Das Klima von ~ 65 Mio. Jahren bis ~ 500kyr

Transkript

1 Universität Tübingen Geographisches Institut Sommersemester 2008 Hauptseminar: Klimawandel, Klimageschichte der Erde, Klimatologie Leiter: PD Dr. Stefan Klotz Referent: Deniz-Osman Tekin Das Klima von ~ 65 Mio. Jahren bis ~ 500kyr Verlauf Ursachen Auswirkungen vorgelegt von: Deniz-Osman Tekin Landkutschersweg 10/ Tübingen DOT1983@gmx.de Tel: 07071/991122

2 Inhaltsverzeichnis: 1. Einleitung Die Paläoklimatologie Das Massenaussterben am Ende der Kreidezeit Das Tertiär Das Quartär Schlussbetrachtung Literatur- und Quellenliste

3 1. Einleitung Der Klimawandel gehört seit einigen Jahren zu den wichtigsten Themen der Menschheit. Welche Bedeutung Klimawandel, Klimageschichte und Klimaprognosen haben, zeigen die vielen Weltklimagipfel. Wissenschaftler versuchen mit immer aufwendigeren Computermodellen künftige Klimaentwicklungen vorherzusagen. Das Klima in der Vergangenheit wird hierbei immer wichtiger. Die dramatischen Klimaveränderungen der Erdgeschichte ermöglichen es uns, den gegenwärtigen Klimawandel zu verstehen und einzuordnen. Wird er vom Menschen verursacht oder ist er ein Teil natürlicher Klimazyklen? Inzwischen weiß man, dass sich das Klimasystem in kürzesten Zeiträumen dramatisch ändern und das Leben auf der Erde entscheidend prägen kann. So bevölkerten zum Beispiel in der Kreidezeit vor 140 bis 65 Millionen Jahren selbst in arktischen Breiten riesige Dinosaurier subtropische Vegetationen. Seit zwei bis drei Millionen Jahren wechseln sich Kaltzeiten, in denen gigantische Gletscher sogar bis weit nach Deutschland hinein vordrangen, und Warmzeiten ab. Die Erforschung des Klimas in der Vergangenheit kann deshalb entscheidend zum Verständnis des menschlichen Einflusses auf das heutige Klimasystem sein und zu einer Prognose der damit verbundenen Auswirkungen auf das Leben beitragen 1. Diese Hausarbeit betrachtet den Verlauf des Klimas von 65 Millionen Jahren bis etwa Jahren vor unserer Zeit. Dabei sollen auch die Auswirkungen des Klimawandels auf die verschiedenen Lebenswelten aufgezeigt werden. 2. Die Paläoklimatologie Die Paläoklimatologie versucht die Klimaentwicklung der Vergangenheit, welche nur durch indirekte Daten, also Klimazeugen und Klimaindizien (engl. `proxydata`) erschlossen werden kann, zu beschreiben. Dazu gehören vor allem alle biologischen, geomorphologischen, pedologischen und geologischen Phänomene, die in irgendeiner Form vom Klima abhängig sind 2. Überall wo sich über einen längeren Zeitraum etwas ablagert oder aufbaut, versuchen Forscher daraus Klimadaten zu gewinnen, so zum Beispiel in Sedimenten am Meeresgrund, 1 Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Klimazeugnisse der Erdgeschichte. Perspektiven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; 2001; Vorwort. 2 Vgl.: Blüthgen, Joachim: Allgemeine Klimageographie; 3., neu bearb. Aufl.; Berlin, New York; 1980; S

4 Schneeschichten auf Gletschern, Stalaktiten in Höhlen oder Wachstumsringen in Korallen und Bäumen 3. Die wichtigsten paläoklimatischen Datenerhebungsmethoden zusammengefasst: 1. Die Radiokarbon-Methode ( 14 C-Datierung): Ein Verfahren, dass zur absoluten Altersbestimmung, auf dem Zerfall des radioaktiven Kohlenstoff-Isotops 14 C in organischen Substanzen basiert. 2. Thermolumineszenz (TL-Methode): Altersbestimmung an Scherben, gebrannten Tonen, ausgeglühten Böden, Steinen und Schlaken. Günstig bis Jahren vor heute. 3. Das Sauerstoff-Isotopen-Verfahren ( 16 O/ 18 O): Zur Ermittlung von Temperaturen an Bohrkernen in Meeressedimenten und im Inlandeis. 4. Die Kalium-Argon-Methode ( 40 K/ 40 A): Erlaubt Aussagen über ältere Zeitperioden und wird bei der Feststellung des Wechsels im erdmagnetischen Feld angewandt. 5. Die Protactinum-Ionium-Methode: Basiert auf dem radioaktiven Zerfall von Uran 238 und 235 und wird jenseits der Grenze möglicher 14 C-Datierungen angewandt. 6. Die Warven-Chronologie: Um den Wechsel von Jahreszeiten festzustellen und somit eine Jahreszählung zu gestatten, werden geschichtete Ablagerungen (meist Bändertonen) ausgewertet. 7. Die Dendrochronologie: Nutzt zur Altersbestimmung die Jahresringe von Bäumen und reicht bis zu 8000 Jahre zurück Die Pollenanalyse: Die in Sedimenten enthaltenen Blütenstaubablagerungen werden zur Rekonstruktion vergangener Vegetationsbestände ausgewertet, um damit auf das Klima zu schließen. 3 Vgl.: Lauer, Wilhelm u. Bendix, Jörg: Klimatologie. Neubearbeitung; 2., neu bearb. und korrigierte Aufl.; Braunschweig; 2006; S Vgl.: Press, Frank u. Siever Raymond: Allgemeine Geologie. Eine Einführung in das System Erde; 3. Aufl.; München; 2003; S

