Langfristiger Klimawandel
Donnerstag, 15. Oktober 2009 – 08:00 Uhr
Am heutigen Donnerstag ist Blog Action Day, eine Aktion, bei der sich Blogger weltweit mit einem Thema beschäftigen. In diesem Jahr ist es der Klimawandel.
Der Klimawandel gehört ohne Zweifel zu den größten Herausforderungen, mit denen die Menschheit konfrontiert ist. Im Dezember ist es die Aufgabe der internationalen Staatengemeinschaft, bei der Klimakonferenz der Vereinten Nationen in Kopenhagen konkrete, entschiedene Maßnahmen zu treffen.
Über den anthropogenen Klimawandel wurde bereits viel geschrieben; es wird sicherlich im Rahmen der Konferenz auch viel zu lesen geben. In diesem Beitrag widme ich mich daher dem langfristigen Klimawandel.
Langfristiger Klimawandel
Mit langfristigen Klimawandel meine ich den Wechsel von Warm- und Kaltzeit. Kaltzeiten sind das, was man allgemeinhin als Eiszeiten bezeichnet.
Die letzte Kaltzeit, die Weichsel-Kaltzeit, begann vor etwa 115 000 Jahren und endete vor etwa 10 000 Jahren. Zu ihrem Höhepunkt lag der Meeresspiegel rund 120 Meter tiefer als heute, sodass beispielsweise die Behringstraße eine Landbrücke darstellte.
Ein Ansatz zur Erklärung dieses Wechsels zwischen Warm- und Kaltzeit hat der serbische Astrophysiker Milutin Milanković entwickelt. Dieser Ansatz ist heute als Milanković-Zyklen bekannt.
Grundlegendes
Die Erdoberfläche besteht zu etwas weniger als einem Drittel aus Land und zu etwas mehr als zwei Drittel aus Wasser. Vergleicht man die Nord- und Südhalbkugel, so ist die Verteilung sehr unterschiedlich: Auf der Nordhalbkugel ist fast die Hälfte der Fläche Land, auf der Südhalbkugel leicht mehr als ein Zehntel.
Land hat die Eigenschaft, sich bei Sonneneinstrahlung schneller und stärker aufzuwärmen als Wasser. Daher sind die Sommer in Gebieten mit kontinentalem Klima (wie etwa Berlin) heißer und die Winter härter als in Gebieten mit maritimem Klima (wie etwa Hamburg).
Eine unterschiedliche Sonneneinstrahlung auf der Nordhalbkugel hat aufgrund der großen Landmasse erhebliche Folgen.
Doch wie kommt es überhaupt zu einer unterschiedlichen Sonneneinstrahlung?
Himmelsdynamik
Ein Hauptgrund hierfür ist die Himmelsdynamik. Zur Himmelsdynamik gehört die Schiefe der Ekliptik, die Erdrotation und die Erdrevolution. Was darunter zu verstehen ist, soll folgend aufgezeigt werden.
Schiefe der Ekliptik und Neigung der Erde zur Sonne
Die Erde dreht sich um die Sonne. Auf diese Bahn kann man eine gedachte Ebene legen, die den Mittelpunkt der Sonne und den der Erde durchschneidet. Man könnte nun meinen, diese Ebene teilt auch die Erde in Nord- und Südhalbkugel, genau am Äquator. Doch das tut sie nicht, denn die Erde steht nicht im 90°-Winkel zu dieser Ebene. Die Erde ist um etwa 23,5 ° geneigt. Dies bezeichnet man als Schiefe der Ekliptik.
In Relation zur Sonne verändert sich die Neigung: Wenn wir auf der Nordhalbkugel Sommer haben und in unseren Breiten die Sonne bis zu 16 Stunden scheint, nördlich des Polarkreises geht sie gar nicht mehr unter, dann ist die Erde so geneigt, dass vor allem die Nordhalbkugel der Sonne zugewandt ist. Im Winter hingegen – die Sonnenscheindauer beträgt bei uns kaum 8 Stunden, nördlich des Polarkreises geht sie gar nicht mehr auf – ist die Südhalbkugel der Sonne zugewandter als die Nordhalbkugel. Zu den sogenannten Äquinoktien (meist am 20. März und 23. September) herrscht weltweit Tag- und Nachtgleiche. Die Schiefe der Ekliptik ist die Ursache für die Entstehung der Jahreszeiten.
