1. Einleitung

Momentan jagt eine Schlagzeile in den Medien bezüglich des Klimawandels die nächste. Ein

Beispiel für die skurrile Panikmache ist „Forscher sprechen Bäume frei!“ Wie es dazu kam

berichtet Spiegel Online Wissenschaft. Ein Forscherteam hat internationale Schlagzeilen mit

der Feststellung gemacht, dass Pflanzen große Mengen des Treibhausgases Methan ausstoßen.

Sofort reagierten die Medien und hatten die Schuldigen am Klimawandel: die Bäume. Die Wissenschaftler reagierten daraufhin mit der genannten Schlagzeile. 1

Doch welche natürlichen Bedingungen beeinflussen und fördern den Klimawandel wirklich?

Sind es tatsächlich die Bäume?

Dies sowie die Grundlagen und die Komplexität des Klimas sind Inhalt dieser Hausarbeit.

2. Definition: Klimawandel

Bereits seit Beginn der Existenz der Erde vor 4,6 Milliarden Jahren befindet sich das Klima

im Wandel. Es ist variabel in allen Größenordnungen des Raumes und der Zeit. Die Vielfalt

der Klimaänderungen war für lange Zeit ein rein natürlicher Vorgang, immerhin bis 3,8 Milliarden Jahre zurückkonstruierbar. 2 Klimaänderungen sind relativ langfristige und über einzelne Tages- und Jahresgänge hinausgehende zeitliche Änderungen bestimmter Klimaelemente. 3 Es ist wissenschaftlich nicht entschieden, ab welcher charakteristischen Zeit von Klimaschwankungen gesprochen werden kann. 4

1 http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,396190,00.html

2 SCHOENWIESE, 1992 S. 2

3 SCHOENWIESE, 1992 S.22

4 SCHOENWIESE, 1995 S. 16

2

3. Elementare Grundlagen in der Betrachtung Klima vs. Wetter Die Begriffe Klima und Wetter müssen, um den Gesamtkomplex verständlich zu machen, stark getrennt werden. Beide befinden sich in der Atmosphäre der Erde, der Bereich, der an der Erdoberfläche beginnt und bis in etwa eintausend Kilometern Höhe erfassbar ist. Eine strikte obere Grenzfläche gibt es hier jedoch nicht.

Das unterste Stockwerk, welches sich je nach geographischer Breite und Jahreszeit in einer Höhe zwischen sechs Kilometern, etwa im Polargebiet, und achtzehn Kilometern Höhe bspw. in den Tropen ausdehnt, wird als Troposphäre bezeichnet. Darüber befindet sich bis in etwa fünfzig Kilometern Höhe die Stratosphäre. Weitere solcher Sphären schließen sich nach oben hin an. Diese sind jedoch für Wetter und Klima unrelevant.

Am bedeutensten ist die Troposphäre. Diese wird auch als Wettersphäre bezeichnet, da sich dort einige typische Wetterphänomene ereignen, wie bspw. Wolkenbildung, Gewitter und Niederschlag. Nur in dieser Schicht ist außerdem die Konzentration von Wassertropfen und sonstigen Partikeln genügend groß, um das Sonnenlicht merklich zu reflektieren. Aus diesem Grund ist die Troposphäre aus dem interplanetarischen Raum als hauchdünner, bläulicher Saum rund um den Erdball sichtbar.

Die Atmosphäre ist ein Gemisch aus Gasen, Wassertropfen und Eispartikeln sowie weiteren flüssigen, als auch festen Beimengungen, wie bspw. Stäubchen, Ruß, Salzpartikeln und Pflanzenpollen.