5 Abbildung 1: Die wichtigsten, für radiometrische Altersbestimmung verwendeten radioaktiven Elemente. Je weiter man in die Erdgeschichte zurückgeht, desto ungenauer und unsicherer werden die Aussagen zum Paläoklima. Die Zeit bis zum Kambrium lässt sich so nur schwer einschätzen. Die Zeit seit dem Kambrium kann durch geologische und paläontologische Klimazeugen schon besser beurteilt werden 5. Die Geologen unterteilen die Erdgeschichte in Zeitalter und Perioden. Das älteste Zeitalter ist das Präkambrium. Es begann mit der Entstehung der Erde vor ca. 4,6 Milliarden Jahren und ist eine lange, komplexe und bisher noch sehr unbekannte Zeit. Man weiß, dass es im warmtropischen Präkambrium zu Gebirgsbildungen und gegen Ende des Zeitalters vor ca. 1 Milliarde Jahren zu mindestens einer Eiszeit kam. Die Lithosphäre, Atmosphäre und Hydrosphäre entwickelten sich, erste Organismen tauchten auf. Das Leben war jedoch sehr einfach und bestand nur aus primitiven Algen 6. Im Kambrium wurde es zunächst wieder wärmer, für die immer stärker aufblühenden Wasserpflanzen entstanden immer neuere Lebensnischen. Am Ende des Kambriums vor rund 500 Millionen Jahren brach das zweite Eiszeitalter an. Erste Vorformen der Wirbeltiere begannen sich zu entwickeln. Im Ordovizium entstanden Feuchtböden und Humusdecken unter dem Einfluss der ersten. Beim Wechsel des Erdzeitalters vom Ordovizium zum Silur kam es zum dritten Eiszeitalter. Das Klima besserte sich jedoch wieder schnell. Im anschließenden Devon zwischen 405 und 360 Millionen 5 Vgl.: Lauer, Wilhelm u. Bendix, Jörg: Klimatologie. Neubearbeitung; 2., neu bearb. und korrigierte Aufl.; Braunschweig; 2006; S Vgl.: Goudie, Andrew: Physische Geographie. Eine Einführung; 4. Aufl.; Heidelberg, Berlin; 2002; S. 35f. 5

6 Jahren vor Heute, schob sich im Norden der Großkontinent Laurasia und im Süden der Superkontinent Gondwana zusammen. Die Temperaturen blieben weltweit relativ hoch, so dass sich die ersten Kieferfische, wie zum Beispiel die Haie, entfalten konnten. Im folgenden Karbon zwischen 360 bis 290 Millionen Jahren, der Zeit der Steinkohleformation bildeten sich bereits gewaltige Wälder. Erste Insekten eroberten den Luftraum. Die Artenvielfalt der Reptilien und Meeresbewohner begann. Das Weltklima war in dieser Zeit periodisch variabel und es kam wiederum, als der neue Großkontinent Gondwana über den Südpol driftete, zu mindestens zwei weiteren, in sich erst grob gliederbaren und sich offenbar durch Rückkoppelungseffekte verstärkenden Eiszeitaltern mit dem ebenfalls dazugehörigen Absenkungen der Meeresspiegel und den sich daraus ergebenden Folgen 7. Mit dem Perm endete das Altertum des Lebens, das Paläozoikum. Zu Beginn dieser Epoche kam es zu einem vom antarktischen Süden her gesteuerten neuen Eiszeitalter. In der folgenden Zeit vereinigten sich die beiden Urkontinentente zum neuen Superkontinent Pangäa. Die Trias läutete vor 250 Millionen Jahren das Mittelalter des irdischen Lebens ein, dem Mesozoikum. Es begann eine lange Warmzeit auf dem neuen Superkontinent Pangäa. Die Erde wurde von Dinosauriern beherrscht, welche sogar in warmen polaren Breitengraden lebten dies belegen archäologische Funde aus Spitzbergen und Alaska 8. Im flachmeerreichen Jura vor 210 Millionen Jahren blieb das Klima weiterhin warm, jedoch aufgrund der anhaltenden Veränderung der Gestalt der Kontinente keineswegs regional uniform 9. 7 Müller-Beck, Hansjürgen: Die Eiszeiten. Naturgeschichte und Menschheitsgeschichte; München; 2005; S Vgl.: Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; 2006; S Vgl.: Müller-Beck, Hansjürgen: Die Eiszeiten. Naturgeschichte und Menschheitsgeschichte; München; 2005.S. 22ff. 6

