Klimageschichte

Christian-Dietrich Schönwiese, Frankfurt a.M.

Die Rekonstruktion der Klimageschichte folgt den Informationsquellen der Paläoklimatologie (indirekte Rekonstruktionen, maximale Reichweite 3,8 Milliarden Jahre), der historischen Klimatologie (Dokumentationen, zum Teil indirekt bzw. verbal, maximale Reichweite ca. 5000 Jahre) und der Neoklimatologie (direkte Messungen der Klimaelemente, Zeitreihen ab 1659 n.Chr., in hinreichend globaler Abdeckung ab etwa 1850/60). Somit gibt es aus der frühesten Zeit der Erdgeschichte, als die Erde ungefähr gleichzeitig mit dem Sonnensystem (vor ca. 4,8 Milliarden Jahren) aus einem sich kontrahierenden Urnebel entstanden ist, keine Klimainformationen. Meist wird von einem heißen Urzustand ausgegangen, der in eine Abkühlungsphase überleitete, die unter überlagerten Fluktuationen vor etwa 1 Mrd. Jahren ihren Tiefpunkt erreicht hat. Daran schließt sich eine Erwärmungsphase an, die solar bedingt ist, weil die auf der Sonne stattfindende Kernfusion intensiver und zu einer Expansion der Sonne führen wird, was die terrestrische Erwärmung in dieser großen Zeitskala erklärt. Von dieser Erwärmung ist jedoch seit 1 Mrd. Jahren kaum etwas zu sehen. Vielmehr dominieren die überlagerten Klimaschwankungen, die abwechselnd mit dem dominanten akryogenen Warmklima (d.h. ohne Eisbildung auf der Erdoberfläche) zu den jeweils einige Mio. Jahren andauernden Eiszeitaltern geführt haben. Das früheste, die etwas mißverständlich als Huronische Eiszeit bezeichnete Epoche, ist wohl vor etwa 2,3 Mrd. Jahren eingetreten, das letzte Eiszeitalter, das quartäre Eiszeitalter, dauert noch an. Dabei ist es offenbar so kalt, daß die Polargebiete beider geographischen Pole, neben den Hochgebirgen, vereisen konnten (bipolare Vereisung). Dies ist in der Klimageschichte nicht immer so gewesen; z.B. hat im silur-ordovizischen Eiszeitalter, um 430 Mio. Jahre vor heute (Silur, Ordovizium), ein asymmetrisches Klima mit nur einem vereisten Pol, dem Südpol, bestanden (unipolare Vereisung) ( Abb. 1 ). Bedingung für eine Vereisung der Polargebiete scheint die Position von Landmassen im Bereich der geographischen Pole zu sein, und während jenem Eiszeitalter befand sich ein Teil des Urkontinents Gondwana im Bereich des Südpols. Nur dann kann der Schneeniederschlag auf diesen Landgebieten liegen bleiben und über die Eis-Albedo-Rückkopplung eine Abkühlung einleiten. Weitere Ursachen für eine Abkühlung sind z.B. Orogenesen und Vulkanismus, zudem die variierenden Eisbedeckungen (Land und Meer) sowie Zirkulation von Ozean und Atmosphäre. Das vor rund 300 Mio. Jahren eingetretene permokarbonische Eiszeitalter zwischen dem warm-feuchten Klima des Karbons (ab 345 Mio. Jahre v.h.) und dem eher warm-trockenen Klima der Trias (ab 225 Mio. Jahre v.h.; beide akryogen) ist offenbar wie das derzeitige quartäre bipolar und sehr intensiv gewesen. Nach dem Temperaturmaximum der akryogenen Kreide-Zeit (ab 135 Mio. v.h.) mit einer ca. 10ºC höheren Weltmitteltemperatur als heute hat schon frühzeitig eine markante Abkühlungsphase begonnen, die sich das ganze Tertiär (ab 65 Mio. v.h.) fortgesetzt hat. Man vermutet an der Kreide-Tertiär-Grenze einen besonders starken Abkühlungsschub, der von einem gewaltigen Meteoriteneinschlag hervorgerufen worden sein könnte und der synchron mit dem Aussterben der Dinosaurier zu datieren ist. Weiterhin vermutet man, daß bereits im Tertiär die ersten südhemisphärischen Vereisungen begonnen haben, ab etwa 38 Mio. v.h., da sich die Antarktis bereits im Bereich des geographischen Südpols befand. Innerhalb des quartären Eiszeitalters hat sich der Abkühlungstrend noch fortgesetzt und erst um 700.000 Jahre v.h. seinen maximalen Stand erreicht. Auffälliger ist das Wechselspiel der Kaltzeiten und Warmzeiten, wie es vermutlich für alle Eiszeitalter typisch, aber nur für das letzte genau rekonstruierbar ist. Die letzte Kaltzeit war die Würm-Kaltzeit ( Abb. 2 ) zwischen 70.000 und 11.000 bis 10.000 Jahren v.h. Zu ihrem letzten Höhepunkt war die Flächenausdehnung des Landeises mit 44,4 Mio. km² etwa um den Faktor drei höher als heute mit 14,3 Mio. km² und infolgedessen der Meeresspiegel um maximal 130-140 m tiefer als heute.

Die paläoklimatologische Rekonstruktionsmethode polarer Eisbohrungen, die besonders genau ist, reicht bis zur Eem-Warmzeit (125.000 Jahren v.h.) zurück, die etwas wärmer und labiler als die heutige Warmzeit war. Diese Labilität zeigt sich in abrupten Klimaänderungen teilweise innerhalb von Jahrzehnten und ist auch für die Würm-Kaltzeit belegt und offenbar als gewaltiger Kälte-Rückschlag der Jüngeren Dryas zuletzt aufgetreten. Innerhalb einer Kaltzeit treten somit relative Kaltphasen (Stadiale) und relative Warmphasen (Interstadiale) auf (Pluviale, Interpluviale). Als primäre Ursache für diese Schwankungen innerhalb eines Eiszeitalters gelten die Variationen der Oribitalparameter. Dieses Verständnis erlaubt die Reproduktion dieser sehr langfristigen Klimaschwankungen mit Hilfe spezieller Klimamodelle, einschließlich Vorhersagen. Nach derzeitigem Verständnis führen diese natürlichen Klimafaktoren im Laufe der kommenden Jahrtausende in die nächste Kaltzeit, deren Tiefpunkt nach verschiedenen Abschätzungen etwa 55.000 Jahre in der Zukunft erwartet wird, was einem Trend von 0,01ºC pro Jahrhundert entspricht.

Obwohl die derzeitige Warmzeit eines Eiszeitalters (Holozän) schon vor rund 6000 Jahren, ganz gemäß der Orbitalhypothese ihren Höhepunkt überschritten hat (Altithermum), ist dieser Eiszeittrend wegen der Ausprägung der überlagerten Fluktuationen praktisch nicht zu erkennen, die somit in der Zeitskala der Jahrhunderte klar dominieren und sich immer detaillierter auflösen lassen, je näher wir der Jetztzeit kommen. Aufgrund dieser Fluktuationen hat sich vor rund 1.000 Jahren eine relativ warme Epoche eingestellt, das Mittelalterliche Klimaoptimum. In der Zeit zwischen 1250 und 1350/1400 folgte eine "Klimawende", die sog. Kleine Eiszeit, deren Folgen, wie z.B. die alpinen Gletscherhochstände um 1600 und 1850, in einer Vielzahl historischer Quellen belegt sind. Mittlerweile gibt es auch für die nordhemisphärische Mitteltemperatur eine sehr genaue Rekonstruktion auf Jahresbasis seit 1400, die die Kleine Eiszeit und deren Beendigung in unserem Jahrhundert belegt.

Damit ist auch die Brücke von der Paläoklimatologie zur Neoklimatologie gebaut. Die jüngste säkulare Erwärmung ("global warming") ist somit sehr markant, jedoch in der Klimageschichte nicht neu. Es fällt jedoch schwer, sie allein natürlichen Ursachen, wie z.B. Vulkanausbrüchen, der Sonnenaktivität oder atmosphärisch-ozeanischen Zirkulationsmechanismen, zuzuordnen, so mit Recht intensiv das Problem der anthropogenen Klimabeeinflussung diskutiert wird. Das Phänomen dieser Erwärmung kann anhand der Weltmitteltemperatur und den regional-jahreszeitlich sehr unterschiedlichen Strukturen dieser Erwärmung (KlimatrendAbb. ) dargestellt werden. Hinsichtlich der Auswirkungen von Klimaänderungen sind häufig andere Klimaelemente als die Temperatur wichtig, wie z.B. der Niederschlag oder Stürme. In der Sahelzone Afrikas ist z.B. in den letzten Jahrzehnten ein Niederschlagsrückgang beobachtet worden, der allerdings nicht allein klimabedingt ist (Desertifikation). Weitere Beispiele sind die Niederschlagszunahme in der Subpolarzone (z.B. Skandinavien) und die jahreszeitliche Niederschlagsumverteilung in Mitteleuropa mit zunehmendem Winter- und abnehmendem Sommerniederschlag. Dieser Wintertrend ist auch in einer zunehmenden Hochwasserhäufigkeit (verstärkt durch Nebeneffekte wie Bodenversiegelung und Flußregulierungen) wiederzufinden. Schließlich weist die Versicherungswirtschaft auf eine weltweit zunehmende Häufigkeitszunahme großer Naturkatastrophen (insbesondere Stürme und Überschwemmungen) und damit zusammenhängende Schäden hin, wobei es aber auch in diesem Fall nicht unproblematisch ist, welche Schäden tatsächlich auf Klimaänderungen zurückzuführen sind ( Tab. ).

In jedem Fall bleibt festzuhalten, daß das Klima der Erde ausgeprägt variabel in Raum und Zeit ist, was sicherlich nicht nur für die Vergangenheit, sondern auch für die Zukunft gilt, und daß zur Klimageschichte (Vergangenheit) eine fast unübersehbare große Vielfalt detaillierter Ergebnisse vorliegt. Entsprechend vielfältig sind natürlich auch die Ursachen dieser Variabilität.

Literatur:

[1] BERGER, A. (ed.)(1984): Milankovitch and Climate. – Dordrecht.

[2] Flohn, H. (1985): Das Problem der Klimaschwankungen in Vergangenheit und Zukunft. – Darmstadt.

[3] Frakes, L.A. (1979): Climate Throughout Geologic Time. – Amsterdam.

[4] Imbrie, J., Palmer, K. (1981): Die Eiszeiten. – München.

[5] Schönwiese, C.-D. (1995): Klimaänderungen; Daten, Analysen, Prognosen. – Berlin.