbildung“, erläutert Dr. Jan Fietzke, Physiker am GEOMAR und Co-Autor der Studie. „Man könnte behaupten, wir blicken zurück in die Zukunft.“ Für die in der aktuellen Publikation beschriebene Studie untersuchte Fietzke das Skelett, das wenige Tage bis Wochen vor der Probennahme gebildet worden war. Vergleiche mit gleichzeitigen Messungen im Umgebungswasser bewiesen, dass die Bor-Isotopie den internen pH-Wert der Korallen wiedergab und sich dieser vom Wert des Umgebungswassers unterscheidet – folglich hat eine Regulierung stattgefunden. Auf Basis dieser Erkenntnis werden jetzt auch Bohrkerne aus Korallen ausgewertet, die mehrere Jahrzehnte alt sind. „So können wir herausfinden wann und wie schnell sie sich angepasst haben.“

Der Blick zurück in die Zukunft zeigte, dass Korallen eine bemerkenswerte Fähigkeit haben, ihre pH-Regulierung über Jahrzehnte konstant zu halten und dadurch dem globalem Wandel entgegen zu wirken. „Wir haben jedoch festgestellt, dass die Regulation nur bis zu einem gewissen Maß möglich ist. Bei Kohlendioxid-Konzentrationen, die über die für das Jahr 2100 prognostizierten Werte hinausgehen, sind Kalkbildung und Wachstum geringer – dann kommt auch der Gewinner an seine physiologischen Grenzen“, so Dr. Wall. „Unsere Ergebnisse belegen eindrücklich, wie wichtig es ist, Laborexperimente mit Langzeit-Feldstudien und Beobachtungen zu ergänzen. Kontrollierte Laborexperimente lieferten das Verständnis für die aktive pH-Regulierung, aber erst gemeinsam mit Feldbeobachtungen erlauben sie ein differenzierteres Bild über mögliche Langzeitfolgen.”

Original-Publikation:

Wall, M., Fietzke, J., Schmidt, G.M., Fink, A., Hofmann, L.C., de Beer, D., Fabricius, K.E., 2016: Internal pH regulation facilitates in situ long-term acclimation of massive corals to end-of-century carbon dioxide conditions. Scientific Reports 6:30688, doi: 10.1038/srep30688

Überhaupt scheinen Korallen ihren eigenen lokalen pH-Wert einstellen zu könne, was sie robust gegen äußere Einflüsse macht. Lucy Georgiou und Kollegen führten hierzu vielversprechende Experimente durch, die sie im Oktober 2015 in PNAS veröffentlichten:

pH homeostasis during coral calcification in a free ocean CO2 enrichment (FOCE) experiment, Heron Island reef flat, Great Barrier Reef
Geochemical analyses (δ11B and Sr/Ca) are reported for the coral Porites cylindrica grown within a free ocean carbon enrichment (FOCE) experiment, conducted on the Heron Island reef flat (Great Barrier Reef) for a 6-mo period from June to early December 2010. The FOCE experiment was designed to simulate the effects of CO2-driven acidification predicted to occur by the end of this century (scenario RCP4.5) while simultaneously maintaining the exposure of corals to natural variations in their environment under in situ conditions. Analyses of skeletal growth (measured from extension rates and skeletal density) showed no systematic differences between low-pH FOCE treatments (ΔpH = ∼−0.05 to −0.25 units below ambient) and present day controls (ΔpH = 0) for calcification rates or the pH of the calcifying fluid (pHcf); the latter was derived from boron isotopic compositions (δ11B) of the coral skeleton. Furthermore, individual nubbins exhibited near constant δ11B compositions along their primary apical growth axes (±0.02 pHcf units) regardless of the season or treatment. Thus, under the highly dynamic conditions of the Heron Island reef flat, P. cylindrica up-regulated the pH of its calcifying fluid (pHcf ∼8.4–8.6), with each nubbin having near-constant pHcf values independent of the large natural seasonal fluctuations of the reef flat waters (pH ∼7.7 to ∼8.3) or the superimposed FOCE treatments. This newly discovered phenomenon of pH homeostasis during calcification indicates that coral living in highly dynamic environments exert strong physiological controls on the carbonate chemistry of their calcifying fluid, implying a high degree of resilience to ocean acidification within the investigated ranges.

Große Überraschungen auch an den Korallenriffen der Bermudas. Dort stellen die Korallen offenbar bewusst einen saureren pH-Wert ein, bei dem sie besser gedeihen. Der New Scientist berichtete über die unerwartete Entdeckung am 9. November 2015:

Growing corals turn water more acidic without suffering damage
More acidic water may be a sign of healthy corals, says a new study, muddying the waters still further on our understanding of how coral reefs might react to climate change. Andreas Andersson of the Scripps Institution of Oceanography in San Diego, California, and his colleagues carefully monitored a coral reef in Bermuda for five years, and found that spikes in acidity were linked to increased reef growth.“At first we were really puzzled by this,” says Andersson. “It’s completely the opposite to what we would expect in an ocean-acidification scenario.”

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Im Juni 2016 konnte man auch in Scientific Reports staunen. Dort dokumentierten Stolarski und Kollegen, dass die Korallengattung Acropora während der letzten 40 Millionen Jahren alle pH-Schwankungen des Meeres problemlos gemeistert hat:

A unique coral biomineralization pattern has resisted 40 million years of major ocean chemistry change
Today coral reefs are threatened by changes to seawater conditions associated with rapid anthropogenic global climate change. Yet, since the Cenozoic, these organisms have experienced major fluctuations in atmospheric CO2 levels (from greenhouse conditions of high pCO2 in the Eocene to low pCO2 ice-house conditions in the Oligocene-Miocene) and a dramatically changing ocean Mg/Ca ratio. Here we show that the most diverse, widespread, and abundant reef-building coral genus Acropora (20 morphological groups and 150 living species) has not only survived these environmental changes, but has maintained its distinct skeletal biomineralization pattern for at least 40 My: Well-preserved fossil Acropora skeletons from the Eocene, Oligocene, and Miocene show ultra-structures indistinguishable from those of extant representatives of the genus and their aragonitic skeleton Mg/Ca ratios trace the inferred ocean Mg/Ca ratio precisely since the Eocene. Therefore, among marine biogenic carbonate fossils, well-preserved acroporid skeletons represent material with very high potential for reconstruction of ancient ocean chemistry.

Ähnlich ermutigende Arbeiten zum Thema erschienen auch hier, hier und hier (mit Dank an co2science.org).