7 2.1. Das Massenaussterben am Ende der Kreidezeit. Die Kreidezeit ist das jüngste System des Mesozoikums und dauerte von ca Millionen Jahren vor unserer Zeit. In die Kreidezeit fällt auch das endgültige Auseinanderbrechen des Superkontinentes Pangäa 10. Die Kontinente bewegten sich fortan in Richtung ihrer heutigen Positionen, wodurch sich neue Ozeane bildeten. Der Meeresspiegel lag während der gesamten Kreidezeit über seinem heutigen Stand, was zur Folge hatte, dass die Kontinente großflächig mit marinen Sedimenten überdeckt wurden. Die Temperatur veränderte sich in verschiedenen Gebieten auf unterschiedliche Art und Weise, jedoch wurde es immer wärmer. Vermutet wird, dass die Durchschnittstemperatur höher lag, als sie seitdem jemals wieder war 11. Die Kreidezeit endete mit einem des größten Massenaussterbens aller Zeiten. Betroffen waren nicht nur die Lebewesen an Land, sondern auch die im Wasser. Schätzungsweise 70 Prozent aller damals lebenden Tier- und Pflanzenarten verschwanden für immer von der Erde 12, Hauptopfer waren die Dinosaurier. Das Massenaussterben in der Kreidezeit machte möglicherweise den Weg für die Entwicklung der Säugetiere und Menschen frei. Dieser große Wandel wurde zuerst in pelagischen Sedimenten entdeckt, und zwar in Aufschlüssen der Gubbio-Sektion (Italien). Hier beschrieben Luterbacher und Silva einen abrupten Faunenwandel in planktonischen Foraminiferen 13. Berggren und Bramlette konnten ähnliche Veränderungen in anderen Gebieten feststellen. Wissenschaftler rätseln noch immer an diesem Ereignis. Die gängigste und plausibelste Theorie stellte Alvarez in den späten 70ern auf. Zusammen mit seinen Mitarbeitern entdeckte er in der weltweit auftretenden Kreide/Tertiär-Grenzschicht einen außergewöhnlich hohen Anteil des extraterrestrischen Elementes Iridium, was sich nur durch einen großen Meteoriteneinschlag erklären ließe 14. Der Theorie zufolge, schlug vor 65 Millionen Jahren, bei Chicxulub auf der heutigen Halbinsel Yucatan und in dem angrenzenden Golf von Mexiko ein Meteorit mit einem Durchmesser von etwa 10 km ein und hinterließ einen km 2 großen Krater. Die Fläche des deutschen Rieskraters beträgt 450 km 2. Obwohl der Krater 10 Vgl.: Strahler, Alan H. u. Strahler, Arthur N.: Physische Geographie; 3., korrigierte Auflage; Stuttgart; 2005; S. 297ff. 11 Vgl.: Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Heidelberg, Berlin, Oxford; 1994; S. 473ff 12 Goudie, Andrew: Physische Geographie. Eine Einführung; 4. Aufl.; Heidelberg, Berlin; 2002; S Streif, Hans Jörg u. Berner, Ulrich: Klimafakten. Der Rückblick Ein Schlüssel für die Zukunft; 4. vollst. überarb. Aufl.; Hannover; 2004; S Vgl.: Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Klimazeugnisse der Erdgeschichte. Perspektiven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; 2001; S

8 durch geologische Vorhänge verschwunden ist, lässt er sich durch Fernerkundungsmethoden und Bohrungen in tiefer liegenden Sedimenten nachweisen 15. Es wird vermutet, dass durch den Einschlag, gewaltige Mengen Feinstaub in die Luft geschleudert und verheerende Brände ausgelöst wurden. Staub und Ruß verdunkelten für viele Jahrzehnte den Himmel und schirmten die Sonnenstrahlen ab. [ ] durch die Verbrennung der Vegetation stieg der Kohlendioxidgehalt der Erdatmosphäre 16. Kohlenstoff- und Schwefelgase lösten einen Treibhauseffekt aus. Gleichzeitig stieg der atmosphärische Wasserdampfgehalt durch das verdampfende Meerwasser am Einschlagsort und Flutwellen zerstörten die Küsten der Kontinente. Allgemein veränderte sich die Zusammensetzung des Meeres, so trat saurer Regen auf, welcher die Chemie der Ozeane stark veränderte. Die natürlichen Kreisläufe des Erdsystems wurden gestört 17. Die Nahrungskette brach sowohl auf dem Land, als auch im Meer zusammen. Andere Theorien versuchen das Massenaussterben durch Vulkanausbrüche zu erklären, wonach es durch vulkanische Aktivitäten zu einer Abkühlung der Atmosphäre kam, verursacht durch schwefelige Aerosole und saure Niederschläge 18. Fakt ist jedoch, dass die Kreidezeit mit einem gigantischen Klimawandel endete. Es kam zu dramatischen Veränderungen der Lebensbedingungen, sowohl durch das Absinken des Meeresspiegels als auch durch die Abkühlung der Atmosphäre und der Weltmeere Das Tertiär Mit dem Tertiär begann vor 65 Millionen Jahren die Erdneuzeit, das Känozoikum (griechisch: Kainos= Neu und zoon= Tier), welches als das Zeitalter der Säugetiere betrachtet werden kann. Geologen gliedern das Känozoikum in drei Systeme: in das Paläogen, das die Serie des Paleozäns, Eozäns und Oligozäns umfasst, und in das Neogen [ ] mit den Stufen des 15 Vgl.: Streif, Hans Jörg u. Berner, Ulrich: Klimafakten. Der Rückblick Ein Schlüssel für die Zukunft; 4. vollst. überarb. Aufl.; Hannover; 2004; 40f. 16 Streif, Hans Jörg u. Berner, Ulrich: Klimafakten. Der Rückblick Ein Schlüssel für die Zukunft; 4. vollst. überarb. Aufl.; Hannover; 2004; S Vgl.: Streif, Hans Jörg u. Berner, Ulrich: Klimafakten. Der Rückblick Ein Schlüssel für die Zukunft; 4. vollst. überarb. Aufl.; Hannover; 2004; S Vgl.: Lauer, Wilhelm u. Bendix, Jörg: Klimatologie. Neubearbeitung; 2., neu bearb. und korrigierte Aufl.; Braunschweig; 2006; S