Die wichtigsten der unsichtbaren Gase unserer Atmosphäre, deren Gesamtheit als Luftgemisch bezeichnet wird, sind Stickstoff mit 78%, Sauerstoff mit 21%, Argon mit 0,9% und Kohlendioxid mit 0,035%. Diese Angaben beziehen sich auf nicht verunreinigte, trockene Luft. Bestimmte Spurengase, die, wie es der Name schon sagt, nur als Spuren in geringer Konzentration in der Atmosphäre vorkommen, sind für das Klima von entscheidender Bedeutung. Dazu gehört das Kohlendioxid, sowie der stark variable Wasserdampf, welcher ein ebenfalls unsichtbares Gas ist, die Luftfeuchte darstellt und nicht mit Dunst verwechselt werden darf. Wasserdampf ist das einzige atmosphärische Gas, das unter natürlichen Bedingungen kondensiert, also in Wassertropfen und durch Gefrieren in Eis übergehen kann und dann sichtbar wird. Dies führt zu bekannten Wetterphänomen wie Wolken, Niederschlag, Bodenwasserbildung und – abfluss, insgesamt gesehen zum Wasserkreislauf zwischen Ozean, Boden und Atmosphäre.

Diese ist auch Trägerin bestimmter physikalischer Eigenschaften, wie Temperatur, Luftfeuchte, Druck, Stärke der Luftbewegung und Niederschlag. Diese Eigenschaften werden auch als Klimaelemente bezeichnet.

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Der Unterschied zwischen Klima und Wetter ist ein zeitlicher, da die Vorgänge und Phänomene, die sich in der Atmosphäre abspielen, nach ihrer sogenannten charakteristischen Zeit geordnet werden. Darunter versteht man entweder die Zykluszeit oder die Lebensdauer. Anhand von mehreren Beispielen ausgedrückt heißt dies, dass eine Schönwetterwolke, auch Cumulus genannt, eine Lebensdauer von einigen Stunden hat, ein Tiefdruckgebiet hingegen, einige Tage vorhanden ist. Seit 150 Jahren ziehen sich die Alpengletscher zurück, eine Eiszeit hingegen besteht einige tausend Jahre. Ist die charakteristische Zeit relativ kurz, so handelt es sich um Wetter, ist sie relativ lang, wird sie als Klima bezeichnet.

Wolken mit einer Lebensdauer von einigen Stunden werden demnach dem Wetter zugeordnet, der Gletscherrückgang der Alpen oder die Eiszeiten dem Klima. Der Tagesgang der Temperatur wird dem Wetter, ein Jahres- oder Monatsmittel jedoch beruht auf Messungen

über Jahre hinweg und wird dem Klima zugewiesen. 5

Das Klima schwankt auf einem breiten Band von Zeitskalen aufgrund natürlicher Vorgänge. Diese Schwankungen meinen Veränderungen des Klimas um einen „Normalzustand“ herum. Es handelt sich um Abweichungen, die verschieden lang andauern und sich immer wieder mit Schwankungen in die entgegengesetzte Richtung abwechseln. Dieser Wechsel ist nicht periodisch. Der Normalzustand ist mehr eine imaginäre Größe, da es erdgeschichtlich kein „normal“ gibt, die entgegengesetzten Abweichungen gleichen sich nicht aus.

Der Mittelwert ist ein langjähriges, mathematisches Konstrukt, welcher von der

World Meteorological Organisation auf 30 Jahre festgesetzt wurde. 6

Hier kommt ein weiteres Unterscheidungskriterium zum Tragen. Wetter ist ein bestimmter, einmaliger Vorgang, Klima hingegen ein „mittleres Wetter“ über eine längere Zeitspanne. Lange Zeit herrschte nun die Vorstellung, dass Klima etwas Konstantes sei und nur das Wetter schwankt. Klima wird jedoch nicht nur von der Atmosphäre, sondern von den Gesamtvorgängen im Verbundsystem Atmosphäre- Hydrosphäre- Landoberfläche- Vegetation- Kryosphäre bestimmt. Dieses gigantische System, das diversen Wechselwirkungen und Rückkopplungsmechanismen, auf die in dieser Hausarbeit noch eingegangen wird, unterworfen ist, kann nicht als abgeschlossen angesehen werden, da es sich stetig kleinschrittig verändert.

