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Klimageschichte und natürliche Klimafaktoren


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25 Antworten in diesem Thema

#1 Yoscha

Yoscha

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Geschrieben 13 Januar 2008 - 14:51

(Der Klimwandelthread auf den sich dieser Thread im Titel bezieht, ist hier zu finden. - mod. yip)

Falls Interesse bestünde, könnte ich versuchen einen Übersichtsartikel über Klimaschwankungen der Erdgeschichte, ihre Ursachen und Auswirkungen, und mögliche Rückschlüsse auf die heutige Situation schreiben.

Im Frühjahr werde ich meine Masterarbeit beginnen, die sich mit den regionalen Auswirkungen u.a. des Palaeocene-Eocene-Thermal-Maximum (PETM) beschäftigt, einem schnellen und starken Klimawandel, der von den geologisch erfassbaren Klimaschwankungen unserem heutigem Klimawandel mit am ähnlichsten ist.
In meiner im November abgeschlossenen Projektübung hatte ich mich vorher bereits mit der Erdgeschichte des Bremer Umlands beschäftigt, was natürlich besonders die Klimaschwankungen der "Eiszeit" umfasst.

Und ich habe festgestellt, ein gutes Verständnis der natürlichen Klimaschwankungen und ihrer Mechanismen ist eine gute Grundlage, um die Diskussionen um den heutigen Klimawandel zu verstehen.

Ich habe dafür einen eigenen Thread aufgemacht, weil ich das Thema möglichst neutral abhandeln möchte und es deshalb aus dem desöfteren doch emotional aufgeheizten Klimawandelthread raushalten möchte.

Das ganze wird kein durchgehender Artikel, sondern eine Serie von Posts, die sich mit verschiedenen Aspekten natürlicher Klimaschwankungen der Erdgeschichte befassen.

Und ich möchte natürlich, dass das ganze nicht zum Monolog verkommt, sondern freue nich über einen konstruktiven Dialog, denn ich bin in Geowissenschaftler und sehe gewisse Dinge unter einem bestimmten Blickwinkel :D.


Als erstes definiere ich erstmal ein paar Begriffe, wie ich sie gerne verwenden möchte.

Eine Eiszeit ist ein Abschnitt der Erdgeschichte, in der es flächendeckende polare Vereisung auf der Erde gab. Was heißt wir leben noch immr in einer Eiszeit.

Innerhalb einer Eiszeit gibt es Warm- und Kaltzeiten, in denen sich die polaren Eismassen zurückziehen oder vorstoßen.

=> Nach dieser Definition ist unsere heutige Welt des Holozäns (des jüngsten Erdzeitalters) in einer Warmzeit einer Eiszeit.


Woher kennt man denn die Klimageschichte der Erde?

Das ist eine der wichtigsten Fragen, die ich deshlab gleich an den Anfang setze. Man hat noch keine Zeitmaschine erfunden, mit der man einfach mal in der Kreidezeit das Klima vor Ort messen kann. Wir müssen deshalb die geologische Überlieferung heranziehen und mit ihrer Hilfe Rückschlüsse auf das Klima ziehen. Ich will also auf die wichtigsten Methoden eingehen und zeigen, dass sich dahinter kein obskurer Hokus-Pokus verbirgt, sondern nachvollziehbare Rückschlüsse.

1) Sedimentologie oder Gletscher bleiben Gletscher
Ein Gletscher ist ein Gletscher ist ein Gletscher. Das mag auf den ersten Blick trivial erscheinen, ist aber ein wichtiges Hilfsmittel für die Rekonstruktion des Paläoklimas. Ein Gletscher hinterlässt praktisch einen Fingerabdruck, er hinterlässt Dinge im Gelände, die kein anderer geologischer Prozess erklären kann. Findet man diese Dinge, weiß man, dass es Gletscher gab.
Ein Merkmal ist die Moräne. Ein Gletscher transportiert vereinfacht gesagt Material ähnlich wie ein Bulldozer. Er schiebt einen Haufen Schutt vor sich her, im Gegensatz zu Flüssen ist dieser Schutt unsortiert, d.h. es finden sich sowohl gewaltige Findlinge, Kies, Sand und Ton wild durcheinandergemischt, und ungeschichtet, wir können also innerhalb einer solchen Schuttlage keine Strukturen ausmachen.
Ein weiteres Merkmal sind Gletscherschrammen. Wenn ein Gletscher über festes Gestein fährt, dann ritzt er das Gestein in typischer Art und Weise.
Noch ein Merkmal sind Drop-Stones. In einem Gletscher stecken fast immer auch Steine. Wenn ein Gletscher im Meer endet und dort ein Schelfeis oder Eisberge bildet und diese langsam schmelzen, dann fallen diese mitgeführten Steine zum Meeresboden.