9 Miozäns und Pliozäns. Hinzu kommt das Quartär mit den Stufen des Pleistozäns und Holozäns 19. Die klimatischen Folgen des Kometen-Einschlages begannen sich im frühen Tertiär langsam zu legen, das Klima blieb weltweit relativ warm und das Leben konnte sich wieder erholen. Allerdings kam es bereits 10 Millionen Jahre nach dem Chicxulub-Einschlag zu einer verstärkten Erwärmung der Erde. Dieses Temperaturmaximum an der Grenze vom Paläozän zum Eozän, auch PETM genannt (Paleocene-Eocene Thermal Maximus), wird unter Klimaforschern viel diskutiert. Kalkschalen aus Sedimenten verraten uns zweierlei: erstens, dass eine große Menge Kohlenstoff in kurzer Zeit in die Atmosphäre gelangte, und zweitens, dass die Temperaturen um ca. 5 bis 6 C anstieg. Auf die Freisetzung von Kohlenstoff kann geschlossen werden, weil sich die Isotopenzusammensetzung des atmosphärischen Kohlenstoffes veränderte. Dass die Konzentration des Isotopes C-13 sprunghaft abnahm, lässt sich nämlich nur damit erklären, dass eine Menge Kohlenstoff mit einem niedrigen C-13- Gehalt der Atmosphäre beigemischt wurde 20. Eine Erklärung für dieses hohe Kohlenstoffvorkommen könnten Methanvorkommen am Meeresgrund sein. Da Methanhydrat nur bei hohem Druck und niedrigen Temperaturen stabil sind, könnten mögliche instabile Hydratvorkommen in einer Kettenreaktion, durch weitere Erwärmung, immer mehr Hydrate freigesetzt haben. Andere Theorien gehen von einer starken Vulkanaktivität oder einem weiteren Meteoriteneinschlag aus 21. Aber auch die Kontinentalverschiebung könnte durch die veränderte Zirkulation der Meeresströme und dem damit verbundenen allgemeinen Anstiegs der Wassertemperatur der Ozeane oder durch Erdrutsche, die Methanfreisetzung ausgelöst haben 22. Die Folgen dieser Hitzewelle waren dramatisch: Weite Teile des Ozeans wurden zu lebensfeindlichen Regionen, tropische Temperaturen herrschten bis in hohe Breitengrade. Beide Pole waren eisfrei. Das PETM Ereignis zeigt die Folge der Freisetzung großer Mengen Kohlenstoff für die Erde. Das Klima kann sich um mehrere Grad erwärmen und weite Teile der Lebenswelt zerstören. Für den Menschen könnte dieses Ereignis von besonderer Bedeutung sein, da ein ähnlicher Prozess aufgrund der immensen Freisetzung von Kohlenstoff durch den Menschen, erwartet 19 Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Heidelberg, Berlin, Oxford; 1994; S Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; 2006; S Vgl.: Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; 2006; S Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S

10 wird. Der Kohlendioxid-Anteil der Atmosphäre betrug zu dieser Zeit, dass Zwölffache des heutigen Wertes. Fünf Millionen Jahre später jedoch nur das Vierfache. Der Kohlenstoff muss also irgendwo gespeichert worden sein 23. Nachdem die Temperaturen im frühen Eozän ihren Höhepunkt erreicht hatten, setzte eine langsame Abkühlung ein. Welche Gründe hatte diese Abkühlung? Die Epoche vom Beginn des Känozoikums bis ins Mittlere Eozän war geprägt von tektonischen Vorgängen. Diese Veränderungen der Küstenverläufe und des Reliefs wirkten sich auf die atmosphärischen und ozeanischen Zirkulationssysteme und somit auf das Klimageschehen der gesamten Erde aus. Wie zum Beispiel die Hebung des Himalayas, welcher durch den Zusammenstoß der Indischen und Eurasischen Platten vor etwa 55 bis 40 Millionen Jahren entstanden war und den südostasiatischen Monsun zur Folge hatte 24. Von weitaus größerer Bedeutung für das Weltklima war jedoch die Öffnung von zwei Meerespassagen. So löste sich ab 70 Millionen Jahren vor Heute, Australien von der Antarktis und bewegte sich nach Norden. Die daraus resultierenden Veränderungen der Wind- und Meeresströmungen des Südpols wirkte sich auf weite Teile der Erde aus. Bereits vor der Trennung lag die Antarktis genau über dem Südpol; aber sie war warm, weil ihre Küsten von relativ warmen Gewässern aus niedrigen Breiten umströmt wurden. Doch als Australien losbrach und nach Norden driftete, bildete sich zwischen den beiden Kontinenten eine kalte Strömung aus, die einen warmen Meeresstrom, der von Australien zur Antarktis floss, ablenkte. Dies war der erste Schritt, der zur Abkühlung der Antarktis führte. 25 Die zweite entscheidende Entwicklung war die Öffnung der Meerespassage zwischen Südamerika und der Antarktis, die vor etwa 35 Millionen Jahren einsetzte. Seitdem blieb die Antarktis isoliert in einer polnahen Position, umgeben von einem Ringozean, dem Südpolarmeer, dessen von Westwinden und der Corioliskraft angetriebener Zirkumpolarstrom die Antarktis umströmt und dabei das gesamte Wasser von der Oberfläche bis in Bodennähe umfasst. Der Zirkumpolarstrom ist das einzige Stromsystem der Welt, das ungehindert durch kontinentale Barrieren die ganze Erde im Kreis umfließt. Die Bildung dieses kalten ozeanischen Tiefenwassers trug vielfach zu dem Temperaturabsturz der folgenden Jahrmillionen bei Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S Vgl.: Giese, Peter: Geodynamik und Plattentektonik; Heidelberg; 1995; S. 82f. 25 Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Heidelberg, Berlin, Oxford; 1994; S Vgl.: Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Heidelberg, Berlin, Oxford; 1994; S

