Externe Ursachen globaler Klimavariationen

Inhaltsverzeichnis:

1. Einleitung

2. Verschiedene Hypothesen für Klimavariationen:
2.1. Erdbahnelemente
2.2. Interstellare Materie
2.3. Gezeiten
2.4. Meteoriten
2.5. Kontinentaldrift
2.6. Orogenese
2.7. Sonne
2.8. Vulkane

3. Schlussbemerkung

4. Literaturverzeichnis

1. Einleitung

„Lucky is he who could understand the causes of things.” – Vergil [BR01]

Unser Klima auf der Erde wird hauptsächlich von regional und jahreszeitlich variierender Sonneneinstrahlung und der Atmosphäre mit ihren unterschiedlichen Wechselwirkungen beeinflusst. Seit bekannt ist, dass in verschiedenen Phasen der Erdgeschichte unterschiedliche Klimate herrschten, bestehen auch Fragen nach den Ursachen dieser Tatsache.

Jedoch ist die Frage nach diesen Ursachen des Klimaablaufes nicht genau geklärt. Bis heute gibt es eigentlich keine Theorie, die alle festgestellten Tatsachen miteinander beweisen kann. Die Hypothesen bringen jeweils immer nur Teilergebnisse und Teilerklärungen. Vielfach sind die einzelnen Faktoren auch untereinander vernetzt oder führen sogar zu Rückkopplungen im System. Manche der Hypothesen widersprechen sich sogar. Interessant macht diese Arbeit, dass sie teils auf einer Sammlung von gesicherten Daten, aber teils auch nur auf Spekulationen beruht.

Typisch für die Langzeitbetrachtung, der das Klima meist unterliegt, ist, dass sich einzelne Elemente ändern können und somit diese Parameter das Klima entsprechend beeinflussen. Es kann z.B. der Abstand der Sonne zur Erde variieren, was eine geänderte Einstrahlung zur Folge hat. Dies fällt unter die sog. externen Einflüsse, die ich in meiner Arbeit näher betrachten möchte. Diese Einflüsse sowohl können terrestrisch oder extraterrestrisch sein, wie Abb. 1 verdeutlicht:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1 aus [SW95]

2. Verschiedene Hypothesen für Klimavariationen

Im folgenden sollen nun verschiedene externe Ursachen zur Klimaänderung untersucht werden, die man Abb. 1 entnehmen kann.

2.1. Erdbahnelemente

Im wesentlichen bestimmt die Sonneneinstrahlung unser Klima. Während das Sonnenlicht am Äquator fast senkrecht die Erde bescheint, werden die Polarregionen nur tangential erreicht. Hier beeinflussen astronomische Faktoren die Einstrahlung der Sonne, nämlich Exzentrizität, die Schiefe der Ekliptik und die Präzession.

Die Erde bewegt sich nicht auf einer Kreisbahn um die Sonne, sondern auf einer Ellipse. Diese Variation in der Laufbahn wird als Exzentrizität bezeichnet. Ihr Zyklus beträgt

92.000 Jahre. Dabei verlagern sich sonnennächster (Perihel, derzeit 4.1.) und sonnenfernster Punkt der Erde (Aphel, derzeit 4.7.). Die Sonnennähe durchläuft also innerhalb der 92.000 Jahre ein komplettes Kalenderjahr. Dass die Sonnenferne am 4.7. stattfindet, hat zur Folge, dass der Nordsommer schwächer ausgeprägt als der Südsommer ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gleichzeitig ändert sich die Schiefe der Ekliptik periodisch, nämlich alle 4.000 Jahre. Momentan befindet sie sich bei 23,5º, mit der Tendenz zur Abnahme. (Eine Schwankung ist zwischen 21,8º und 24,4º möglich.) Die Abnahme in der Schiefe bewirkt, dass die jahreszeitlichen Unterschiede zwischen den Hemisphären immer schwächer werden.

Schließlich ist noch die Präzession zu nennen,

die einen Zyklus von 21.000 Jahren hat. (vgl.