Findet man ein solches Merkmal in alten Gesteinsschichten, dann weiß man, es muss ein Gletscher zu diesem Zeitpunkt existiert haben.

Etwas ähnliches gilt für Salzvorkommen. Salz entsteht, wenn Meere und Seen austrocknen. Damit sie überhaupt austrocknen können muss es heiß und trocken sein. Mit zu viel Niederschlag würde sich das Salz wieder auflösen und ohne Hitze würde das Wasser erst gar nicht verdunsten. Salzvorkommen sind also ein eindeutiger Indikator für ein trocken-heißes Klima.

Ein anderer guter Klimaindikator ist Bauxit. Bauxit ist das weltweit wichtigste Aluminiumerz und entsteht nur unter tropischen Klimabedingungen, d.h. heiß und feucht. Nur dort verwittert Gestein stark genug um Bauxit zu erzeugen.

Es gibt auch noch andere Indikatoren, aber diese drei reichen mE um das Prinzip darzustellen.
Wenn wir wissen, unter welchen Bedingungen sich bestimmte Gesteine nur bei einem bestimmten Klima bilden kann, und wir das Alter des Gesteins feststellen können, dann können wir konkrete Aussagen über das damalige Klima treffen.



2) Fossilien oder Krokodile leben nicht im Eis
Krokodile leben in den Tropen, Muschusochsen in der Tundra und Rothirsche in gemäßigten Wäldern.
Wenn man den bevorzugten Lebensraum eines Lebewesens kennt und in einer bestimmten Erschicht Fossilien dieses Lebewesens findet, dann kann man daraus Rückschlüsse auf das Klima ziehen.
Die Schwierigkeit ist dabei zu wissen welches Lebewesen, welchen Lebensraum bevorzugt.
Je weiter wir in der Erdgeschichte zurückgehen, desto weniger ähneln Fauna und Flora der heutigen. Krokodile sind ein guter Klimaindikator, weil sie sich seit Zeiten der Dinosaurier kaum verändert haben und alle Aussterbeereignisse in ihren tropisch-subtropischen Sümpfen überlebt haben. Aber bei Rothirsch und Moschusochse sieht es schon anders aus.
Es funktioniert trotzdem, wenn es gelingt Fossilien klimatisch zu eichen. Was bedeutet das? Wenn wir feststellen, dass ein bestimmtes Fossil oft genug zusammen mit Drop-Stones (siehe oben) vorkommt, dann können wir sagen, dass es in kaltem Wasser lebte.

Bearbeitet von yiyippeeyippeeyay, 11 März 2008 - 20:32.

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#2 Yoscha

Yoscha

    Cybernaut

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Geschrieben 13 Januar 2008 - 15:33

3) Bohrkerne, altes Eis und alter Schlamm

Eisbohrkerne und Bohrkerne von Meeressediment sind auch gute Ãœberlieferungen der Klimageschichte.
Ich habe lange überlegt, ob ich sie als eigene Punkte aufführen soll, da sie eigentlich erst über die Kombination mit anderen Methoden ihr volles Potential ausschöpfen, aber sie sind mE doch wichtig genug für einen eigenen Unterpunkt.