11 Die Antarktis und die umgebenden Gewässer kühlten sich immer stärker ab, bis sich schließlich gegen Ende des Eozäns erste massive Eisdecken in der Antarktis bildeten 27. Die fünfte große Vereisung der Erde wurde somit eingeleitet. Abbildung 3: Die Entstehung der heutigen Kontinente durch den Zerfall von Pangäa Das Klima war im Tertiär stark asymmetrisch: Das Nordpolargebiet war relativ warm und eisfrei, das Südpolargebiet kalt und vereist 28. Diese vereisten Flächen hatten eine viel höhere albedo von lateinisch albus (weiß) als das Wasser, da weiße Flächen kaum Licht und Wärme absorbieren, d.h. durch den Albedo-Effekt wurde die einfallende Sonnenstrahlung fast vollständig ins Weltall zurückgestrahlt. Die Erde wurde also weniger erwärmt 29. Da der wachsende Eispanzer zunehmend vom Wärmereservoir der Ozeane abgeschottet und sie selbst immer weniger Wärme an die sie umgebenden Gewässer abgab, nahm gleichzeitig die Temperatur des Oberflächenwassers im Südpolarmeer ab. Derart abgekühlt und wegen der höheren Dichte des kalten Wassers schwerer geworden, sank es zum Meeresboden und setzte dadurch den thermohalinen Kreislauf in Gang 30. Weil kaltes und weniger salzhaltiges Wasser mehr Kohlendioxid aufnimmt als wärmeres, entzog dieses kalte Wasser der 27 Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S Vgl.: Schönwiese, Christian-Dietrich: Klimaschwankungen; Berlin, Heidelberg; 1979; S. 96f. 29 Vgl.: Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Klimazeugnisse der Erdgeschichte. Perspektiven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; 2001; S Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S

12 Atmosphäre Treibhausgas und speicherte es in der Tiefe 31. Aber auch die durch Gebirgsbildung (unter anderem Himalaya, Alpen, Rocky Mountains) entstandenen granitischen Steine entzogen durch chemische Verwitterung Kohlenstoff aus der Atmosphäre und trugen zu dieser Abkühlung bei 32. Obwohl es im beginnenden Oligozän immer kühler wurde und die Antarktis vereiste, kam es in den letzten Jahrmillionen Jahren dieser Epoche (vor ca. 25 Millionen Jahren) zu einer deutlichen Wiedererwärmung der Erde von fast 3 C 33. Man vermutet, dass die wieder aktiv werdende Plattentektonik ein Hauptgrund für diese Erwärmung ist, denn im Miozän [ ] setzte sich sowohl die Westdrift der noch getrennten Kontinente Nord- und Südamerikas fort als auch die Norddrift Afrikas, Indiens und Australiens, deren Platten zunehmend auf die Eurasische Platte drückten. Dadurch verstärkte sich nicht nur die Hebung der Anden, der Rocky Mountains, der Alpen und des Himalaya einschließlich des tibetischen Plateaus, sondern auch die Arabische Platte hob sich über den Meeresspiegel, sodass vor 18 Millionen Jahren die Landmassen Afrikas und Asiens zusammenschlossen und die Tethys bis auf den Rest, den Heute das Mittelmeer bildet, endgültig verschwand 34. Gleichzeitig wurde die Landbrücke zwischen Nordamerika und Eurasien durch die Spreizung des Meeresbodens entlang des mittelatlantischen Rückens vergrößert, was zur Folge hatte, dass sich Grönland weitestgehend abspaltete. Das Miozän war die Epoche mit größer vulkanischer Aktivität, wodurch große Mengen Treibhausgase in die Atmosphäre gelangten und die Erde kurzfristig wieder erwärmte. Mit der Orogenese setzt gleichzeitig auch die Erosion der neu aufgefalteten Gebirgsketten ein, wodurch der Atmosphäre durch Karbonat- und Silikatverwitterung immer mehr Kohlendioxid entzogen und in den Tiefen der Ozeane gespeichert wurde. Dies war wohl ein Grund für die rapide Abkühlung der Erde in der Mitte des Miozäns, neben der weiteren Öffnung des antarktischen Ringes und der zunehmenden Isolierung der großen Meeresbecken, die folglich nur noch über den kalten Ring in der Antarktis kommunizieren konnten 35. An der Grenze zwischen dem Miozän und dem Pliozän folgte ein weiteres entscheidendes Ereignis: Sedimentproben zeigen, dass die Foraminiferen im Atlantik und Pazifik bis vor etwa 31 Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S. 65f. 32 Vgl.: Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Klimazeugnisse der Erdgeschichte. Perspektiven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; 2001; S. 90f. 33 Vgl.: Müller-Beck, Hansjürgen: Die Eiszeiten. Naturgeschichte und Menschheitsgeschichte; München; 2005; S Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S Vgl.: Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Klimazeugnisse der Erdgeschichte. Perspektiven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; 2001; S

