Die natürlichen Klimaschwankungen

Gliederung

1. Einleitung

2. Grundlegende Begriffe und Begriffspaare

3. Warm- und Kaltzeiten und ihre Ursachen
3.1 Abriss über die Erdgeschichte
3.1.1 on der Entstehung der Erde bis zum Kambrium
3.1.2 Paläozoikum
3.1.3 sozoikum
3.1.4 eozoikum
3.2 Die „Klimaschwanker“
3.2.1 ßere Ursachen
3.2.1.1 Interstellare Ursachen
3.2.1.2 Die Milankovitchparameter
3.2.1.3 Veränderung der Intensität der Sonnenstrahlung
3.2.2 nnere Ursachen
3.2.2.1 Plattentektonik
3.2.2.2 Salzgehalt, Zirkulation und Eisbildung der Ozeane
3.2.2.3 Veränderungen des CO2-Gehalts der Atmosphäre
3.2.2.4 Trübung der Atmosphäre durch Meteoreinschläge
3.2.2.5 Aerosole
3.3 Klimaschwankungen im Quartär
3.3.1 Quartär
3.3.2 Warm- und Kaltzeiten im Wechsel
3.3.3 Würm-Kaltzeit und Eem-Warmzeit

4. Fazit

5. Schluss / Diskussionsfrage

6. Quellen
6.1 Literatur
6.2 Internetquellen
6.3 Abbildungen

1. Einleitung

Wenn man versucht, sich als Mensch die Zustände der letzten Eiszeit vorzustellen, dann gleicht das laut Gassmann (1994) -anschaulich gesprochen- der Bemühung einer Eintagsfliege im Sommer, sich die Zustände zur Zeit des letzten Winters auszumalen. Wenn die Fliege an einem Tag schlüpft, an dem strahlender Sonnenschein herrscht, so kann sie sich nicht einmal ein Bild davon machen, was es bedeutet, wenn es auf der Erde regnet. Angenommen, ein Eintagsfliegenprofessor habe nun aus Wetteraufzeichnungen anderer Fliegen gelernt und sich einen Überblick über den Wechsel von Regenwetter und Sonnenschein gemacht. Dann könnte er eventuell aus diesen Aufzeichnungen Regelmäßigkeiten oder zumindest Wahrscheinlichkeiten für den nächsten Regen aufstellen und ausrechnen. Beim letzten Winter würde sein Horizont aber auch enden, weiter zurück zu blicken schiene für ihn aufgrund der langen Zeitspanne im Verhältnis zu seiner Lebensdauer unmöglich. Wir Menschen leben etwa 10.000 Mal so lange wie die gemeine Eintagsfliege und damit auch wie der Eintagsfliegenprofessor. Wir kennen den Temperaturablauf eines Jahres und wissen, dass auf Regen Sonnenschein folgt und auf Sonnenschein wieder Regen. Wenn wir uns aber versuchen auszumalen, wie es auf unserer Erde -insbesondere in unseren Breitengraden- wohl vor etwa 20.000 Jahren ausgesehen haben muss, als die letzte Eiszeit ihr Maximum erreicht hatte, dann übersteigt das doch die Vorstellungskraft der meisten von uns bei Weitem. Doch wenn wir den Maßstab kleiner wählen, sehen wir, dass die letzte Eiszeit nur ein kleiner Ausschlag auf der Temperaturkurve der Erdgeschichte darstellt. Seit der Entstehung der Erde hat sich unser Klima viele Male drastisch verändert, Eiszeitalter folgten auf Warmzeitalter, Warmzeiten lösten Kaltzeiten ab, Glaziale und Interglaziale traten im Wechsel auf und einige Male kam es zu einem Aussterben eines Großteils der vorhandenen Arten aufgrund dieser plötzlichen Schwankungen. Die Ursachen für diese Veränderungen der globalen Temperatur sind vielfältig und komplex, bei Weitem noch nicht vollständig erfasst und oft nur unzureichend erklärt. Auch die kausalen Zusammenhänge sind nicht immer klar und ersichtlich, häufig kann man bei den Erklärungen nur von relativ gefestigten Hypothesen sprechen.

Die vorliegende Arbeit versucht einen Überblick über die Schwankungen im Lauf der Erdgeschichte zu geben und die Abfolge von Kalt- und Warmzeiten ansatzweise zu erläutern oder immerhin Theorien zur Erklärung anzudeuten. Weiterhin sollen Ursachen für Temperaturveränderungen auf der Erde vor- und ihre Auswirkungen dargestellt werden.