Wenn ich mir Eisbohrkerne anschaue, dann kann ich ohne weiter auf andere Punkte einzugehen zwei wichtige Erkenntnisse schöpfen.
Im Eis erkennen wir dünne Schichten. Ähnlich wie Jahresringe bei Bäumen steht eine solche Schicht für ein Jahr.
Eine fast schon triviale Feststellung ist, je dicker die Schicht, desto mehr Niederschlag gab es.
Im Eis finden sich außerdem kleine Luftbläschen, die im Eis eingeschlossen winzige Luftproben aus der Erdvergangenheit darstellen. So können wir zum Beispiel die Konzentrationen von Treibhausgasen zur damaligen Zeit messen.
Im Eis können auch Staub und andere Festpartikel eingelagert sein. Wenn wir feststellen, woher dieser Staub ursprünglich kam, haben wir Anhaltspunkte dafür, wie das Windsystem früher aussah.
Das Problem mit den Eisbohrkernen ist, dass wir mit der Tiefe an Daten verlieren. Je tiefer wir ins Eis gehen, desto höher wird der Druck durch das überliegende Eis, und durch diesen Druck formt sich das Eis um, die einzelnen Schichten werden dünner, bis wir die einzelnen Jahre nicht mehr auseinanderhalten können.



Sedimentkerne vom Meeresboden sind auch gute Klimaarchive. Sie lassen sich allerdings weniger gut auflösen als Eiskerne, reichen dafür aber weiter in die Erdgeschichte zurück.
Auch sie erhalten ihren eigentlichen Wert erst durch Kombination mit anderen Methoden. In solchen Sediemntkernen finden wir z.B. Fossilien, die Klimaindikatoren sein können.
Aber auch der Kern an sich kann bereits einiges aussagen.
Die wichtigste Quelle für Meeressedimente sind die Lebewesen, die in der oberen Wassersäule leben. Sie sterben ab und ihre Skelette fallen zu Boden. Je mehr Lebewesen oben leben, desto dicker wird die Sedimentschicht.
Gebiete mit hoher Bioproduktion, also vielen Meereslebewesen sind an klimatische Zonen gekoppelt. Eine solche Hochproduktionszone ist der Äquator, eine andere findet sich in den nichtvereisten nördlichen Meeren.
Die dritte wichtige Zone sind die sog. Auftriebsgebiete, die unter bestimmten Windbedingungen vor den Küsten der Kontinente entstehen.
Finden wir also eine solche hohe Bioproduktion im Kern, wissen wir, dass eine der drei Rahmenbedingungen vorhanden war.
Ansonsten kann es in solchen Sedimentkernen bestimmte Minerale geben, die sich nur unter bestimmten Bedingungen auf dem Meeresboden bilden; wir haben wieder das selbe Spiel wie unter 1).


Beide Arten von Bohrkernen haben allerdings eins gemeinsam, sie dienen als Quellmaterial für Punkt 4) die Isotopenuntersuchungen.
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#3 Pandora Panorama

Pandora Panorama

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Geschrieben 14 Januar 2008 - 02:44

spannend! Danke!
"Science is the best defense against believing what we want to."
Ian Stewart

#4 heschu

heschu

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Geschrieben 14 Januar 2008 - 07:57

Super, Yoscha! Gefällt mir sehr gut. Bitte weiter so.

Carpe diem!

  • • (Buch) gerade am lesen:Alles, was ich gerade interessant finde.

#5 Morn

Morn

    Temponaut

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Geschrieben 14 Januar 2008 - 08:33

Sehr interessant! Vielen Dank!

#6 Yoscha

Yoscha

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Geschrieben 14 Januar 2008 - 15:12

So und zum Schluss noch einer, wenn nicht der, wichtigsten Punkte:

4) Isotopenuntersuchungen

Was ist ein Isotop? Atome bestehen aus Kern und Elektronenhülle, der Atomkern besteht aus Protonen und Neutronen.
Ein Element definiert sich über die Anzahl der Protonen im Kern. Ein Atom mit 2 Protonen ist z.B. immer ein Heliumatom.
Aber ein Heliumatomkern kann sowohl 1 Neutron oder 2 Neutronen haben. Dieser Unterschied ändert ersteinmal nichts daran, dass das Atom weiterhin Helium ist.

Solche Atome, die sich nur in der Neutronenzahl unterscheiden nennt man Isotope.

Dabei bezeichnet man das Isotop mit mehr Neutronen als schwer, das mit weniger Neutronen als leicht.

Um Isotope zu unterscheiden, setzt man hochgestellt die Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern vor das chemische Kürzel, im Falle von Helium wären es 3He und 4He.