13 4,7 Millionen Jahren keine Unterschiede aufweisen, was sich nur dadurch erklären ließe, dass es zwischen den Wassermassen des Pazifiks und des Atlantiks einen Austausch gab. Mit der Hebung der Karibischen Platte vor 13 Millionen Jahren wurde die Meerenge von Panama zunehmend enger, bis sie sich vor 4 Millionen Jahren schließlich komplett schloss und der Austausch des salzhaltigeren Wassers des Atlantiks mit dem weniger salzhaltigen Wassers des Pazifiks verhindert wurde. Der wichtige Durchfluss vom Pazifik zum Atlantik viel weg, und es kam zur Ausbildung der noch heute existierenden, getrennten Strömungssysteme im Ostpazifik und Nordatlantik, wobei im letzteren der für die Klimageschichte Europas so bedeutsame Golfstrom in der Art einer Wärmepumpe in Gang kam. [ ] Gleichzeitig drang auch das nordatlantische Tiefenwasser weiter nach Norden vor und sorgte dort nördlich [ ] des Golfstromendes für eine zunehmende Abkühlungstendenz 36. Feuchtigkeit, die durch den neuen warmen Golfstrom in den Norden gelangte, führte dort zu einer Zunahme von Schneefällen und damit zur Bildung von Inlandseismassen 37. Durch die Neuorganisation der ozeanischen Zirkulation und möglicherweise der Änderung der chemischen Eigenschaften des Tiefseewassers 38, vereisten Grönland und Nordamerika. Abbildung 4: Leitmotiv des Tertiärs: Schließung der tropischen Verbindung zwischen den Weltmeeren (und damit Verschwinden der Tethys, des sich von Ost nach West hinziehenden Ur-Mittelmeers) schwarze Balken und Entwicklung des Kaltwasserrings um den antarktischen Kontinent weiße Balken. 36 Müller-Beck, Hansjürgen: Die Eiszeiten. Naturgeschichte und Menschheitsgeschichte; München; 2005; S Vgl.: Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Heidelberg, Berlin, Oxford; 1994; S Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S. 77f. 13

14 Allerdings sind die Vereisungen auf der Nordhalbkugel nicht allein auf terrestrische Ursachen wie Plattentektonik zurückzuführen. Eine wichtige Rolle spielte auch die Sonneneinstrahlung. Anhänger dieser Theorie glauben, dass Änderungen im Verhältnis Erde zu Sonne Gletscherschwankungen verursachen können, [ ] [und weisen darauf hin. DOT], dass die Umlaufbahn der Erde periodisch ihre Form ändert, da die Bewegungen der anderen Planeten eine Schwereanziehung auf die Erde ausüben. Die ausgeprägtesten Bahnänderungen folgen einem Zyklus von Jahren, der der Periodizität der Sauerstoffisotopenzyklen, die in den Tiefseebohrkernen dokumentiert sind, sehr nahe kommt 39. Der Bauingenieur und Klimaforscher Milutin Milankovic ( ) fand drei Faktoren heraus. Diese drei Faktoren und die von ihnen verursachten Zyklen sind: 1. Exzentrizität: Etwa alle Jahre wechselt die Erdumlaufbahn von einer Kreis- in eine Ellipsenform, dadurch ändert sich der Abstand der Erde von der Sonne und mit ihm die Energieeinstrahlung. 2. Obliquität (Schiefe der Ekliptik): Etwa alle Jahre ändert sich der Neigungswinkel (Schwankend zwischen 21,6 und 24,5 der Rotationsachse der Erde zur Erdumlaufbahn, dadurch ändert sich die Menge der Strahlung auf die Erdoberfläche. 3. Präzession: Etwa alle Jahre durchläuft die Rotationsachse der Erde eine Kreiselbewegung, da die Erde keine Kugel, sondern ein `ausgebuchtetes` Ellipsoid ist, dadurch ändert sich die Verteilung der Strahlung und die Zeitpunkte der Tagundnachtgleichen (Äquinoktien) Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Heidelberg, Berlin, Oxford; 1994; S. 569f. 40 Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S. 79f. 14