2. Grundlegende Begriffe und Begriffspaare

Wenn man von Klimaänderungen spricht, tauchen immer wieder wichtige Begriffspaare auf. So sind Warm- und Kaltzeiten immer relativ definiert. Eine relative Warmzeit erfordert also schon für ihre Existenz eine kältere Phase, die Kaltzeit. Dieses Begriffspaar kann also auf unterschiedliche Maßstäbe bezogen werden und beinhaltet nur die Aussage, dass die Warmzeit wärmer als die Kaltzeit ist. Von einem Eiszeitalter spricht man nach Schönwiese (1995, S.105), wenn es auf der Erde so kalt ist, dass es zur Existenz von Eisbildungen kommen kann, ein Warmzeitalter ist das Gegenstück dazu. Die Eiszeitalter liegen pauschalisiert um die 100 Millionen Jahre auseinander. Innerhalb eines Eiszeitalters wird zwischen den Eiszeiten, den so genannten Glazialen und den Zwischeneiszeiten, den Interglazialen unterschieden. Der Maßstab dieser beträgt etwa 100.000 Jahre. Eine noch feinere Untergliederung kann man in Stadiale und Interstadiale vornehmen. Diese laufen in der Größenordnung von 10.000 Jahren ab. Die Stadiale beschreiben die einzelnen Vorstoßperioden von Gletscherstadien, können daher also auch regional unterschiedlich ablaufen. Die Interstadiale sind die Zeiten zwischen den Stadialen.

Wenn man von Stabilität des Klimas spricht, dann ist dies im Laufe der Erdgeschichte nur für die Warmzeitalter möglich, wenn also kein Eis auf der Erde vorhanden ist. Die Eiszeitalter sind –wie auch das Quartärkurzfristig zu instabil, als dass man von einem stabilen Klima sprechen könnte. Auf diesen Sachverhalt wird in Kapitel 3.3 noch eingegangen werden. Der Durchschnitt über einen größeren Zeitraum in diesen weist hingegen aber relative Stabilität auf. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Quasistabilität. Letzteres bedeutet, dass das Klimasystem in einem gewissen Zeitraum mehrere unterschiedliche ,Niveaus’ besitzt, zwischen denen es durch geringfügige Änderungen der äußeren Umstände wechseln kann (Gassmann 1994, S.70).

3. Warm- und Kaltzeiten und ihre Ursachen

In der Erdgeschichte gibt es einen stetigen Wechsel von Warm- und Kaltzeiten, die sich – auch abhängig vom Betrachtungsmaßstabganz unterschiedlich erklären lassen. Zyklische, sowie einmalige Ereignisse sorgen für diese Veränderungen.

3.1 Abriss über die Erdgeschichte

Der Temperaturverlauf durch die Erdgeschichte hinweg scheint auf den ersten Blick als einzige Konstante seine eigene Inkonstanz zu besitzen. Selbst bei näherer Betrachtung hebt sich dieser Eindruck nicht auf. Der Übergang von einem Eiszeitalter in ein Warmzeitalter und wieder in ein Eiszeitalter folgt keiner klaren Struktur oder Ordnung. Das liegt vor allem daran, dass einerseits sowohl diverse Zyklen, als auch einschneidende einmalige Ereignisse auftreten. Aufgrund der langen Zeitspanne, die zwischen heute und den einzelnen Erdzeitalter liegt, ist es schwierig, genaue Aussagen über die Temperaturverhältnisse und Ausprägung klimatischer Merkmale der jeweiligen Zeit zu treffen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Warm- und Eiszeitalter im Verlauf der Erdgeschichte

Abbildung 1 zeigt schematisch die aufgetretenen Warm- und Eiszeitalter im Laufe der Erdgeschichte, die im Folgenden näher erläutert werden sollen. Diese Wechsel entsprechen den Wechseln relativer Warm- und Kaltzeiten in kleinem Maßstab ziemlich gut, da Eiszeitalter im Allgemeinen natürlich relativ kälter als Warmzeitalter sind. Kurzfristigere Warm- und Kaltzeiten bleiben dabei entsprechend unberücksichtigt, das vorhandene Datenmaterial ist schon für die untersuchten Zeiträume nicht eindeutig auswertbar, was sich nicht zuletzt in Differenzen der Angaben in unterschiedlichen Quellen ablesen lässt.