Die wichtigsten Isotope, um verganenes Klima zu rekonstruieren sind 16O und 18O.
Diese beiden Isotope verhalten sich unter bestimmten Bedingungen leicht anders. Und dieses leicht von einander abweichende Verhalten lässt sich auf vielfältige Art und Weise nutzen.
Gehen wir an die Pole, zu den kontinentalen Eisschilden. Eis ist gefrorenes Wasser und Wasser besteht aus 2 Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff.
Wenn jetzt im Sommer Eis schmilzt, dann schmilzt das Wasser, das leichten Sauerstoff eingebaut hat 16O. Das Eis, das zurückbleibt enthält also mehr schweren Sauerstoff 18O.

Wenn sehr warme Temperaturen herrschen, schmilzt viel Eis, und das Eis verliert viel leichter Sauerstoff (der lieber flüssig oder gasförmig ist) während im Eis sich der zurückgebliebene schwere Sauerstoff anreichert.
Wenn kalte Temperaturen herrschen, dann schmilzt nur wenig Eis, das Eis verliert nur wenig leichten Sauerstoff.
Wenn wir jetzt an einem Eisbohrkern das Verhältnis von leichtem zu schweren Sauerstoff messen, dann können wir so Warm- und Kaltzeiten unterscheiden und die Temperaturen vergangener Zeiten berechnen.


Neben Eis werden bevorzugt die Schalen diverser Meeresorganismen zur Temperaturbestimmung herangezogen.
Hier ist es grade umgekehrt, in Kaltzeiten findet sich mehr 18O in den Schalen von Meereslebewesen, in Warmzeiten weniger.



Das war jetzt nur der minimal nötige Überblick über das Themengebiet der Geochemie stabilder Isotope und ich würde es ganz gerne dabei belassen, weil man sich in diesem weiten Themenfeld recht leicht verrennen kann :fun:.
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#7 Yoscha

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Geschrieben 14 Januar 2008 - 16:06

Die Permokarbone Eiszeit
ca. 300 Millionen Jahre vor heute

Die Erde während der permokarbonen Eiszeit (www.scotese.com)

Die permokarbone Eiszeit ist ein interessantes Kapitel der Erdgeschichte. Zum ersten Mal in der Erdgeschichte waren während des Karbons die Kontinente nicht mehr kahl und leblos, sondern weite Wälder dehnten sich aus, in denen sich die ersten Amphibien und Insekten tummelten.

Gleichzeitig beginnt eine der am besten dokumentierten Eiszeiten der Erdgeschichte (abgesehen von unserer jetzigen).

Bei den Rekonstruktionen der damaligen Athmosphäre stieß man auf zwei Besonderheiten.

Das erste war der unglaublich hohe Sauerstoffgehalt der Athmosphäre von 33%, ein Wert, der in der Erdgeschichte niemals wieder übertroffen wurde (heute liegt er bei 21%).
Das zweite war einer der niedrigsten Kohlendioxidgehalte der Erdgeschichte, teilweise unter 0,002% (zum Vergleich heute hat die Athmosphäre fast einen Kohlendioxid Gehalt von 0,004%).


Wie heutzutage sicherlich jeder oft genug gehört hat, Kohlendioxid ist ein Treibhausgas.
Aber was würde passieren, wenn unserer Athmosphäre plötzlich eines der wichtigen Treibhausgase fehlen würde?
Wir sehen es an der permokarbonen Eiszeit. Das Kohlendioxid fehlte und die Erde kühlte sich ab, erst bildete sich erste Gletscher an den bisher eisfreien Polen, dann Eiskappen und schließlich verschwanden weite Teile des damaligen Superkontinents Pangäa unter den Eismassen.