Abb. 2 aus [SE98]

Abb. 2). Die Rotationsachse der Erde pendelt

wie ein Kreisel und beschreibt so in 21.000 Jahren einen kompletten Kreis. Zeigt unser

Nordpol im Moment noch auf den Polarstern, wird es im Jahr 14.000 n. Chr. ein Stern aus dem Sternbild Wega sein.

Addiert man diese drei Elemente, bewirkt dies eine periodische Änderung in der Einstrahlung der Sonne. Durch die Unterschiede in den Perioden ergibt sich auch ein

Abb. 3 aus [HU01]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3 aus [HU01]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zusammenwirken – die Summe aller Elemente verdeutlicht Abb. 3.

Schon Milankovitch hatte diese Änderung 1930 berechnet, und die Schwankungen, die sich in verschiedenen Sedimenten fanden, wurden nach ihm Milankovitch-Zyklen benannt. Er hat versucht, anhand einer Strahlungskurve diese erhaltenen Minima in der

Einstrahlung den vier klassischen Kaltzeiten zuzuordnen. Diese Strahlungskurve stellt die Hebung bzw. Senkung der Schneegrenze dar – vgl. Abb. 4.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4 aus [HE93]

Die pleistozänen Vereisungen lassen sich anhand dieser Kurve hinreichend feststellen. Verlängert man die Achse ins Tertiär, ergeben sich auch hier Zeiten mit geringer Einstrahlung, aber es sind keine Vereisungen nachweisbar. Folglich sind nicht allein die Erdbahnparameter bzw. Einstrahlungsschwankungen für die Vereisungen zuständig.

2.2. Interstellare Materie

Diese Hypothese gehört laut Schönwiese eher zu denjenigen, die nur geringen Einfluss auf Klimaveränderungen haben und deswegen vernachlässigt werden können. Trotzdem soll sie hier kurz erwähnt werden.

Gemäß [HE93] wird auch die Absorption der Sonnenstrahlung an interstellarer Materie manchmal als Ursache für Klimaschwankungen gesehen. Helligkeitsschwankungen gewisser veränderlicher Sterne deuten auf das Vorhandensein von Anhäufungen interstellarer Materie, sogenannten Dunkelwolken, hin. Die wechselnde Dichte dieser Dunkelwolken führt zu einer wechselnden Schwächung der vom betreffenden Stern ausgestrahlten Energie. Durchläuft das Sonnensystem mehr oder weniger dichte Teile solcher Dunkelwolken, kann dies die Klimaveränderungen im Lauf der Erdgeschichte erklären (z.B. eine globale Temperaturdepression). [HE93] stellt jedoch fest, dass sich diese Hypothese weder beweisen noch widerlegen lässt. Immerhin soll sie der Vollständigkeit halber genannt werden.

2.3. Gezeiten/Schwerkraft

Auch die Wirkung der Gezeiten auf Klimaänderungen ist als verschwindend zu betrachten. Erwiesen ist sicher, dass der Mond eine verstärkende Wirkung auf die Entstehung von Gewittern und Nordlichtern hat (nach [BR01]).

Vier Kategorien stellt [BR01] fest:

- Die Gezeitenwirkung des Mondes und der Sonne kann die Strömung der Ozeane sowie die der Atmosphäre und die Form der Erdkruste verändern. Dies fällt jedoch eher unter die internen Ursachen, hier lässt sich also eine Rückkopplung zwischen beiden Systemen nicht vermeiden.
- Schwerkraftänderungen auf die Erde verursacht durch andere Planeten haben dieselbe Wirkung, jedoch in einer minimalen Rolle
- Dieselbe Schwerkraft kann auch die Sonne und damit ihre Zirkulation und Aktivität beeinflussen
- Schließlich gibt es die Orbitaleffekte, welche die Erde sich auf ihrer Umlaufbahn beschleunigen und verlangsamen lassen, was auch theoretisch kleine Einflüsse auf das Erdklima haben kann.

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