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 10/212 72072 Tübingen

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Inhaltsverzeichnis: 1. Einleitung ............................................................................................................................... 3 2. Die Paläoklimatologie ............................................................................................................ 3

2.1. Das Massenaussterben am Ende der Kreidezeit.............................................................. 7 2.2. Das Tertiär....................................................................................................................... 8 2.3. Das Quartär ................................................................................................................... 16

3. Schlussbetrachtung............................................................................................................... 18 4. Literatur- und Quellenliste ................................................................................................... 19

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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 500 000 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

sind2. 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. Perspekti-ven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; 2001; Vorwort. 2 Vgl.: Blüthgen, Joachim: Allgemeine Klimageographie; 3., neu bearb. Aufl.; Berlin, New York; 1980; S. 709.

3

Schneeschichten auf Gletschern, Stalaktiten in Höhlen oder Wachstumsringen in Korallen

und Bäumen3.

Die wichtigsten paläoklimatischen Datenerhebungsmethoden zusammengefasst:

1. Die Radiokarbon-Methode (14C-Datierung): Ein Verfahren, dass zur absoluten

Altersbestimmung, auf dem Zerfall des radioaktiven Kohlenstoff-Isotops 14C in

organischen Substanzen basiert.

2. Thermolumineszenz (TL-Methode): Altersbestimmung an Scherben, gebrannten

Tonen, ausgeglühten Böden, Steinen und Schlaken. Günstig bis 15 000 Jahren vor

heute.

3. Das Sauerstoff-Isotopen-Verfahren (16O/18O): Zur Ermittlung von Temperaturen an

Bohrkernen in Meeressedimenten und im Inlandeis.

4. Die Kalium-Argon-Methode (40K/40A): 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 14C-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 zurück4.

8. 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. 10. 4 Vgl.: Press, Frank u. Siever Raymond: Allgemeine Geologie. Eine Einführung in das System Erde; 3. Aufl.; München; 2003; S. 248.

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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 werden5.

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 warm-

tropischen 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 Algen6. 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. 281. 6 Vgl.: Goudie, Andrew: Physische Geographie. Eine Einführung; 4. Aufl.; Heidelberg, Berlin; 2002; S. 35f.

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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 Alaska8. Im

flachmeerreichen Jura vor 210 Millionen Jahren

blieb das Klima weiterhin warm, jedoch aufgrund

der anhaltenden Veränderung der Gestalt der Kontinente keineswegs regional uniform9.

7 Müller-Beck, Hansjürgen: Die Eiszeiten. Naturgeschichte und Menschheitsgeschichte; München; 2005; S. 25. 8 Vgl.: Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; 2006; S. 18. 9 Vgl.: Müller-Beck, Hansjürgen: Die Eiszeiten. Naturgeschichte und Menschheitsgeschichte; München; 2005.S. 22ff.

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2.1. Das Massenaussterben am Ende der Kreidezeit.

Die Kreidezeit ist das jüngste System des Mesozoikums und dauerte von ca. 150 – 65

Millionen Jahren vor unserer Zeit. In die Kreidezeit fällt auch das endgültige

Auseinanderbrechen des Superkontinentes Pangäa10. 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 war11.

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 ließe14. 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 25 000

km2 großen Krater. Die Fläche des deutschen Rieskraters beträgt 450 km2. 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. 35. 13 Streif, Hans Jörg u. Berner, Ulrich: Klimafakten. Der Rückblick – Ein Schlüssel für die Zukunft; 4. vollst. überarb. Aufl.; Hannover; 2004; S. 100. 14 Vgl.: Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Klimazeugnisse der Erdgeschichte. Perspektiven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; 2001; S. 100.

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durch geologische Vorhänge verschwunden ist, lässt er sich durch Fernerkundungsmethoden

und Bohrungen in tiefer liegenden Sedimenten nachweisen15.

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 gestört17. 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 Niederschläge18.

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.

2.2. 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. 41. 17 Vgl.: Streif, Hans Jörg u. Berner, Ulrich: Klimafakten. Der Rückblick – Ein Schlüssel für die Zukunft; 4. vollst. überarb. Aufl.; Hannover; 2004; S. 41. 18 Vgl.: Lauer, Wilhelm u. Bendix, Jörg: Klimatologie. Neubearbeitung; 2., neu bearb. und korrigierte Aufl.; Braunschweig; 2006; S. 35.

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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 wurde20. 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 aus21.

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 haben22.

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; Hei-delberg, Berlin, Oxford; 1994; S. 519. 20 Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; 2006; S. 19. 21 Vgl.: Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; 2006; S. 19. 22 Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; Mün-chen, 2006; S. 57.

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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 sein23.

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 hatte24. 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 bei26.

23 Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; Mün-chen, 2006; S. 58. 24 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; Hei-delberg, Berlin, Oxford; 1994; S. 535. 26 Vgl.: Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Heidelberg, Berlin, Oxford; 1994; S. 535.

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Die Antarktis und die umgebenden Gewässer kühlten sich immer stärker ab, bis sich

schließlich gegen Ende des Eozäns erste massive Eisdecken in der Antarktis bildeten27. 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 vereist28. 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 erwärmt29. „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; Mün-chen, 2006; S. 64. 28 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. 90. 30 Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S. 65.