Aber wo ist das Kohlendioxid geblieben?
Dafür gibt es zwei Antworten.
Die erste hängt mit den Zyklen der Kontinente zusammen. Im Laufe der Erdgeschichte haben sich regelmäßig Superkontinente gebildet, die den größten Teil der Kontinentmasse der Erde umfassten.
In Phasen in denen ein Superkontinent zerfällt kommt es zu einer besonders hohen vulkanischen Aktivität, bei der auch große Mengen an Kohlendioxid in die Athmosphäre gelangen.
Wenn sich Superkontinente bilden, dann fehlt durch die geringere vulkanische Aktivität dieses Kohlendioxid.
Im Karbon erfolgten die letzten Kontinentkollisionen, aus denen Pangäa geboren wurde. Die vulkanische Aktivität war auf einem Minimum angelangt. Es wurde also wenig Kohlendioxid durch Vulkane freigesetzt.
Aber das allein reicht noch nicht aus, um die Athmosphärenzusammensetzung zu erklären.
Der zweite Faktor war, das es auf der Erde etwas vorher nie dagewesenes gab, Wälder. Wir alle kennen diese karbonen Wälder und nutzen sie regelmäßig. Der Begriff Karbon leitet sich vom lateinischen Wort carbo, Kohle, ab. Der größte Teil der weltweiten Kohlevorräte entstand im Karbon.
Normalerweise funktioniert der Kohlenstoffkrieslauf zwischen Athmosphöre und Wäldern so:
Kohlendioxid wird von Pflanzen aufgenommen und in Biomasse umgewandelt, diese Biomasse speichert eine Zeit lang Kohlenstoff, bis sie nach dem Tod der Pflanze langsam wieder abgebaut wird, wobei wieder Kohlendioxid entsteht.
Aber im Karbon funktionierte es anders: Kohlendioxid wurde in Biomasse umgewandelt, aber die Biomasse wurde nicht wieder in Kohlendioxid umgewandelt, sondern blieb als Kohle erhalten. Jahr für Jahr zogen die Steinkohlewälder mehr Kohlendioxid aus der Luft und bildeten mehr Kohle.
Das Kohlendioxid, das damals in der Athmosphäre fehlte und so die Eiszeit auslöste steckt also bis heute in der Steinkohle.

Warum endete die permokarbone Eiszeit?
Sie tötete sich irgendwann selbst, in den Eiskappen war viel Wasser gespeichert, die Erde wurde trockener, im Inneren des neugebildeten Riesenkontinents wichen durch Trockenheit und Kälte die Wälder einer Wüsten und Steppenlandschaft, in der sich keine neue Kohle bildete. Der Kohlenstoffkreislauf kam langsam wieder in Gang.
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#8 Yoscha

Yoscha

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Geschrieben 20 Januar 2008 - 11:57

So, dann geht es hier auch mal weiter.


Man kann die klimabeeinflussenden Faktoren in zwei große Gruppen einteilen:

    [*]externe Faktoren, deren Ursachen eher in der Astronomie als in der Geologie liegen
    [*]interne Faktoren, die durch geologische Ereignisse verursacht werden.
    [/list]Beginnen wir ersteinmal mit den externen Faktoren.

    Bedeutsam sind hier die Milankovic-Zyklen, auch Orbitalparameter genannt.
    Die Umlaufbahn der Erde um die Sonne ist bekanntlich kein perfekter Kreis und noch mehr die Umlaufbahn der Erde ändert sich auch noch im Laufe der Zeit. Diese Änderungen wirken sich direkt auf die Menge an Energie aus, die die Erde von der Sonne erhält.
    Und da sich das Klimageschehen vor allem in der Athmosphäre abspielt und die Athmosphäre ihre Energie zum überwiegenden Teil von der Sonne erhält wirken sich diese Änderungen des Erdorbits auf das Klima aus. Diese Änderungen wiederholen sich regelmäßig, sind also berechenbar.
    Dieser Zusammenhang wurde erstmals von Milutin Milankovic festgestellt, der die Veränderungen des Erdorbits mit den Warm- und Kaltzeiten der letzten Eiszeit korelieren konnte.

    Die erste Änderung des Erdorbits ist die Exzentrizität.
    Der Erdumlaufbahn ähnelt bekanntlich eher einem Oval als einem Kreis. Aber wie oval die Umlaufbahn ist, das ändert sich über die Zeit. Mal nähert sie sich einer Kreisform an, mal wird sie extrem oval.
    Wie wirkt sich das jetzt auf den Wärmehaushalt der Erde aus?
    Die Erdhälfte, die in ihrem Sommer näher an der Sonne ist erhält mehr Wärme von der Sonne als die Erdhälfte, die in ihrem Sommer von der Sonne weiter entfernt ist. Je ovaler die Erdumlaufbahn, desto höher der Unterschied zwischen den beiden Erdhalbkugeln.

