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Das Klima des letzten Interglazials

Der Einfluss von Milankovitch-Zyklen auf die Höhe des Meeresspiegels und das Klima des letzten Interglazials.

Hatten Änderungen in der Sonneneinstrahlung einen Einfluss auf das Ende der vorletzten Eiszeit? Untersuchungen an Korallenriffen haben gezeigt, das die Meeresspiegelhöhe während des letzten Interglazials vor 130 000 Jahren ebenso hoch wie heute war. Allerdings zeigte sich auch, das die Höhe des Meeresspiegels der Hauptintensität der Sonneneinstrahlung in der nördlichen Hemisphäre bei einer Breite von 65°N rund 3-4 000 Jahre voraus war. Die Intensität der Sonneneinstrahlung wird im wesentlichen von den Parametern der Erdbahn wie die Neigung der Erdachse gegen die Ebene der Erdbahn (Ekliptik) und die Präzession bestimmt.

Die Erde ist keine ideale Kugel. Ihr Durchmesser am Äquator ist um 43 Kilometer größer als der Durchmesser von Pol zu Pol. Da der Äquator gegen die Ebene der Erdbahn um 23° 27` geneigt ist, können die Anziehungskräfte von Mond und Sonne an diesem Äquatorwulst angreifen und versuchen, die Erde aufzurichten. Da die rotierende Erde aber einen Kreisel darstellt, versucht ihre Achse den Kräften rechtwinklig auszuweichen. Daher beschreibt die Erdachse einen Kreis. Diese Bewegung wird Präzession genannt. Sie ist dafür verantwortlich, das der Frühlingspunkt langsam wandert und auch dafür, das der Polarstern sich langsam vom Himmelspol zu entfernen scheint. Für einen vollen Kreis braucht die Erdachse 25 700 Jahre, so das der Polarstern erst nach dieser Zeit wieder genau am Himmelsnordpol stehen wird. Daneben ist die Erdbahn nicht genau kreisförmig, sondern gleicht einer Ellipse, wobei die Unterschiede in den beiden Halbachsen mit rund 3% nur sehr gering sind. Der Sonnennächste Punkt, das Perihel, erreicht die Erde im Januar, den sonnenfernsten, das Aphel, im Juli. Die Bahngeschwindigkeit hängt mit der Sonnenentfernung zusammen, sie beträgt im Perihel 30, 3 km/s, im Aphel 29,3 km/s, so dass das Sommerhalbjahr ungefähr 8 Tage länger als da Winterhalbjahr ist.

Die Schiefe der Erdachse ändert sich auch durch die Einflüsse von Sonne, Mond sowie der anderen Planeten. So hat der Mond nicht immer den gleichen Winkelabstand vom Äquator und damit nicht immer den gleichen Einfluss. Daher ändert sich die Schiefe der Erdachse mit einer Periode von 40 000 Jahren zwischen 21°55` und 24°18`. 1972 betrug die Achsschiefe 23°26`34`` mit einer jährlichen Abnahme von 0,47``.

Um den Einfluss dieser Erdbewegungen auf das Klima am Ausgang der vorletzten Eiszeit herauszufinden, haben Wissenschaftler der Universität Texas ein Klimamodel entwickelt (Crowley & Kim 1994). Berechnet wurden die Juli-Temperaturen in 2000 Jahres-Intervallen zur Zeit der vorletzten Enteisung. Hierbei zeigte sich, dass die mittleren Temperaturen in Eurasia vor 126 000 Jahren 5-6° C betrugen. Aber bereits vor 134 000 Jahren waren die Temperaturen in den höchsten Breiten um 1-1,5° C höher als heute, während die Landmassen der mittleren Breiten noch kühler waren. Der Unterschied erklärt sich aus der Tatsache, dass die Neigung der Erdachse den Wert der Sonneneinstrahlung in den höheren Breiten am Stärksten beeinflusst, während die mittleren und niedrigen Breiten vermehrt auf die Präzession ansprechen. Zu der fraglichen Zeit begann die Wirkung der Achsenneigung Aufgrund der unterschiedlichen Periode früher zu greifen als die Präzession. Erst vor 130 000 Jahren begannen beide Einflüsse gleichzeitig zu wirken und die Temperaturen der Nordhalbkugel verteilten sich gleichmäßiger. Insgesamt lagen die Durchschnittswerte um 2,5°C über den heutigen Werten. In der Simulation erreichte die Erwärmung ihren Höhepunkt vor 126 000 Jahren und es wurde danach in den hohen Breiten wieder kühler. Bereits vor 120 000 Jahren lagen dann die Temperaturen auch wieder unter den heutigen Werten. In den mittleren Breiten war es aber immer noch wärmer als heute. Auch hier spiegeln sich die unterschiedlichen Antworten auf die Einflüsse der verschiedenen Erdbahnparameter wieder. Die beobachtete Abkühlung der hohen Breiten in der Simulation ist vereinbar mit dem niedrigen Meeresspiegel zur selben Zeit, wie Untersuchungen an Korallen zeigen (Gallup et al. 1994).

