10 Fälle von anthropogenen Schwankungen des Erdklimas

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Lange Zeit schwankte das Klima der Erde aus zehn verschiedenen Gründen, darunter Orbitalwackeln, tektonische Verschiebungen, evolutionäre Veränderungen und andere Faktoren. Sie stürzten den Planeten entweder in Eiszeiten oder in tropische Hitze. In welcher Beziehung stehen sie zum heutigen anthropogenen Klimawandel?

Historisch gesehen hat es die Erde geschafft, ein Schneeball und ein Gewächshaus zu sein. Und wenn sich das Klima vor dem Erscheinen des Menschen verändert hat, woher wissen wir dann, dass wir die Schuld an der starken Erwärmung sind, die wir heute beobachten?

Zum Teil, weil wir einen klaren kausalen Zusammenhang zwischen anthropogenen Kohlendioxidemissionen und einem Anstieg der globalen Temperatur um 1,28 Grad Celsius (der übrigens anhält) im vorindustriellen Zeitalter ziehen können. Kohlendioxidmoleküle absorbieren Infrarotstrahlung, sodass sie mit zunehmender Menge in der Atmosphäre mehr Wärme speichern, die von der Oberfläche des Planeten verdampft.

Gleichzeitig haben Paläoklimatologen große Fortschritte beim Verständnis der Prozesse gemacht, die in der Vergangenheit zum Klimawandel geführt haben. Hier sind zehn Fälle von natürlichem Klimawandel – im Vergleich zur aktuellen Situation.

Sonnenzyklen

Skala:Abkühlung um 0, 1-0, 3 Grad Celsius

Zeitliche Koordinierung:periodischer Abfall der Sonnenaktivität von 30 bis 160 Jahren, getrennt durch mehrere Jahrhunderte

Alle 11 Jahre ändert sich das Magnetfeld der Sonne und damit einhergehend 11-jährige Zyklen des Aufhellens und Verdunkelns. Aber diese Schwankungen sind gering und beeinflussen das Erdklima nur unwesentlich.

Viel wichtiger sind die „großen solaren Minima“, also zehnjährige Perioden verringerter Sonnenaktivität, die in den letzten 11.000 Jahren 25-mal aufgetreten sind. Ein aktuelles Beispiel, das Maunder-Minimum, trat zwischen 1645 und 1715 auf und führte dazu, dass die Sonnenenergie um 0,04% -0,08% unter den aktuellen Durchschnitt fiel. Lange Zeit glaubten Wissenschaftler, dass das Maunder-Minimum die „Kleine Eiszeit“auslösen könnte, einen Kälteeinbruch, der vom 15. bis 19. Jahrhundert andauerte. Doch inzwischen hat sich herausgestellt, dass es zu kurz war und zur falschen Zeit passierte. Der Kälteeinbruch wurde höchstwahrscheinlich durch vulkanische Aktivität verursacht.

Während des letzten halben Jahrhunderts verdunkelt sich die Sonne leicht, und die Erde erwärmt sich, und es ist unmöglich, die globale Erwärmung mit einem Himmelskörper in Verbindung zu bringen.

Vulkanischer Schwefel

Skala:Abkühlung um 0, 6 - 2 Grad Celsius

Zeitliche Koordinierung:von 1 bis 20 Jahren

Im Jahr 539 oder 540 n. Chr. e. Der Vulkan Ilopango in El Salvador brach so stark aus, dass seine Wolke die Stratosphäre erreichte. In der Folge verwüsteten kalte Sommer, Dürre, Hungersnot und Pest Siedlungen auf der ganzen Welt.

Eruptionen in der Größenordnung von Ilopango werfen reflektierende Tröpfchen von Schwefelsäure in die Stratosphäre, die das Sonnenlicht abschirmen und das Klima kühlen. Dadurch baut sich Meereis auf, mehr Sonnenlicht wird ins All zurückreflektiert und die globale Abkühlung wird intensiviert und verlängert.

Nach dem Ausbruch des Ilopango sank die globale Temperatur innerhalb von 20 Jahren um 2 Grad. Bereits zu unserer Zeit kühlte der Ausbruch des Mount Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991 das Weltklima für einen Zeitraum von 15 Monaten um 0,6 Grad ab.

Vulkanischer Schwefel in der Stratosphäre kann verheerend sein, aber im Maßstab der Erdgeschichte ist seine Wirkung winzig und auch vorübergehend.