Klima ist trotz und wegen der Langzeitbetrachtungen nichts Statisches, sondern variabel in

Zeit und Raum. 7

5 SCHOENWIESE, 1992 S.16-18

6 STEHR UND STORCH, 1999 S. 68-69

7 SCHOENWIESE, 1992 S.16-22

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4. Kurzer Einblick in Klimaveränderungen der Erdgeschichte Die Erkenntnisse über die Klimaveränderungen der letzten Jahrtausende basieren auf einer

Vielzahl paläoklimatologischer Rekonstruktionen und historischer Quellen.

Die dynamische Komponente des Klimas wird besonders eindrucksvoll durch mehrere

Eiszeiten im Verlauf der Erdgeschichte und den unmittelbaren Wechsel von Kaltzeiten

(Glazialen) und Warmzeiten (Interglazialen) belegt. 8 Gegenwärtig leben wir in einem relativ seltenen und kalten Klimazustand. Innerhalb dieses

Eiszeitalters ist es aber in der derzeitigen Neo- Warmzeit warm, obwohl der Höhepunkt der

Epoche schon vor einigen Jahrtausenden überschritten wurde. In den letzten 100 Jahren stieg

der Meeresspiegel um 10 bis 25 cm und es erfolgte ein Rückgang der stratosphärischen

Temperatur um 0,8°C auf der Nord- und um 1,9°C auf der Südhemisphäre. Das vorige

Jahrhundert ist durch deutliche Klimaänderungen gekennzeichnet.

Das Bild der letzten Jahrtausende ist von Optimum und Pessimum gekennzeichnet.

Die Kleine Eiszeit, eine etwas übertriebene Bezeichnung für eine kalte Epoche, wird als

Pessimum (PJ) bezeichnet. Diese lief keineswegs einheitlich ab. Es gab relativ kalte

Unterepochen um 1600 und um 1850 und 1890, während es um 1730 bis 1800 relativ warm

war. Der Kleinen Eiszeit folgte eine warme Klimaepoche bis 1350/1400. Diese wird als

Mittelalterliches Klimaoptimum (OJ) bezeichnet. Lamb nennt 1977 die Zeitspanne zwischen

1200 bis 1400, also den Übergang von PJ zu OJ, die Klimawende des späten Mittelalters.

Die Ereignisse dieser Klimawende sind deswegen so markant, weil sie im Kontrast zum

Mittelalterlichen Klimaoptimum gesehen werden muss, wo die Jahresmitteltemperaturen in

England 1-1,5°C höher als heute waren. Weinbau war dadurch dort bis zu 500 km nördlich,

von der Kanalküste aus gesehen, möglich.

Vor dem Mittelalterlichen Klimaoptimum hat es zwischen 300 v. Chr. und 400 n Chr. das

sogenannte Klimaoptimum der Römerzeit gegeben. Damals bestand ein so warmes Klima,

dass in der Alpen sogar dort Bergbau betrieben werden konnte, wo heute Dauerfrost herrscht.

Einige Alpenübergänge waren zudem das ganze Jahr über passierbar.

Die kälteste Epoche vor 2000 bis 2500 Jahren wird als Hauptpessimum (PH) im Holozän

bezeichnet. Davor liegt das eigentliche Klimaoptimum der letzten 10 000 Jahre, das Postglaziale Optimum.

Die letzte Kaltzeit, oft auch Eiszeit genannt, wird im deutschsprachigen Raum als Würm-

(Süddeutschland) oder Weichsel- (Norddeutschland)- Kaltzeit bezeichnet. Sie begann vor

8 BOSCH UND HAKE, 1998 S. 23

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115 000 Jahren im Pleistozän und war kein einmaliges Ereignis, sondern ein Glied in einer Kette über Jahrmillionen hinweg, in denen es jeweils 20 Kalt- und dazugehörige Warmzeiten gab.

Diese erste Phase des Quartärs, der Pleistozän, ist von besonderer Bedeutung für den Wechsel

zwischen Kalt- und Warmzeiten. 9 Im nordhemisphärischen Mittel betrug der

Temperaturunterschied zwischen Würm- Kaltzeit und der heutigen Neo- Warmzeit 4-5°C. Dies führte zu einer verdreifachten Eisbedeckung der Erde. Folglich war der Meersspiegel im Vergleich zu heute um ca. 135 Meter abgesunken. Es entstand eine Landverbindung zwischen England und Frankreich sowie Skandinavien. Auch diese Eiszeit war keine einheitlich kalte Epoche, es gab heftige, sich überlagernde Klimaschwankungen. Diese Schwankungen werden Stadiale genannt, im Fall relativ warmer Epochen Interstadiale.

