Bertwin Minks - Zeitkapseln - Botschaften in die Welt von morgen

eine Variation der Ekliptik-Schiefe (Zyklus 41.000 Jahre)

eine Änderung der Exzentrizität der Bahn-Ellipse (Zyklus ca. 100.000 Jahre)

Dazu kommt eine erweiterte Modifikation, die auch die periodische Kippung der Ekliptik im Vergleich zur Sonne-Jupiter-Bahnebene (Zyklus ca. 400.000 Jahre) berücksichtigt. Die von dem serbischen Mathematiker Milankovic berechneten Zyklen (einschließlich der erweiterten Modifikation) können die Abfolge der Warm- und Kaltzeiten während der letzten 700.000 Jahre im Pleistozän relativ gut abbilden. Darüber hinaus wird den Milankovic-Zyklen auch für weiter zurückliegende klimatische Ereignisse im Karbon, Perm und der Trias ein signifikanter Einfluss zugeschrieben.

Diese himmelsmechanischen Zyklen wirken natürlich auch in der Zukunft fort. Ihre Zeitskala umfasst Jahrzehntausende bis hin zu einigen Hunderttausend Jahren. Wie ausgeprägt und in welchen Zeiträumen die Milankovic-Zyklen das globale Klima wirksam beeinflussen können, hängt allerdings von der Überlagerung mit anderen klimawirksamen Faktoren ab.

Das globale Klima kann auch durch andere astronomische Ereignisse massiv und nicht vorhersagbar beeinflusst werden. Einschläge von größeren Asteroiden oder Kometen haben in der Erdgeschichte mehrfach Spuren hinterlassen. Durch solche Katastrophen-Szenarien wird auch das globale Klima einschneidend verändert. Impakte sind als Zufallsereignisse nicht berechenbar oder vorhersagbar, doch sie können die Klimaentwicklung des Planeten praktisch jederzeit erheblich und für lange Zeiträume umgestalten.

2.6 Kosmische Strahlung

Bei der kosmischen Strahlung handelt es sich um eine hochenergetische Teilchenstrahlung, die von der Sonne, der Milchstraße und aus anderen Galaxien stammt. Sie besteht vor allem aus Protonen (87 %), Alpha-Teilchen (12 %) und sonstigen schwereren vollständig ionisierten Atomkernen. Seit etwa 50 Jahren wird ein Zusammenhang zwischen der kosmischen Strahlung und einer Bildung von Wolken diskutiert. Damit könnte der Intensität der kosmischen Strahlung auch ein Einfluss auf das globale Klima in Form eines abkühlenden Effektes zugeschrieben werden.

Das Erdmagnetfeld stellt normalerweise einen Schutzschild gegen die kosmische Strahlung dar, indem es die Teilchen weitgehend aus der Atmosphäre eliminiert. Es mehren sich jedoch die Anzeichen, dass eine Umpolung des irdischen Magnetfeldes in den nächsten Jahrzehnten oder Jahrhunderten bevorstehen könnte. Die Feldstärke des irdischen Magnetfeldes schwächt sich nämlich seit Jahrzehnten ab. Außerdem ist der magnetische Südpol in den letzten 50 Jahren aus dem kanadischen Archipel über den arktischen Ozean in Richtung der ostsibirischen Inseln gewandert. Diese Polwanderung stellt ein Anzeichen für einen bevorstehenden Umpolungsprozess des Erdmagnetfeldes dar. Er findet im Mittel etwa alle 250.000 Jahre statt. Die letzte Umpolung soll bereits 780.000 Jahre zurückliegen. Das Ereignis ist sozusagen überfällig. Daneben gibt es tiefe kurze Magnetfeldeinbrüche ohne Umpolung, die häufiger stattfinden. Der letzte derartige Einbruch ereignete sich vor 10.000 Jahren.

Die Ursachen für die erdmagnetischen Phänomene werden in instabilen Konvektionen im äußeren Erdkern vermutet. Sie sind aber letztlich nicht genau bekannt. Bei einer Umpolung wird die magnetische Feldstärke allmählich gegen null tendieren und sich danach in entgegengesetzter Feldrichtung langsam wiederaufbauen. Durch diesen Prozess verliert der Planet für eine bestimmte Zeitspanne seinen magnetischen Schutzschild gegen die kosmische Teilchenstrahlung. Es wird vermutet, dass es dabei zu einer verstärkten Wolkenbildung in der Atmosphäre der Erde kommen könnte. Ob und inwieweit dadurch eine spürbare und nachhaltige Abkühlung auf der Oberfläche des Planeten bewirkt wird, bleibt abzuwarten, weil das Ausmaß des Effektes von der Wechselwirkung mit anderen klimawirksamen Faktoren abhängig ist.

3. Die Achterbahnfahrten des globalen Klimas im Quartär

Eisfreie Polkappen stellen erdgeschichtlich den globalen Normalzustand dar, der etwa 80 bis 90 % der Erdgeschichte vorgeherrscht hat. Prominente Beispiele dafür sind das paläozoische Karbon, die mesozoische Kreidezeit und das Paläogen. Erdgeschichtliche Zeiten mit vereisten Polkappen (sogenannte Eiszeiten) werden als geophysikalische Ausnahmesituationen betrachtet. Die aktuelle erdgeschichtliche Periode, das Quartär, befindet sich im känozoischen Eiszeitalter, dem Pleistozän. Seit Beginn des Pleistozäns vor etwa 2,5 Millionen Jahren haben ungefähr 20 Zyklen aus Kalt- und Warmzeiten stattgefunden. Eine Warmzeit bezeichnet in der Klimageschichte einen Zeitraum mit im Durchschnitt höheren Temperaturen zwischen zwei Zeitabschnitten mit durchschnittlich tieferen Temperaturen, den sogenannten Kaltzeiten.

In den Warmzeiten lag die durchschnittliche Temperatur in der Regel über den heutigen Werten. In der Eem-Warmzeit sind die Temperaturen beispielsweise in Grönland etwa 5 °C höher gewesen als heute. Daher waren auf der Insel wahrscheinlich die südlichen Gletscher abgeschmolzen. Die jüngste Warmzeit, der die Menschen den Namen Holozän gegeben haben, dauert bereits seit 12.000 Jahren an. Sie hat aber ihr Klimamaximum bereits vor 8.000 Jahren im ausgehenden Mesolithikum erreicht. Einen Überblick über die letzten großen Kalt- und Warmzeiten zeigt die nachfolgende Übersicht:

Kaltzeiten (KZ) und Warmzeiten (WZ)

KZ: Weichsel/Würm – Dauer von vor 12.000 bis vor 115.000 Jahren; WZ: Eem – Dauer von vor 115.000 bis vor 128.000 Jahren

KZ: Saale/Riss – Dauer von vor 128.000 bis vor 310.000 Jahren; WZ: Holstein – Dauer von vor 310.000 bis vor 335.000 Jahren

KZ: Elster/Mindel – Dauer von vor 335.000 bis vor 480.000 Jahren; WZ: Cromer – Dauer von vor 480.000 bis vor 800.000 Jahren

KZ: Elbe/Günz – Dauer von vor 0,8 Mio. bis vor 1,2 Mio. Jahren; WZ: Waal – Dauer von vor 1,2 Mio bis vor 1,45 Mio. Jahren

Das Auf und Ab der Temperaturkurven hat die Flora und Fauna und nicht zuletzt auch die Gattung Homo sapiens vor große Herausforderungen gestellt. Doch viele Arten haben wie der moderne Mensch die Achterbahnkurven des Klimas relativ gut gemeistert. Dazu zählen beispielsweise auch die Eisbären. Erbgutanalysen zufolge existiert diese Art seit 600.000 Jahren und sie ist auch im Holozän biologisch erfolgreich. Das größte Landraubtier der Erde muss seit seinem Erscheinen mindestens zwei große pleistozäne Warmzeiten überstanden haben. Insofern bedienen rührselige Bilder, die abgemagerte und hungrige Eisbären auf einsamen, abschmelzenden Eisschollen zeigen, nur Klischeevorstellungen, die der erfolgreichen Evolutionsgeschichte der Art Ursus maritimus nicht gerecht werden.

4. Klimamodelle

Ein Klimamodell ist im Prinzip ein Computermodell zur Berechnung und Projektion eines Klimazustandes in einem bestimmten Zeitintervall. Es basiert auf einem ähnlichen meteorologischen Modell wie bei der Wettervorhersage, das in der Regel um ein Ozeanmodell, ein Schnee- und Eismodell (für die Kryosphäre) und ein Vegetationsmodell (für die Biosphäre) erweitert wird. Mathematisch handelt es sich bei der Modellierung um ein System nichtlinearer partieller und gewöhnlicher Differenzialgleichungen sowie einiger algebraischer Gleichungen (der Form: ).

Die Klimawissenschaft unterscheidet zwischen globalen Modellen (mit nur grober Auflösung) und regionalen Modellen für ein bestimmtes Simulationsgebiet (mit höherer Auflösung). Den Gegenstand solcher Modelle bilden sowohl retrospektive Aussagen zur Klimageschichte als auch prospektive Projektionen, die das Klima in der Zukunft vorhersagen sollen.

Die erzielten Ergebnisse sind je nach Modellaufwand unterschiedlich zu bewerten. Für zahlreiche erdgeschichtliche Perioden lassen sich die aus Bohrkernen ermittelten realen Temperaturverläufe relativ gut approximieren. Bei abrupten, seltenen und unvorhersehbaren Klima-Ereignissen versagen die Modelle aber in der Regel. Man muss sich letztlich auch bewusst sein, dass Klimamodelle natürliche Grenzen haben. Diese Schranken resultieren aus den verwendeten Modellen, der begrenzten Anzahl der berücksichtigten Einflussfaktoren, Zufallsereignissen und unzureichend verstandenen physikalischen Grundlagen. So ist beispielsweise die Aktivität der Sonne mathematisch-physikalisch nicht exakt modellierbar. Deshalb kann die zeitliche Veränderung der solaren Strahlungsleistung nicht vorhersagt werden. Darüber hinaus sind Vulkanausbrüche prinzipiell nicht vorhersehbar und auch ozeanische Phänomene wie El Nino und La Nina können, was den Zeitpunkt ihres Auftretens und ihre Intensität anbelangt, prospektiv bisher noch nicht zuverlässig ermittelt werden.