Kurzfristige Klimaschwankungen

Skala:bis 0, 15 Grad Celsius

Zeitliche Koordinierung: von 2 bis 7 Jahren

Neben saisonalen Wetterbedingungen gibt es weitere kurzfristige Zyklen, die auch Niederschlag und Temperatur beeinflussen. Die bedeutendste davon, die El Niño oder Southern Oscillation, ist eine periodische Änderung der Zirkulation im tropischen Pazifik über einen Zeitraum von zwei bis sieben Jahren, die sich auf die Niederschläge in Nordamerika auswirkt. Die Nordatlantische Oszillation und der Dipol im Indischen Ozean haben einen starken regionalen Einfluss. Beide interagieren mit El Niño.

Die Wechselbeziehung zwischen diesen Zyklen hat lange Zeit den Nachweis verhindert, dass die anthropogene Veränderung statistisch signifikant ist und nicht nur ein weiterer Sprung in der natürlichen Variabilität. Aber seitdem geht der anthropogene Klimawandel weit über die natürliche Wettervariabilität und die jahreszeitlichen Temperaturen hinaus. Die Nationale Klimabewertung der USA 2017 kam zu dem Schluss, dass „es keine schlüssigen Beweise aus den Beobachtungsdaten gibt, die den beobachteten Klimawandel durch natürliche Zyklen erklären könnten“.

Orbitale Schwingungen

Skala: ca. 6 Grad Celsius im letzten 100.000-Jahres-Zyklus; variiert mit der geologischen Zeit

Zeitliche Koordinierung: regelmäßige, überlappende Zyklen von 23.000, 41.000, 100.000, 405.000 und 2.400.000 Jahren

Die Umlaufbahn der Erde schwankt, wenn Sonne, Mond und andere Planeten ihre relative Position ändern. Aufgrund dieser zyklischen Schwankungen, den sogenannten Milankovitch-Zyklen, schwankt die Sonneneinstrahlung in den mittleren Breiten um 25 % und das Klima ändert sich. Diese Zyklen haben im Laufe der Geschichte funktioniert und abwechselnde Sedimentschichten erzeugt, die in Gesteinen und Ausgrabungen zu sehen sind.

Während des Pleistozäns, das vor etwa 11.700 Jahren endete, schickten Milankovitch-Zyklen den Planeten in eine seiner Eiszeiten. Als die Erdbahnverschiebung die nördlichen Sommer überdurchschnittlich wärmer machte, schmolzen massive Eisschilde in Nordamerika, Europa und Asien; als sich die Umlaufbahn wieder verlagerte und die Sommer wieder kälter wurden, wuchsen diese Schilde wieder nach. Da der warme Ozean weniger Kohlendioxid auflöst, nahm der atmosphärische Gehalt im Einklang mit den Orbitalschwingungen zu und ab, was deren Wirkung verstärkte.

Heute nähert sich die Erde einem weiteren Minimum des nördlichen Sonnenlichts, sodass wir ohne anthropogene Kohlendioxidemissionen in den nächsten 1.500 Jahren in eine neue Eiszeit eintreten würden.

Schwache junge Sonne

Skala: kein totaler Temperatureffekt

Zeitliche Koordinierung: dauerhaft

Trotz kurzfristiger Schwankungen nimmt die Helligkeit der Sonne insgesamt um 0,009 % pro Million Jahre zu, und seit der Geburt des Sonnensystems vor 4,5 Milliarden Jahren um 48 %.

Wissenschaftler glauben, dass aus der Schwäche der jungen Sonne folgen sollte, dass die Erde während der gesamten ersten Hälfte ihrer Existenz gefroren blieb. Gleichzeitig haben Geologen paradoxerweise 3,4 Milliarden Jahre altes Gestein entdeckt, das in Wasser mit Wellen geformt wurde. Das unerwartet warme Klima der frühen Erde scheint auf eine Kombination von Faktoren zurückzuführen zu sein: weniger Landerosion, klarerer Himmel, kürzere Tage und eine besondere Zusammensetzung der Atmosphäre, bevor die Erde eine sauerstoffreiche Atmosphäre bekam.

Günstige Bedingungen in der zweiten Hälfte des Erdendaseins führen trotz zunehmender Sonnenhelligkeit nicht zu einem Paradox: Der Verwitterungsthermostat der Erde wirkt der Einwirkung von zusätzlichem Sonnenlicht entgegen und stabilisiert die Erde.