    Diese Änderungen der Exzentrizität erfolgen in einem Zyklus von 100.000 Jahren.

    Die Neigung der Erdachse gegenüber der Ebene der Erdunlaufbahn ändert sich ebenfalls im Laufe der Zeit. Momentan ist sie ca. 23,4° geneigt, aber dieser Wert schwankt zwischen ca. 22° und 24,5°.
    Auf einer Erdhalbkugel ist es Sommer, wenn sich der jeweilige Pol als Austrittspunkt der Erdachse grade in Richtung Sonne neigt.
    Bei einer höheren Neigung der Erdachse erhält die Sommerhalbkugel mehr, die Winterhalbkugel weniger Energie. Mit der Folge, dass die Sommer weltweit wärmer und die Winter kälter werden.
    Dieser Wechsel hat einen Zyklus von ca. 41.000 Jahren.


    Außerdem ändert sich noch die Präzession der Erdachse. Die Präzission der Erdachse beschreibt die Drehung der Erdachse. Momentan zeigt die Erdachse direkt auf den Polarstern (deshalb heißt er auch so), aber im Laufe der Zeit wird sie sich langsam aber sicher weiterdrehen und so in eine andere Richtung zeigen.
    [Anm. hätte die Erdachse keine Neigung, dann gäbe es auch keine Präzession, aber da sie geneigt dreht sie sich um den Punkt, den sie ohne Neigung einnehmen würde]

    Wir erinnern uns, es ist Sommer auf einer Erdhalbkugel, wenn die Erdachse auf dieser Seite der Erde zur Sonne zeigt.
    Wir erinnern uns, wenn die Erde im sonnennächsten Punkt ihrer Umlaufbahn ist, dass bekommt sie mehr Energie von der Sonne, als wenn sie im sonnenfernsten Punkt ist.
    Die Erdhälfte, die im sonnennächsten Punkt Sommer hat, bekommt also warme Sommer, die die grade Winter hat milde Winter.
    Die Erdhälfte, die im sonnenfernsten Punkt Sommer hat, bekommt milde Sommer, die die Winter hat kalte Winter.
    Und weil sich die Erdachse dreht, bekommt mal die eine Erdhalbkugel heiße Sommer und kalte Winter, während sich die andere milde Sommer und milde Winter hat, und mal die andere.

    Und das ganze mit einem Zyklus von 25.700 Jahren.
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#9 Yoscha

Yoscha

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Geschrieben 20 Januar 2008 - 12:06

Jeder dieser Zyklen beeinflusst für sich genommen bereits das Klima der Erde.Da aber alle drei Zyklen (und evtl. noch ein oder mehrere andere) gleichzeitig wirksam sind überlagern sie sich und erzeugen ein komlexes Muster, dass die Energie beschreibt, die die Sonne von der Erde bekommt.Dieses Muster passt grundlegend mit dem Muster der Klimas der jüngeren Erdgeschichte zusammen. Es gibt hier und da Abweichungen, die nicht perfekt erklärt werden können.Für diese Probleme haben sich im Laufe der Zeit verschiedene Erklärungsmöglichkeiten finden lassen.Einige Probleme konnten durch Verfeinerungen der Modelle und genaueres Verständnis des Erdorbits gelöst werden.Andere wieder in dem man den zwischenzeitlich verfolgten Ansatz aufgab, alle Klimaschwankungen durch Milankovic Zyklen erklären zu wollen und auch andere wichtige Faktoren hinzuzog.Milankovic Zyklen sind also nicht die alleinige Ursache aller Klimaschwankungen der Erde, aber sie haben einen nicht zu verleugnenden Einfluss.
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#10 Yoscha

Yoscha

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Geschrieben 21 Januar 2008 - 11:01

Da aber alle drei Zyklen (und evtl. noch ein oder mehrere andere)