3.1.1 Entstehung der Erde bis zum Kambrium

Diese Zeitspanne umfasst über 4 Milliarden Jahre und enthält die drei Epochen Präarchaikum, Archaikum und Proterozoikum. Gassmann beschreibt den Zustand der Erde direkt nach ihrer Entstehung als „glühende Masse flüssigen Gesteins“ (Gassman 1994, S.57). Durch Absinken der Metalle und anschließendes Verfestigen der Oberfläche entstand die Erdoberfläche im Großen und Ganzen so, wie wir sie heute kennen. Zu Beginn setzte sich die Atmosphäre aus Wasserdampf, Kohlendioxid und Stickstoff zusammen. Der Treibhauseffekt war enorm und das obwohl die Sonneneinstrahlung um fast ein Drittel unter der heutigen lag (ebenda). Schönwiese spricht von einer „Schallgrenze der paläoklimatischen Rekonstruktion“ (Schönwiese 1995, S.113) vor 3,8 Milliarden Jahren. Vor dieser Zeit sind sichere Aussagen über die Temperaturverhältnisse auf der Erde kaum möglich. Auf jeden Fall muss es zu einer Abkühlung gekommen sein, so dass sich ein Ozean durch Kondensation des Wasserdampfes bildete. In diesem Ozean entwickelten sich dann erste Lebewesen. Der Sauerstoffgehalt der heutigen Atmosphäre ist auf die Entwicklung des Lebens und damit der Photosynthese zurückzuführen. Nach Ludwig (2006, S.26) begannen Cynobakterien (siehe Abbildung 2), die so genannten Blaualgen schon vor 4 Milliarden Jahren damit, Kohlenstoffdioxid in Sauerstoff umzuwandeln.

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Abbildung 2: Die ersten Lebewesen auf der Erde: Blaualgen

Bis dies allerdings in der Atmosphäre Auswirkungen zeigte, dauerte es einige Zeit, da zuerst im Ozean Eisen oxidiert und damit gebunden wurde. Als die Ausgasung dieses anfangs nur Abfallproduktes des Algenstoffwechsels in die Atmosphäre begann, stellte sich ein relativer Kreislauf ein. Dieser hatte einen Wechsel von Warm- und Eiszeitaltern in der frühen Erdgeschichte zufolge, der sich über den Kohlenstoffdioxid- und Sauerstoffgehalt der Atmosphäre regulierte (Ludwig 2006, S.29): Die Blaualgen verbrauchen Kohlenstoffdioxid und geben dafür Sauerstoff an die Atmosphäre ab. So kommt es zu einer Verringerung des Treibhauseffektes, was eine Abkühlung und letztendlich eine Vereisung von zumindest einigen Gebieten der Erde zur Folge hat. Die Bakterien sterben nun aber größtenteils ab, da sie an ein wärmeres Klima angepasst sind. Dadurch überwiegt der permanente Kohlenstoffdioxidausstoß durch vulkanische Aktivität den Verbrauch der verbliebenen Bakterien und der Kohlenstoffdioxidgehalt nimmt wieder zu. Der Treibhauseffekt führt zu einer Erwärmung und einem Abschmelzen der Eismassen, allerdings auch wieder zu einer Ausbreitung der Blaualgen und der Kreislauf beginnt von vorne. Nebenbei schreitet die Evolution voran und es wird zudem mit der Zeit eine Ozonschicht aufgebaut, die es später den Lebewesen ermöglichen wird, das Land zu besiedeln.

Die vier so aufgetretenen Einzeitalter nach Schönwiese (1995, S. 113) sind das Archaische Eiszeitalter um etwa vor 2500 bis 2300 Millionen Jahren vor heute, das Algonkische Eiszeitalter um etwa vor 950 Millionen Jahren vor heute und das Eokambrische Eiszeitalter, das in zwei Phasen um etwa 650 und 750 Millionen Jahre vor heute untergliedert wird.

3.1.2 Paläozoikum

Das Paläozoikum stellt das chronologisch erste Zeitalter der Epoche des Phanerozoikums, welche die gesamte Erdgeschichte vom Kambrium bis heute umschließt, dar. Es dauerte von vor etwa 570 bis vor 225 Millionen Jahren vor heute an und beginnt mit einer warmen Phase aus obigem Kreislauf. Gleich zu Beginn, in der Periode des Kambriums, kam es zu einer explosionsartigen Vervielfachung der Arten. Man bezeichnet diesen plötzlichen Artenzuwachs auch als ,Kambrische Explosion’. Die entstandene Ozonschicht erlaubte es im Ordovizium ersten Pflanzen das Festland als Lebensraum zu nutzen. Durch deren Ausbreitung allerdings ging der Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre soweit zurück, dass eine Vereisung einsetzte. Verstärkt wurde diese durch die Plattentektonik: Gondwana befand sich in Polrandlage und bot so optimale Voraussetzungen für eine starke Festlandvereisung am Südpol (Ludwig 2006, S.27). Da dieses Eiszeitalter den Übergang vom Ordovizium zum Silur umfasst, bezeichnet man es als Silur-Ordovizisches Eiszeitalter. Ludwig (2006, S.35) beschreibt noch eine Alternativtheorie für dessen Eintreten: Ein sterbender Stern in der Milchstraße erzeugte demnach eine große Explosion und die so entstandenen Gammastrahlen führten neben der Zerstörung eines Großteils des Lebens, zu einer Verdunkelung der Atmosphäre durch Smogbildung, ausgelöst durch chemische Prozesse.

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