Kohlendioxid- und Witterungsthermostat

Skala: wirkt anderen Veränderungen entgegen

Zeitliche Koordinierung: 100.000 Jahre oder länger

Der Hauptregulator des Erdklimas ist seit langem der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre, da Kohlendioxid ein persistentes Treibhausgas ist, das Wärme blockiert und verhindert, dass sie von der Oberfläche des Planeten aufsteigt.

Vulkane, metamorphes Gestein und die Kohlenstoffoxidation in erodierten Sedimenten geben Kohlendioxid in den Himmel ab, und chemische Reaktionen mit Silikatgestein entfernen Kohlendioxid aus der Atmosphäre und bilden Kalkstein. Das Gleichgewicht zwischen diesen Prozessen funktioniert wie ein Thermostat, denn wenn sich das Klima erwärmt, entfernen chemische Reaktionen das Kohlendioxid effektiver und verlangsamen so die Erwärmung. Wenn sich das Klima abkühlt, sinkt dagegen die Effizienz der Reaktionen, was die Abkühlung erleichtert. Folglich blieb das Klima der Erde über einen langen Zeitraum relativ stabil und bot eine bewohnbare Umgebung. Insbesondere der durchschnittliche Kohlendioxidgehalt ist aufgrund der zunehmenden Helligkeit der Sonne stetig gesunken.

Es dauert jedoch Hunderte von Millionen Jahren, bis der Verwitterungsthermostat auf den Kohlendioxidstoß in der Atmosphäre reagiert. Die Ozeane der Erde absorbieren und entfernen überschüssigen Kohlenstoff schneller, aber selbst dieser Prozess dauert Jahrtausende – und kann mit der Gefahr der Ozeanversauerung gestoppt werden. Jedes Jahr wird bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe etwa 100-mal mehr Kohlendioxid freigesetzt, als Vulkane ausbrechen – die Ozeane und die Verwitterung versagen – das Klima erwärmt sich und die Ozeane versauern.

Tektonische Verschiebungen

Skala: etwa 30 Grad Celsius in den letzten 500 Millionen Jahren

Zeitliche Koordinierung: Millionen von Jahren

Die Bewegung der Landmassen der Erdkruste kann den Verwitterungsthermostat langsam in eine neue Position bringen.

In den letzten 50 Millionen Jahren kühlte der Planet ab, tektonische Plattenkollisionen drückten chemisch reaktive Gesteine wie Basalt und Vulkanasche in die feuchtwarmen Tropen und erhöhten die Reaktionsgeschwindigkeit, die Kohlendioxid vom Himmel anzieht. Darüber hinaus hat sich in den letzten 20 Millionen Jahren mit dem Aufstieg des Himalaya, der Anden, der Alpen und anderer Berge die Erosionsrate mehr als verdoppelt, was zu einer Beschleunigung der Verwitterung führt. Ein weiterer Faktor, der den Abkühlungstrend beschleunigte, war die Trennung Südamerikas und Tasmaniens von der Antarktis vor 35,7 Millionen Jahren. Um die Antarktis hat sich eine neue Meeresströmung gebildet, die die Zirkulation von Wasser und Plankton intensiviert, die Kohlendioxid verbrauchen. Infolgedessen sind die Eisschilde der Antarktis erheblich gewachsen.

Früher, während der Jura- und Kreidezeit, durchstreiften Dinosaurier die Antarktis, denn ohne diese Gebirgszüge hielt die erhöhte vulkanische Aktivität das Kohlendioxid auf einem Niveau von etwa 1.000 ppm (gegenüber 415 heute). Die Durchschnittstemperatur in dieser eisfreien Welt war 5-9 Grad Celsius höher als heute und der Meeresspiegel lag 75 Meter höher.

Asteroidenfälle (Chikshulub)

Skala: erst Abkühlung um ca. 20 Grad Celsius, dann Erwärmung um 5 Grad Celsius

Zeitliche Koordinierung: Jahrhunderte der Abkühlung, 100.000 Jahre Erwärmung

Die Datenbank der Asteroideneinschläge auf der Erde enthält 190 Krater. Keiner von ihnen hatte einen nennenswerten Einfluss auf das Erdklima, mit Ausnahme des Asteroiden Chikshulub, der vor 66 Millionen Jahren einen Teil Mexikos zerstörte und die Dinosaurier tötete. Computersimulationen zeigen, dass Chikshulub genug Staub und Schwefel in die obere Atmosphäre geschleudert hat, um das Sonnenlicht zu verdunkeln und die Erde um mehr als 20 Grad Celsius abzukühlen und die Ozeane zu versauern. Es dauerte Jahrhunderte, bis der Planet seine vorherige Temperatur wieder erreichte, aber dann erwärmte er sich aufgrund des Eindringens von Kohlendioxid aus dem zerstörten mexikanischen Kalkstein in die Atmosphäre um weitere 5 Grad.