Ich hab länger überlegt, ob ich das noch weiter ausführen soll, aber ich mach es kurz nochmal. Die drei von Milankovic gefundenen Orbitalparameter und ihr klimatischer Einfluss existieren, das ist unstrittig. Aber grade in letzter Zeit kamen neue Beobachtungen und Studien, nach denen man für ein umfassendes Klimamodell noch andere Faktoren berücksichtigen muss. Der Input kam und kommt dabei von zwei Seiten. Einmal von astronomischer Seite: Die Erdumlaufbahn befindet sich nicht immer auf der gleichen Ebene. Wenn wir einfach mal die Umlaufbahn des Jupiters als Beispiel willkürlich als Basisebene des Sonnensystems definieren, dann ist die Erdumlaufbahn mal direkt auf dieser Basisebene, oft hingegen weicht sie jedoch mal mehr mal weniger deutlich davon ab. Jetzt arbeitet man daran diesen Faktor in die Klimamodelle einzuarbeiten. Anders herum gibt es einen Input von geologischer Seite: Man fand in Eisbohrkernen in Grönland die sogenannten Daansgard-Oeschinger-Zyklen. In ca. 1.500 Jahresabständen kam es zu plötzlichen Klimaänderungen. Hier sucht man noch nach einer Ursache. Eine der momentan diskutierten Theorien ist, dass diese Klimaschwankungen durch Veränderungen der Sonnenaktivität verursacht werden. Da dieses Thema nicht zu meinen persönlichen Schwerpunkten zählt möchte ich es ersteinmal dabei belassen, weil ich mit den eingängigen Papern zu dem Thema nicht hundertprozent vertraut bin :).
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#11 Yoscha

Yoscha

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Geschrieben 27 Januar 2008 - 17:27

Und weiter mit den internen Faktoren.Die sind deutlich schwieriger zu beschreiben, aber nicht etwa, weil die grundlegenden Prozesse komplex sind, sondern weil sie miteinder wechselwirken und teilweise sich gegenseitig verursachen.Die erste Grundlage ist die Plattentektonik bzw. die aus ihr resultierende Anordnung der Kontinente.Kontinente wandern im Lauf von Jahrmillionen und das hat über geologische Zeiträume Auswirkungen auf das Klima. Eine der Voraussetzungen für eine Eiszeit ist z.B., dass sich an mindestens einem der Pole eine ausreichend große Landmasse befindet, auf der sich ein Eissschild aufbauen kann. Die Anordnung der Kontinente auf der Erdoberfläche schwankt im Laufe der Jahrmillionen immer wieder zwischen 2 Extremen: Superkontinent und viele kleine Kontinente.Auch das hat einen Einfluss auf das Klima. Wenn Superkontinente zerbrechen, kommt es zu einem extrem starken Vulkanismus an den Bruchstellen in der Erdkruste. Ein Nebenprodukt bei Vulkanismus ist freigesetztes CO2.Zerbricht ein Superkontinent erhöht sich der CO2 Gehalt der Athmosphäre und das Klima erwärmt sich über lange Zeiträume.Passiert das Gegenteil und es bildet sich ein neuer Superkontinent, dann sinkt die vulkanische Aktivität, CO2 wird in Kohlenstoffreservoirs gespeichert und die Erde kühlt sich ab.Momentan entsteht auf der Erde ein neuer Superkontinent, Afrika kollidiert mit Europa, Indien ist bereits mit Asien kollidiert, Australien nähert sich auch immer mehr Asien an,....Und unser Klima ist im Vergleich zur z.B. Kreidezeit noch immer kühl.Die Anordnung der Kontinente beinflusst aber auch Wind- und Meeresströmungssysteme, aber dazu will ich lieber einen eigenen Punkt schreiben.Auch wenn die Plattentektonik keinen direkten Einfluss auf kurfristige Klimaänderungen im hier und jetzt hat, ist die dennoch die Basis des heutigen Klimas.PS: Und sorry, dass es etwas schleppend vor sich geht, aber bin momentan doch anderweitig eingespannt.

Bearbeitet von Yoscha, 27 Januar 2008 - 17:36.

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#12 Yoscha

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Geschrieben 02 Februar 2008 - 14:55

Wind und Meererströmung

Diesen beiden Mechanismen transportieren Wärme über unsere Planetenoberfläche und beeinflussen das Klima.
Gleichzeitig werden sie selbst von einer ganzen Reihe von Faktoren beeinflusst (unter anderem auch vom Klima selbst).