Um einen genaueren Einblick in die Prozesse zu bekommen, die zu den an Korallen beobachteten Meeresspiegelhöhen führten, haben Crowley & Kim (1994) für die Zeit zwischen 110 000 Jahren und 140 000 Jahren den Temperaturverlauf an drei verschiedenen Orten simuliert. Zwei Orte lagen in höheren Breiten, einmal in der Barentssee und der andere im nördlichen Kanada. Der dritte Ort lag im Amerika der mittleren Breiten, nahe dem Rand des laurentischen Eisschildes. Die Erwärmung während der Simulation entsprachen rund 3 – 4 °, wobei die Barentssee bereits vor 1300 Jahren ein Temperaturmaximum erreichte. Sie war damit den anderen Orten um rund 4000 Jahren voraus. Obwohl der Simulationsort in Kanada auf der selben Breite lag, erfolgte hier die Erwärmung rund 4000 Jahre später. Auch für das Ende der letzten Eiszeit gibt es Hinweise, dass die Eisschmelze in den hohen Breiten begann(Jones & Keigwin 1988, Lehman et al. 1991, Koc & Jansen 1994). Es kann angenommen werden, das bereits vor 134 000 Jahren die Temperaturen für eine Eisschmelze ausreichten. Dieser Effekt wurde möglicherweise noch durch einen Anstieg des CO2 – Gehalts der Atmosphäre verstärkt. In Eiskernen der fraglichen Zeit wurde ein erheblicher Staubanteil festgestellt (Petit et al 1990), der zusätzlich das Albedo des Eisschildes abgeschwächt haben könnte.

Die Simulation von Crowley und Kim zeigt sehr deutlich, dass Präzession und Achsneigung selbst in einer Hemisphäre nicht immer in Phase sind und unterschiedliche Auswirkungen auf verschiedene Breiten haben. Auch wenn die in Korallenriffen dokumentierten Meeresspiegelhöhen gut mit den Milankovitch-Zyklen übereinstimmen, werden mehr als nur Strahlungskurven von einem Ort benötigt, um genauere Zusammenhänge zu erkennen.

Literatur

Crowley, T.J., Kim, K.-Y (1994): Milankovich Forcing of the Last Intergalcial Sea Level. Science 265, p. 1566 – 1568.

Gallup, C.D., Edwards, R.L, Johnson, R.G. (1994):The Timing of High Sea Levels Over the Past 200 000 Years .Science 263, p.796

Jones, G.A., Keigwin, L.D. (1988):Evidence from Strait (78° N) for Early Deglaciation. Nature 336, p 56-59

Koc N., JansenE. (1994) : Response of High-latitude Northern Hemisphere to Orbital Climate Forcing. Geology 22, pp. 523-526.

Lehman S.J. Jones, G.A., Keigwin, L.D., Andersen, E.S., Butenko, G., Oestomo, S.-R.(1991) : Initiation of Fenno-Scandian Ice Sheet Retreat During the Last Deglaciation. Nature 349, pp. 513-516.

Petit, J.R., Noumier, L., Jouzel, J., Korotkovich, Y.S., Kotlyakov, V., Lorins, C. (1990): Palaeoclimatological and chronological implications of the Vostok core dust record. Nature 343, p 56.

© 2002 Gunnar Ries


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