15 Abbildung 5: Die Milankovic-Zyklen; E = Exzentrizität; T = Obliquität; P = Präzession Diese astronomischen Einflüsse trugen an den nördlichen Breiten sicherlich dazu bei, dass es während der Sommermonate kalt genug blieb, um ein Schmelzen des Schnees auf den Landflächen zu verhindern, indem durch die zunehmende Neigung der Erdachse die Sonneneinstrahlung vermindert wurde 41. Neben den terrestrischen und astronomischen Faktoren, die zur permanenten Vereisung des Nordpols beitrugen, kam auch der Albedo-Effekt. Die Albedo ist ein Maß für das Verhältnis von einfallender zu reflektierender Strahlung. Bestimmt wird dieses Maß von der bestrahlten Fläche und dem Einfallswinkel der Strahlung. Je dunkler die Oberfläche ist, desto kleiner ist ihre Albedo, je steiler der Einfallswinkel ist, desto größer ist die Strahlungsintensität. Eine Albedo von 1 entspricht der Rückstrahlung von 100%, eine Albedo von 0 der vollständigen Absorption der einfallenden Strahlung. Beispiele für diverse Albedos sind: Neuschnee: 0,80-0,95 Wolkendecke(dicht): 0,50-0,80 Sand und Wüste: 0,25-0,40 Sümpfe: 0,10-0,15 Waldgebiete: 0,05-0,10 Wasserflächen: 0,03-0,10 Das Gesamtsystem der Erde und Atmosphäre hat eine durchschnittliche Albedo von 0, Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S. 94f. 42 Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S

16 Abbildung 6: Übersicht der wichtigsten natürlichen Ursachen von Klimaänderungen Das Quartär Zu Beginn des Pleistozäns hatten die Kontinente weitgehend ihre heutige Gestalt und Lage an- und eingenommen. Auch Tiere und Pflanzen entsprechen der gegenwärtigen Situation, auch wenn etliche damals lebende Arten inzwischen ausgestorben sind. Der legendäre Mensch ging bereits seinen aufrechten Gang 43. Geprägt war diese Epoche jedoch von Klimaschwankungen bestehend aus Kaltphasen (Glazialen) und Warmphasen (Interglazialen), die insgesamt etwa zwei Millionen Jahre dauerten. Bemerkenswert hierbei ist der zyklische Wechsel von Kalt- und Warmzeiten. So gab es in den letzten 1,6 Millionen Jahren etwa 17 Glazial-Interglazial-Zyklen 44. Die Zyklen waren gekennzeichnet durch einen schrittweisen Eisaufbau (über einen Zeitraum von ungefähr Jahren), gefolgt von einem drastischen Rückgang der Vergletscherung innerhalb von nur etwa 8000 Jahren 45. Die Länge der Milankovic-Zyklen zeigt auffällige Übereinstimmungen mit der Abfolge der zahlreichen Glazialen und Interglazialen, weshalb 43 Vgl.: Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; 2006; S Vgl.: Goudie, Andrew: Physische Geographie. Eine Einführung; 4. Aufl.; Heidelberg, Berlin; 2002; S Vgl.: Goudie, Andrew: Physische Geographie. Eine Einführung; 4. Aufl.; Heidelberg, Berlin; 2002; S

17 anzunehmen ist, dass die Theorie von Milankovic tatsächlich verantwortlich ist für diese Klimaschwankungen. Während des quartären Eiszeitalters veränderte sich mit dem Zyklus der Kalt- und Warmzeiten auch der Meerwasserspiegelstand. Bei der Bildung von Inlandeis in Kaltzeiten wurde den Meeren Wasser entzogen, in Warmzeiten hingegen füllten sich die Meeresbecken wieder mit Schmelzwasser 46. Abbildung 7: Temperatur der Meeresoberflächen und eustatische Meeresspiegelschwankungen des Tertiärs. In den letzten Eiszeitzyklen haben die Kaltphasen meist viel länger angehalten (~ Jahre) als die Warmphasen (~ Jahre). Wenn das für unser Holozän auch gälte, müsste [diese Warmzeit. DOT] bald zu Ende sein. Man geht Heute dennoch davon aus, dass unsere Warmzeit noch sehr lange anhalten wird. Besonders lange Warmzeiten gibt es immer dann, wenn die Erdbahn in einem Exzentrizitätsminimum (also fast kreisrund) ist, wie zuletzt vor Jahren. Die nächste Eiszeit käme demnach wahrscheinlich erst in Jahren auf uns zu 47. Bei der Diskussion um die Ursachen muss auch der Rückkoppelungseffekt berücksichtigt werden. Rückkoppelungen sind Reaktionen auf einwirkende Faktoren, welche deren Effekt entweder verstärken oder vermindern. Ein Beispiel für einen positiven Rückkoppelungseffekt 46 Vgl.: Kelletat, Dieter: Physische Geographie der Meere und Küsten. Eine Einführung; 2., neu bearb. und erweiterte Aufl.; Stuttgart, Leipzig; 1999; S. 182f. 47 Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; 2006; S