Die Schiefe variiert über einen Zeitraum von 40 000 Jahren zwischen rund 22,1° und etwa 24,5°. Die Erde ist der Sonne also mal stärker und mal schwächer zugewandt.
Darüber hinaus taumelt die Erde leicht, ähnlich wie ein Kinderkreisel. In 26 000 Jahren hat sie sich einmal um die eigene Senkrechtachse gedreht. Infolge dieses Präzession genannten Vorgangs werden in voraussichtlich 11 000 Jahren Sommer und Winter vertauscht sein. In der Grafik oben, in der die Jahreszeiten eingezeichnet sind, ist die Erdachse derzeit von links unten nach rechts oben geneigt. In 11 000 Jahren hingegen von rechts unten nach links oben.
Die beiden kleinen Grafiken sind in der Darstellung etwas verwirrend, da sie nicht die gleiche Perspektive wie die Jahreszeiten-Grafik haben, sondern von der gegenüberliegenden Seite aufgenommen wurden.
Erdrotation
Die Erdrotation, also die Drehung der Erde um die eigene Achse, ist keine Ursache für nennenswerte Klimaschwankungen.
Erdrevolution
Die Drehung der Erde um die Sonne hingegen, die Erdrevolution, verursacht Schwankungen in der Sonneneinstrahlung. Und in unserem Kalender. Eine Drehung dauert zirka 365,25 Tage, sodass alle vier Jahre ein Schaltjahr eingeschoben werden muss. Da die Erdrevolution nur zirka 365,25 Tage dauert, findet die vollen Jahrhundertjahre kein Schaltjahr statt, außer die Zahl ist glatt durch 400 teilbar, wie zuletzt im Jahr 2000.
Aber zurück zur Schwankung der Sonneneinstrahlung: Die 940 Mio. km lange Umlaufbahn, auf der sich die Erde mit einer Geschwindigkeit von 107 218 km/h bewegt, ist nicht kreisrund. Sie ist leicht elliptisch, sodass es einen sonnennähsten (»Perihel«) und einen sonnenfernsten Punkt (»Aphel«) gibt. Derzeit sind wir im Nordsommer am weitesten von der Sonne entfernt, im Nordwinter entsprechend am nähesten.
Die elliptische Erdbahn variiert im Laufe von 413 000 Jahren aufgrund der Gravitationseinflüsse anderer Planeten des Sonnensystems, in erster Linie jedoch durch Jupiter und Saturn. Bei einer fast runden Umlaufbahn beträgt die Strahlungsänderung nur etwa 2 %, bei der maximal elliptischen Form dagegen über 23 %.
weitere Ursachen
Milanković ging davon aus, dass die Schwankungen in der Himmelsdynamik der alleinige Grund für das Entstehen von Kalt- und Warmzeiten sind. Heute wird hingegen vermutet, dass sie nur den Anstoß zu irdischen Prozessen geben, die die Folgen der unterschiedlichen Sonneneinstrahlung verstärken. Beispielsweise werden bei einer Erwärmung Treibhausgase ausgegast, die zu einem weiteren Aufheizen führen.
Eine weitere irdische Ursache ist die Plattentektonik. Durch die Verschiebung der Kontinente haben sich erstens Meeresströmungen verändert: Die Bildung einer Landbrücke zwischen Nord- und Südamerika führte dazu, dass der Golfstrom entstand. Dieser erwärmte zwar die Nordhalbkugel leicht, stellte aber auch genug Feuchtigkeit für die Gletscherbildung zur Verfügung. Zweitens ist die Gebirgsbildung eine direkte Folge der Plattentektonik. Durch sie veränderte sich die Zirkulation in der Atmosphäre, die Luftfeuchtigkeit wurde erhöht. Zudem sind Hochgebirge wie unsere Alpen günstige Gebiete für die Gletscherbildung.