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Atmosphäre Treibhausgas und speicherte es in der Tiefe31. 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 bei32. 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° C33.

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 konnten35.

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; Mün-chen, 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. 40. 34 Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006; S. 72. 35 Vgl.: Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Klimazeugnisse der Erdgeschichte. Perspektiven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; 2001; S. 94.

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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 Inlandseismassen37. Durch die Neuorganisation der

ozeanischen Zirkulation und möglicherweise der Änderung der chemischen Eigenschaften des

Tiefseewassers38, 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. 55. 37 Vgl.: Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Heidelberg, Berlin, Oxford; 1994; S. 569. 38 Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; Mün-chen, 2006; S. 77f.

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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 92 500 Jahren, der der Periodizität der Sauerstoffisotopenzyklen, die in den

Tiefseebohrkernen dokumentiert sind, sehr nahe kommt“39.

Der Bauingenieur und Klimaforscher Milutin Milankovic (1879-1958) fand drei Faktoren

heraus. Diese drei Faktoren und die von ihnen verursachten Zyklen sind:

1. Exzentrizität: Etwa alle 10 000 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 41 000 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 25 800 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)40.

39 Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Hei-delberg, Berlin, Oxford; 1994; S. 569f. 40 Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; Mün-chen, 2006; S. 79f.

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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 wurde41.

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 0,3042.

41 Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; Mün-chen, 2006; S. 94f. 42 Vgl.: Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; Mün-chen, 2006; S. 81.

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Abbildung 6: Übersicht der wichtigsten natürlichen Ursachen von Klimaänderungen.

2.3. 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 Gang43.

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-Zyklen44. „Die Zyklen

waren gekennzeichnet durch einen schrittweisen Eisaufbau (über einen Zeitraum von

ungefähr 90 000 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. 20. 44 Vgl.: Goudie, Andrew: Physische Geographie. Eine Einführung; 4. Aufl.; Heidelberg, Berlin; 2002; S. 59. 45 Vgl.: Goudie, Andrew: Physische Geographie. Eine Einführung; 4. Aufl.; Heidelberg, Berlin; 2002; S. 59.

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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 Schmelzwasser46.

Abbildung 7: Temperatur der Meeresoberflächen und eustatische Meeresspiegelschwankungen des Tertiärs.

„In den letzten Eiszeitzyklen haben die Kaltphasen meist viel länger angehalten (~ 90 000

Jahre) als die Warmphasen (~ 10 000 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

400 000 Jahren. Die nächste Eiszeit käme demnach wahrscheinlich erst in 50 000 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 er-weiterte Aufl.; Stuttgart, Leipzig; 1999; S. 182f. 47 Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; 2006; S. 21.

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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 kommt48.

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 erklären49.

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. 542.

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4. Literatur- und Quellenliste Blüthgen, Joachim: Allgemeine Klimageographie; 3., neu bearb. Aufl.; Berlin, New York; 1980. Gebhardt, Hans u.a. [Hrsg.]: Geographie. Physische Geographie und Humangeographie; München; 2007. Giese, Peter: Geodynamik und Plattentektonik; Heidelberg; 1995. Goudie, Andrew: Physische Geographie. Eine Einführung; 4. Aufl.; Heidelberg, Berlin; 2002. Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Die Erde. Dynamische Ent-wicklung, menschliche Eingriffe, globale Risiken; Berlin, Heidelberg; 1988. Huch, Monika u. Warnecke, Günter u. Germann, Klaus [Hrsg.]: Klimazeugnisse der Erdge-schichte. Perspektiven für die Zukunft; Berlin, Heidelberg; 2001. Klostermann, Josef: Das Klima im Eiszeitalter; Stuttgart; 1999. Kelletat, Dieter: Physische Geographie der Meere und Küsten. Eine Einführung; 2., neu bearb. und erweiterte Aufl.; Stuttgart, Leipzig; 1999. Lauer, Wilhelm u. Bendix, Jörg: Klimatologie. Neubearbeitung; 2., neu bearb. und korrigierte Aufl.; Braunschweig; 2006. Ludwig, Karl-Heinz: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute; München, 2006. Müller-Beck, Hansjürgen: Die Eiszeiten. Naturgeschichte und Menschheitsgeschichte; Mün-chen; 2005. Press, Frank u. Siever Raymond: Allgemeine Geologie. Eine Einführung in das System Erde; 3. Aufl.; München; 2003. Rahmstorf, Stefan u. Schellnhuber, Hans Joachim: Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Therapie; 2., durchgesehene Aufl.; München; 2006. Schönwiese, Christian-Dietrich: Klimaschwankungen; Berlin, Heidelberg; 1979. Schönwiese, Chistian-Dietrich: Klimatologie; 2., neu bearb. und aktualisiert Aufl.; Stuttgart. 2003. Stanley, Steven M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens; Heidelberg, Berlin, Oxford; 1994. Strahler, Alan H. u. Strahler, Arthur N.: Physische Geographie; 3., korrigierte Auflage; Stutt-gart; 2005.

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