18 ist Schnee, der unter kalten Bedingungen häufiger fällt als Regen und die Albedo der Erdoberfläche verändert. Dies wiederum führt dazu, dass sehr viel Wasser in Eis gespeichert wird, wodurch weniger Wasser in den Ozeanen vorhanden ist und es zu Meeresspiegelschwankungen kommt 48. Gegner der Milankovic-Zyklen bestreiten den einfachen Zusammenhang zwischen Umlaufzyklen und Klimaschwankungen, da die maximale Differenz der Gesamteinstrahlung durch die Veränderung der Umlaufparameter kleiner als 0,6 Prozent ist, und selbst wenn man verstärkende Rückkoppelungsmechanismen heranziehen würde, ließen sich die vielen Phänomene des Klimawandels mit der astronomischen Theorie allein nicht erklären 49. Die Komplexität der Erde und des Klimas wird hier deutlich. 3. Schlussbetrachtung Die Geschichte des Weltklimas ist geprägt von Klimaschwankungen. Auch ohne den Einfluss von Menschen gab es Klimaveränderungen. Ob nun der Mensch, durch die Produktion von immensen Mengen an Kohlenstoff, in dieses komplexe thermodynamische System destabilisierend einwirkt, ist ungewiss. Steuert die Erde wieder auf eine Kaltzeit zu, wäre eine anthropogen erzeugte Erwärmung eher von Vorteil, wird es jedoch von Natur aus wieder wärmer, dann würde der anthropogene Einfluss diese Erwärmung nur noch beschleunigen, so dass man sich dann zum Beispiel nicht in zwei Jahrhunderten, sondern in einem Jahrhundert sich darauf einstellen müsste. Fast scheint es so, als ob die Erde selbstregulierende Maßnahmen bezüglich der Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre hätte. Interessant ist auch die Tatsache, dass der Mensch selbst ein Produkt des vom Klima gesteuerten evolutionären Prozesses ist und aufgrund der paläoklimatischen Erkenntnisse versucht, die Rolle eines bewusst handelnden Akteurs zu übernehmen und mit der Reduzierung von Abgasen, Feinstäuben und weiteren Umweltschutzmaßnahmen in das Klimageschehen einzugreifen. Fakt ist jedoch, dass eine Erwärmung für die Erde kein neuer Prozess ist und sie dies überstehen wird, inwieweit jedoch die Menschheit mit solch einer Erwärmung umgehen wird und diese überhaupt überleben kann, ist fraglich. 48 Vgl.: Goudie, Andrew: Physische Geographie. Eine Einführung; 4. Aufl.; Heidelberg, Berlin; 2002; S. 67f. 49 Vgl.: Gebhardt, Hans u.a. [Hrsg.]: Geographie. Physische Geographie und Humangeographie; München; 2007; S

19 4. Literatur- und Quellenliste Blüthgen, Joachim: Allgemeine Klimageographie; 3., neu bearb. Aufl.; Berlin, New York; Gebhardt, Hans u.a. [Hrsg.]: Geographie. Physische Geographie und Humangeographie; München; Giese, Peter: Geodynamik und Plattentektonik; Heidelberg; Goudie, Andrew: Physische Geographie. Eine Einführung; 4. Aufl.; Heidelberg, Berlin; Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Die Erde. Dynamische Entwicklung, menschliche Eingriffe, globale Risiken; Berlin, Heidelberg; Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Klimazeugnisse der Erdgeschichte. Perspektiven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; Klostermann, Josef: Das Klima im Eiszeitalter; Stuttgart; Kelletat, Dieter: Physische Geographie der Meere und Küsten. Eine Einführung; 2., neu bearb. und erweiterte Aufl.; Stuttgart, Leipzig; Lauer, Wilhelm u. Bendix, Jörg: Klimatologie. Neubearbeitung; 2., neu bearb. und korrigierte Aufl.; Braunschweig; Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, Müller-Beck, Hansjürgen: Die Eiszeiten. Naturgeschichte und Menschheitsgeschichte; München; Press, Frank u. Siever Raymond: Allgemeine Geologie. Eine Einführung in das System Erde; 3. Aufl.; München; Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; Schönwiese, Christian-Dietrich: Klimaschwankungen; Berlin, Heidelberg; Schönwiese, Chistian-Dietrich: Klimatologie; 2., neu bearb. und aktualisiert Aufl.; Stuttgart Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Heidelberg, Berlin, Oxford; Strahler, Alan H. u. Strahler, Arthur N.: Physische Geographie; 3., korrigierte Auflage; Stuttgart;

20 Streif, Hans Jörg u. Berner, Ulrich: Klimafakten. Der Rückblick Ein Schlüssel für die Zukunft; 4. vollst. überarb. Aufl.; Hannover; Zepp, Harald: Geomorphologie. Eine Einführung; Paderborn, München, Wien, Zürich; Abbildungen: Seite 1: Seite 5: Press, Frank u. Siever Raymond: Allgemeine Geologie. Eine Einführung in das System Erde; 3. Aufl.; München; 2003; S Seite 6: Seite 11: Zepp, Harald: Geomorphologie. Eine Einführung; Paderborn, München, Wien, Zürich; 2002; S. 36. Seite 13: Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Klimazeugnisse der Erdgeschichte. Perspektiven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; 2001; S. 94. Seite 15: Seite 16: Schönwiese, Chistian-Dietrich: Klimatologie; 2., neu bearb. und aktualisiert Aufl.; Stuttgart. 2003; S Abbildung Seite 17: Lauer, Wilhelm u. Bendix, Jörg: Klimatologie. Neubearbeitung; 2., neu bearb. und korrigierte Aufl.; Braunschweig; 2006; S Letzter Abruf der Internetseiten: