Stefan Uhlig - Der natürliche Klimawandel

Abb. 4(folgend): Darstellung von 21 Marinen Isotopen Stadien (MIS) und Unterstadien der letzten 830.000 Jahren (nach RAILSBACK et al. 2015, s. auch Tab. 1). Die inverse Darstellung der δ 18O-Indexwerte (‰ vs. VPDB Vienna PeeDee Belemnite), stellvertretend (als „proxies“) für die Entwicklung der Temperatur, zeigt auf der linken y-Achse kleine Indexwerte (für höhere Temperaturen, bzw. höhere Stände des Meeresspiegels) nach oben an. Auffällig ist eine gewisse Periodizität der einzelnen MIS, d.h. der einzelnen Temperatur-„peaks“, sowie der Temperatur-Maxima.

Abb. 4

Abb. 5(folgend): Darstellung der Temperaturentwicklung (über das „proxy“ Deuterium ( 2H)) während den letzten 4 Kaltzeiten (Eiszeiten) in der linken Kurve (s. auch Abb. 3) und der Entwicklung der Sonneneinstrahlung im selben Zeitraum (rechte Kurve), incl. einer Vorausberechnung für die nächsten 100.000 Jahre. Quelle: SIROCKO (2012).

Abb. 5

Abb. 5zeigt eine relativ mehr aufgelöste Darstellung der Temperaturentwicklung und auch der Entwicklung der Einstrahlungsenergie der Sonne der letzten 500.000 Jahre. Auch hier kann man deutlich 5 kürzere Warmzeiten (Interglaziale) und 4 Kaltzeiten (Glaziale) unterscheiden, wobei die beiden mittleren Kaltzeiten in der klassischen Riß-Kaltzeit zusammengefasst sind. Die Temperaturentwicklung der Erde im Abschnitt der aktuellen interglazialen Warmzeit, auch Holozän genannt, d.h. während der letzten 11.700 Jahre vor heute, wird in Abb. 6dargestellt. Es zeigt sich hier, dass die wärmste Zeit seit der letzten großen Eiszeit, vor zirka 8.000-4.000 Jahren war. Während des eingangs erwähnten Atlantik-Wärmeoptimums(s. auch Kapitel 6) war es deutlich wärmer als heute. Seit Ende der letzten Eiszeit vor 11.700 Jahren bis zum Beginn des Atlantik-Wärmeoptimums vor 8.000 Jahren, d.h. in weniger als 3.000 Jahren, hatte sich die Atmosphäre um ca. 1,5°C erwärmt (s. Abb. 6). Die CO 2-Konzentrationen der Atmosphäre jedoch verringerten sich in diesem Zeitraum jedoch von ca. 270 ppm (d.h. einem fast gleichen Wert, der heute als Referenzwert für die CO 2-Gehalte in „vorindustrieller“ Zeit angenommen wird) auf ca. 250 ppm und stieg danach, in den nächsten 8.000 Jahren, kontinuierlich auf den „vorindustriellen“ Wert von 280 ppm an (INDERMÜHLE et al. 1999). Diese CO 2-Abnahme von ca. 20 ppm, während der sich die Temperatur schon um mehr als 1°C erhöht hatte, zeigt deutlich ein Nachlaufen des CO 2hinter der Temperaturentwicklung. D.h., eine Abhängigkeit der CO 2-Entwicklung von der Temperaturentwicklung, und nicht umgekehrt. Dies ist auch nicht verwunderlich, da die während der letzten Eiszeit, d.h. über eine Dauer von ca. 100.000 Jahre, abgekühlten riesigen Wassermassen der Ozeane deutlich mehr CO 2aufnehmen konnten und dieses bei allmählicher Erwärmung der Ozeane deutlich mit Verzögerung in die Atmosphäre abgaben. Innerhalb der letzten 4 Jahrtausende erkennt man in Abb. 6die Wärme-Optima der Minoischen, der Römischen Epoche, und das des Mittelalters sowie das Kälte-Pessimum der „Kleinen Eiszeit“. Dazu aber mehr im Kapitel 6.

Abb. 6(Folgend) : Rekonstruktion der Temperaturentwicklung (schwarze zackige Linie) des Holozäns (aktuelle interglaziale Warmzeit) mit Beginn vor ca. 11.700 Jahren (VINOS 2019). Auf der x-Achse sind die Jahrtausende vor heute aufgetragen und auf der linken y-Achse die Temperaturabweichungen der mittleren Temperaturen in °C ("instrumentelles" Mittel 1960–1990).