Wie vulkanische Aktivitäten in Indien den Klimawandel und das Massensterben beeinflusst haben, bleibt umstritten.

Evolutionäre Veränderungen

Skala: ereignisabhängig, Abkühlung um ca. 5 Grad Celsius im späten Ordovizium (vor 445 Millionen Jahren)

Zeitliche Koordinierung: Millionen von Jahren

Manchmal wird der Thermostat der Erde durch die Entwicklung neuer Lebensarten zurückgesetzt. Zum Beispiel haben photosynthetische Cyanobakterien, die vor etwa 3 Milliarden Jahren entstanden sind, den Prozess des Terraforming eingeleitet und dabei Sauerstoff freigesetzt. Mit ihrer Ausbreitung stieg der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre vor 2,4 Milliarden Jahren an, während der Methan- und Kohlendioxidgehalt stark abnahm. Im Laufe von 200 Millionen Jahren hat sich die Erde mehrmals in einen "Schneeball" verwandelt. Vor 717 Millionen Jahren löste die Evolution des Meereslebens, das größer als Mikroben ist, eine weitere Serie von Schneebällen aus – in diesem Fall als Organismen begannen, Detritus in die Meerestiefen freizusetzen, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu nehmen und in den Tiefen zu verstecken.

Als die frühesten Landpflanzen etwa 230 Millionen Jahre später im Ordovizium auftauchten, begannen sie, die Biosphäre der Erde zu bilden, begruben Kohlenstoff auf den Kontinenten und entzogen dem Land Nährstoffe – sie wurden in die Ozeane gespült und auch dort das Leben stimuliert. Diese Veränderungen scheinen zur Eiszeit geführt zu haben, die vor etwa 445 Millionen Jahren begann. Später, im Devon, reduzierte die Entwicklung der Bäume in Verbindung mit der Bergbildung den Kohlendioxidgehalt und die Temperaturen weiter, und die paläozoische Eiszeit begann.

Große magmatische Provinzen

Skala: Erwärmung von 3 auf 9 Grad Celsius

Zeitliche Koordinierung: Hunderttausende von Jahren

Kontinentale Fluten aus Lava und unterirdischem Magma - die sogenannten großen magmatischen Provinzen - haben zu mehr als einem Massenaussterben geführt. Diese schrecklichen Ereignisse haben ein Arsenal von Killern auf der Erde entfesselt (einschließlich saurer Regen, saurer Nebel, Quecksilbervergiftung und Ozonabbau) und führten auch zu einer Erwärmung des Planeten, wodurch riesige Mengen an Methan und Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt wurden - schneller als sie könnte mit der Verwitterung des Thermostats umgehen.

Während der Perm-Katastrophe vor 252 Millionen Jahren, die 81 % der Meerestiere zerstörte, steckte unterirdisches Magma sibirische Kohle in Brand, erhöhte den Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre auf 8.000 Teile pro Million und erwärmte die Temperatur um 5-9 Grad Celsius. Das Paläozän-Eozän-Thermalmaximum, ein kleineres Ereignis vor 56 Millionen Jahren, erzeugte Methan aus Ölfeldern im Nordatlantik und schickte es himmelwärts, wodurch der Planet um 5 Grad Celsius erwärmt und der Ozean versauert wurde. Anschließend wuchsen Palmen an den arktischen Küsten und Alligatoren sonnten sich. Ähnliche Emissionen von fossilem Kohlenstoff traten in der späten Trias und frühen Jurazeit auf – und endeten in globaler Erwärmung, toten Zonen der Ozeane und Ozeanversauerung.

Wenn Ihnen das bekannt vorkommt, dann deshalb, weil anthropogene Aktivitäten heute ähnliche Konsequenzen haben.

Wie eine Gruppe von Trias-Jura-Extinktionsforschern im April in der Zeitschrift Nature Communications feststellte: "Wir schätzen, dass die Menge an Kohlendioxid, die von jedem Magmapuls am Ende der Trias in die Atmosphäre emittiert wird, mit der Vorhersage der anthropogenen Emissionen für die 21. Jahrhundert."