Astronomische Einflüsse auf das Klima

Es ist eine mittlerweile sehr gut belegte Tatsache, dass der globale Temperaturanstieg durch Treibhausgase verursacht wird, die unsere Zivilisation in großer Menge in die Atmosphäre abgibt. Es gibt jedoch auch andere Ursachen, die teils dramatische Klimaänderungen bewirkten, bevor der Mensch ein klimarelevanter Faktor wurde. So wurde die Erde beispielsweise im Pleistozän, dem Eiszeitalter, von Phasen dramatischer Abkühlungen heimgesucht, die auf astronomische Ursachen zurückgeführt werden. Dies war Thema des Vortrags von Prof. Matthias Mändl vom Planetarium Ursensollen, der am vergangenen Donnerstag im gut besuchten Postsaal in Bad Kötzting stattfand.

Der Physiker Mändl, emeritierter Professor der OTH Amberg-Weiden, begann seinen Vortrag mit dem aktuellen Klimawandel. Die mit der zunehmenden Verbrennung fossiler Brennstoffe ansteigende Temperatur seit Ende des 19. Jahrhunderts ist durch direkte Temperaturmessungen gut dokumentiert und beträgt etwa 1,5 °C gegenüber der vorindustriellen Zeit. Diesem Temperaturanstieg sind Schwankungen überlagert, die teilweise mit der Sonnenaktivität zusammenhängen. Die Strahlungleistung der Sonne schwankt leicht mit einer Periode von 11 Jahren, dem sogenannten Schwabe-Zyklus. Die damit einhergehenden Sonnenflecken sind Ausdruck einer höheren Sonnenaktivität, wodurch sich die gesamte Strahlungsleistung um bis zu 0,2 % erhöht. Folgen mehrere schwache Zyklen aufeinander, kann es zu einer leichte Abkühlung kommen, wie es beispielsweise im Dalton-Minimum Anfang des 19. Jahrhunderts der Fall war.

Doch wie gelangen die Wissenschaftler an Klimadaten vor der Erfindung des Thermometers? Ein wertvolles Klimaarchiv stellen die teilweise meherer Kilometer dicken Eisschilde Grönlands und der Antarktis dar. Im Eis sind Bläschen eingeschlossen, wo die Luft der Atmosphäre der damaligen Zeit konserviert ist. Durch Kernbohrungen ins Eis kann man so die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre der letzten Hunderttausende bis 1 Mio Jahre rekonstruieren. Für Klimaforscher ist vor allem das Verhältnis der Sauerstoff-Isotope O-18 und O-16 interessant, das von der Temperatur abhängt. Aber auch Bohrkerne aus Sedimenten der Tiefsee oder Süßwasserseen bilden ein wichtiges Klimaarchiv.

Im Eiszeitalter der letzten 2,5 Mio Jahre fallen periodische Schwankungen wie der mehrfache Wechsel von Kalt- und Warmzeiten auf. Doch auch während der Kaltzeiten kommt es zu periodischen Vorstößen und Rückzügen der eiszeitlichen Gletscher. Ein eindrucksvolles Beispiel sind die Dansgaard-Oeschger-Zyklen, die während der letzten Kaltzeit im Nordatlantik mit einer Periode von ca. 1500 Jahren für Temperaturschwankungen von bis zu 8 °C geführt haben. Bei diesem "Umkippen" zwischen zwei Zuständen spielt die sogenannte thermohaline Zirkulation der Weltmeere eine wichtige Rolle.

Diese immer wiederkehrenden Klimaschwankungen haben höchstwahrscheinlich astronomische Ursachen. Dabei führt die Überlagerung verschiedener periodischer Vorgänge zu unterschiedlich starken Klimaschwankungen, den sogenannten Milankovic-Zyklen. Eine wesentliche Ursache sind die Änderungen der Orbitalparameter der Erde: Die Schwankung der Exzentrizität der Umlaufbahn verändert den Abstand zur Sonne, die Präzession führt zu einer Verschiebung der Jahreszeiten, und der leicht schwankende Kippwinkel der Erdachse, die sogenannte Schiefe zur Ekliptik, kann wegen der ungleichen Land-/Meerverteilung zwischen Nord- und Südhalbkugel Klimaänderungen auslösen. Eine wichtige Rolle spielen dabei selbst verstärkende Rückkopplungsmechanismen, wie z.B. die Abnahme der Eisflächen bei einer Erwärmung, wodurch Ozeane wiederum mehr Wärme aufnehmen können. Ebenso führt die Freisetzung von Kohlendioxid durch Erwärmung und Versauerung der Ozeane zu einer Verstärkung des Treibhauseffekts.

Abschließend gab Prof. Mändl eine Abschätzung der Klimarelevanz der unterschiedlichen Effekte. Den größten Einfluß auf das Klima haben die Milankovic-Zyklen, die allerdings auf für den Menschen unüberschaubar langen Zeitskalen ablaufen. Seit etwa 12000 Jahren befinden wir uns in einer Warmzeit. Es sei sehr wahrscheinlich, dass in einigen Tausend Jahren die nächste Eiszeit kommen wird. Auch die Sonnenaktivität spielt eine Rolle, die von einem auf und ab geprägt ist. Der wesentliche Punkt bei der menschgemachten Erderwärmung ist aber: Es geht schnell und stetig nach oben.