Rote Linie(a): mittlerer Temperaturverlauf nach MARCOTT et al. (2013).

Schwarze zackige Linie(b): wie oben, jedoch verfeinert auf Basis biologischer und glaziologischer Untersuchungen und Daten aus marinen Sedimenten.

Violette Linie(c): Verlauf der Neigungsänderung der Erdachse (Ekliptikschiefe, s. Kapitel 3) mit Angabe des Neigungswinkels der Erdachse auf der rechten y-Achse.

Abb. 6

Die Strahlung der Sonne, die die Erde erreicht, bestimmt die Temperaturentwicklung der Erdoberfläche, seien es feste (Land, Eis), flüssige (Wasser) oder gasförmige (Luft) Bestandteile der Erde, und somit auch die Entwicklung unterschiedlicher Klimazonen. Der Strahlungshaushalt der Erde wird somit primär von der Sonneneinstrahlungam Laufen gehalten, wobei diese wesentlich von sich zyklisch ändernden astrophysikalische Faktoren(Entfernung zur Sonne, Form der Umlaufbahn der Erde um die Sonne, Schwankungen der Erdachsenneigung, etc.) beeinflusst wird, wie auch von relativ kurzfristigen Schwankungen der Sonnenaktivität, zu dem das Phänomen der Sonnenflecken zählt (s. Kapitel 4).

Deshalb ist es wichtig, sich erst einmal vor Augen zu führen, wo wir uns, bzw. sich die Erde, in unserem Sonnensystembefindet und wie schmal die Gratwanderung der menschlichen Existenz um die Sonne ist, d.h. wie eng die Existenz von pflanzlichem und tierischem Leben auf der Erde an die Entfernung von der Sonne gekoppelt ist. In der tabellarischen Darstellung von SCHOENITZER (2019) in Abb. 7erkennt man, dass die mittleren Oberflächentemperaturen auf den Planeten unseres Sonnensystems deutlich mit der Sonnenentfernung abnehmen. Im Falle der Erde ist es wichtig festzuhalten, dass die Entfernung zur Sonne nicht konstant ist, sondern in der Gegenwart um bis zu 5 Millionen Kilometer variiert, d.h. ca. 3 % des mittleren Sonnenabstandes.

Abb. 7(folgend): Tabellarische Darstellung der sonnennächsten Planeten, ihrer Entfernungen von der Sonne und deren Oberflächentemperaturen; aus www://schoenitzer.de/Planeten.html (2019).

Abb. 7

Maßgeblich verantwortlich für periodische Änderungen des Strahlungshaushaltes, und damit deren Einfluss auf die Entwicklung der Oberflächentemperatur der Erde, sind u.a. die astronomischen Faktoren der sogenannten Milankovitch-Zyklen. Milutin Milankovitch (1879- 1958) war ein serbischer Mathematiker und Geophysiker. Er untersuchte die folgenden drei wichtigsten Zyklen der Bahn- und Bewegungsparameter der Erde auf ihrer Umlaufbahn um die Sonne (z.B. MILANKOVITCH 1930).

Die Erdumlaufbahn um die Sonne ändert sich in Zyklen von 100.000 – 110.000 Jahrenvon einer nahezu kreisförmigen Bahn zu einer leicht elliptischen Bahn. Dies ist der Zyklus der sogenannten Exzentrizität. Die Exzentrizitätist ein numerisches Maß für die Abweichung von der Kreisform ( Abb. 9-A). Abb. 8zeigt das Schwanken der Exzentrizität der Erdumlaufbahn (um die Sonne) zwischen 1.000.000 Jahre vor und nach heute. Grund für diese Erdbahnänderung sind Schwerkrafteinflüsse hauptsächlich der Planeten Venus und Jupiter, aber auch in geringerem Maße die der anderen Planeten unseres Sonnensystems. Schon in der Antike beschrieben die griechischen Philosophen, Mathematiker und Astronomen die Planeten- und Sternenbahnen. Die elliptische Umlaufbahn der Erde um die Sonne wurde von Johannes Kepler (1571 - 1630) im 17. Jahrhundert erkannt und in seinen „Keplerschen Gesetze“ beschrieben.