Vor der Würm- Kaltzeit gab es, ähnlich der heutigen Neo- Warmzeit, die Eem- Warmzeit. Ihr Höhepunkt trat vor 130 000 Jahren ein, der Beginn wird mit vor ca. 140 000 bis 135 000

Jahren datiert. 10 Davor bestand die Saale- Kaltzeit, auch Riß genannt, deren Beginn um

23 0000 Jahren vor heute datiert ist. Die Holstein- Warmzeit schloss sich daran an und begann

vor 250 000 Jahren.

Nun folgte wieder eine Kaltzeit, Elster- Kaltzeit genannt. Deren Start wird auf 370 000 Jahre vor heute festgelegt, gefolgt von der Voigtstedt- Warmzeit, welche vor 500 000 Jahren begann.

Im Pleistozän sank die Temperatur und die skandinavischen Eismassen rückten nach Nord- und Mitteldeutschland vor. In den jeweiligen Warmzeiten, den feuchten Interglazialen zwischen den Kaltzeiten, war neben dem Temperaturanstieg auch ein Vordringen und ein Ansteigen des Meeresspiegels, auch als Transgression bezeichnet, bemerkbar. Dies geht primär auf das Abschmelzen der großen Eismassen und auf die temperaturenabhängige Volumenzunahme der großen Wassermassen in den Weltmeeren zurück.

Während der nächsten Kaltzeit sank der Meersspiegel wieder ab. Dies wird als Regression bezeichnet. Dieses Wechselspiel zwischen Transgression und Regression lässt sich für das Pleistozän sehr eindrucksvoll an zahlreichen Terassierungen im Bereich von Küstenlinien, wie bspw. am Mittelmeer oder von Flussterrassen, wie den Rhein- oder Maasterrassen,

nachweisen. 11

Der Beginn der permanenten nordhemisphärischen Vereisungen, welche Grönland, Kanada und Tibet betraf, wird auf vor 2-3 Millionen Jahre datiert, der Beginn der Quartären

9 BORSCH UNFD HARKE, 1998 S. 23

10 SCHÖNWIESE, 1995 S. 102

11 BORSCH UND HARKE, 1998 S, 24- 26

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Eiszeitalters. Vor circa 0,9 Millionen Jahren entstand die permanente Packeisbedeckung des arktischen Ozeans.

Das Tertiär begann vor 65 Millionen Jahren, es wird mit dem Quartär zum Känozoikum zusammengefasst. Bereits zu Beginn des Tertiärs erfolgte eine markante Abkühlung. Grundlage für dies und dem damit verbundenen Aussterben der Dinosaurier sind mehrere Meteoriteneinschläge. Diese setzten so viel Staub in der Atmosphäre frei, dass stratosphärische Partikelanreicherungen für Abkühlungen in der unteren Atmosphäre sorgten. Die Eisbildung begann auf der Südhemisphäre im Bereich der Antarktis. Die Nordhemisphäre hingegen war mit 3 – 5°C über den heutigen Werten völlig eisfrei. Dieses Klima der eisfreien Arktis und der vereisten Antarktis hatte für lange Zeit Bestand und änderte sich auch dann nicht, als die antarktischen Eismassen das Meer erreichten und sich vermutlich vor 14-15 Millionen Jahren die Schelfeise bildeten. Dies sind Eismassen, die auf das Meer hinausreichen und noch in Verbindung mit dem Landeis stehen. In der Westantarktis ist dies heute noch der Fall. Die damit verbundene Abkühlung, die verstärkend vor ca. 5 Millionen Jahren einsetzte, führte dann auch im arktischem Bereich zu Vereisungen. Vor 225 bis 65 Millionen Jahren bestand das Mesozoikum. Es war global etwa 6- 8°C wärmer als das heutige Klima, in seiner Endphase sogar 8- 10°C wärmer. Da sämtliches Eis geschmolzen war, lag der Meersspiegel 80 cm höher als heute. Man spricht vom akryogenen (eisfreien) Warmklima.

Das Quartäre Eiszeitalter war nicht die einzige derart kalte Klimaepoche.

Im Permo - karbonischen Eiszeitalter vor 260- 290 Millionen Jahren, welches nach jetzigen Informationen allerdings nur auf der Südhemisphäre auftrat, herrschte ein ähnlicher Klimazustand wie im Spättertiär. Befunde aus dem heutigen Brasilien weisen auf mindestens

17 Kalt- und Warmzeiten hin.

Das um 450 Millionen Jahren eingetretene Silurordovizische Eiszeitalter war hingegen weniger ausgeprägt und beschränkte sich auf das Gebiet des heutigen Nordafrika. Dagegen gibt es für die beiden Eokambrischen Eiszeitalter vor 650 und 750 Millionen Jahren Vereisungsindizien für beide Hemisphären. Dem schließt sich vor 950 Millionen Jahren das Algonkische und vor 2,3 Jahrmilliarden das Archaische Eiszeitalter an.

In letzterem wird die Geburt der Kryosphäre angesiedelt. Diese verschwand aber immer wieder zeitweise. Die Informationen über noch frühere Vereisungszeitalter werden nun immer spärlicher.

Bekannt ist, dass die Erde bei ihrer Entstehung vor 4,6 Milliarden Jahren exzessiv heiß war, sodass weder Wasser, noch Eis auf der Erdoberfläche existierten.

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Im Zuge der Abkühlung ist dann durch Kondensation von Wasserdampf und nicht mehr

vollständig verdunstetem Niederschlagswasser, beginnend vor 3,2 Milliarden Jahren,

allmählich ein Ozean entstanden. 12

5. Natürliche Ursachen des Klimawandels

Um die anthropogenen Effekte verstehen und ihr Ausmaß beurteilen zu können, muss man die

natürlichen Ursachen von Umweltveränderungen kennen. 13 Es kann nicht darum gehen, unter den verschiedenen Ursachen für Klimaänderungen einen

Favoriten auszuwählen, sondern vielmehr darum, festzustellen, in welcher zeitlichen

Größenordnung Ursachen miteinander konkurrieren und die Folgen aus diesen

Überlagerungen zu analysieren. 14

5.1 Erdbahnparameter

Das Klima der Erde ist, wie im letzten Gliederungspunkt bereits deutlich gemacht, starken

Schwankungen unterworfen: achtmal innerhalb der letzten Millionen Jahre sanken die

Temperaturen derart, dass der Schnee in den nördlichen und südlichen Breiten auch über die

Sommermonate hinweg liegen blieb. Der Schnee verdichtete sich allmählich und daraus

bildeten sich Gletscher und ausgedehnte Eisschilde. Nach wenigen zehntausend Jahren waren

die Eispanzer mehrer Kilometer dick und breiteten sich bis nach Mitteleuropa und den

Mittleren Westen der USA aus. Dabei ebneten sie die Landschaft ein und hinterließen tiefe

Schleifspuren, Urstromtäler und Moränen.

Das Ende der Eiszeit kam jedoch abrupt: Innerhalb von wenigen tausend Jahren schrumpften

die Eisschilde zurück auf ihre heutige Ausdehnung.

Während der letzten 30 Jahre vermehrten sich die Hinweise, dass diese Vereisungszyklen

letztlich von astronomischen Faktoren angetrieben werden. Langsame, zyklische Änderungen

in der Exzentrizität der Erdbahn sowie in der Neigung und Orientierung der Erdachse

beeinflussen die Intensität der Jahreszeiten und stören damit das Gleichgewicht zwischen

Schneezufuhr im Nähr- und Abschmelzen im Zehrgebiet der Gletscher. 15

12 SCHOENWIESE, 1992 S. 65-117

13 FOUKAL, o. J. S. 88

14 SCHOENWIESE, 1995 S.131

15 BROECKER UND DENTON, o. J. S.78

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