Wind
Im Anhang hab ich eine schnelle Skizze, die vereinfacht das Windsystem der Erde zeigt. Eigentlich ist es nämlich gar nicht mal so schwierig zu verstehen.
Man braucht ersteinmal ein paar Grundlagen:
Erstens über Ozeanen und Meeren nimmt die Luft Feuchtigkeit auf, über Land regnet diese dann langsam wieder ab, bis im tiefen Landesinneren nur noch trockene Luft ankommt.

Zweitens Luft fließt von Hochdruckgebieten zu Tiefdruckgebieten; dabei gilt auf der Nordhalbkugel aus Hochdruckgebieten herausfließende Luft wird nach rechts abgelenkt, auf der Südhalbkugel nach links (aufgrund der Coreoliskraft).

Drittens das Luftsystem wandert, im Sommer rücken die einzelnen Windsysteme näher an den Pol heran, im Winter rücken sie in Richtung Äquator.




Alle folgenden Anmerkungen sind für die Nordhalbkugel der Erde, die Südhalbkugel ist quasi das am Äquator gespiegelte Gegenstück zur Nordhalbkugel.




Als erstes Windsystem haben wir über den Polen jeweils ein Hochdruckgebiet (Grund: kalte Luft sinkt ab), aus denen (sehr) kalte Luft herausströmt, diese wird abgelenkt, d.h. die kalten Winde kommen aus dem Osten. Diese Polarfront reicht im Sommer bis ungefähr bis 60°N, im Winter sogar bis zu 40°N.


Südlich schließt sich der Westwindgürtel der gemäßigten Breiten an. Das ist dann auch der Wind der unser Klima in Europa entscheidend prägt. Dieser Wind weht relativ stur von Westen gen Osten.

Allerdings wird diese Klimazone durch große Kontinente gestört. Auf der Südhalbkugel streift die Westwindzone nur die Südspitze von Südamerika und weht ungestört darüber hinweg. Auf der Nordhalbkugel haben wir jedoch (Eur-)Asien und Nordamerika. Diese Kontinente sind groß genug, dass sie die Westwindzone stören. Im Winter bilden sich hier große Hochdruckgebiete, die die Westwinde quasi blockieren. Im Sommer lösen sie sich hingegen wieder auf. (Anm. das war die vereinfachte Version, aber ich will es einfach mal dabei belassen.)




Dann folgen die Subtropischen Hochdruckgebiete; und schließlich dann um den Äquator herum die tropische Tiefdruckzone, mit der ITC (der Innertropischen Konvergenzzone).

Von diesen Hochs strömt nun Luft in die Tiefs der ITC und des Westwindgürtels, die sogenannten Passate. Nördlich der subtropischen Hochs wehen die Passate aus SW, südlich aus NO.

Angehängte Dateien


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#13 Yoscha

Yoscha

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Geschrieben 02 Februar 2008 - 15:41

Oberflächenströmung

Ich will mich hier nur auf die Oberflächenströmungen der Meere beschränken, die unser Klima am direktesten mitbeeinflussen.
Auch die Tiefenströmung, sowie die Interaktion zwischen Tiefen- und oberflächenströmungen spielt eine Rolle, alerdings möchte ich die ersteinmal ausklammern.


Wenn wir uns eine Karte der Meeresströmungen ansehen (Wie z.B. hier), dann erkennen wir in eigentlich allen Ozeanen ähnliche Muster. Irgendwo am Äquator ist eine von Ost nach West verlaufende Strömung. Trifft sie auf einen Kontinent, dann dreht sie auf der Südhalbkugel nach Süden, auf der Nordhalbkugel nach Norden ab und führt so warmes äquatoriales Wasser in höhere Breiten.

Im Einflussbereich der Westwinde sehen wir, dass auch die Meeresströmungen nun von West nach Ost fließen. In den gemäßigten Breiten kühlt das Wasser auch langsam wieder ab. Trifft die Strömung nun auf einen Kontinent, fließt sie gen Süden, bringt so kühleres, aber nährstoffreiches Wasser nach Süden.
Im Süden wärmt sich das Wasser jetzt wieder auf und alles beginnt von vorne.



Wie Wind uns Wasser das Klima beeinflusst haben

Die Ausläufer des Golfstroms halten Europa heutzutage warm. Auch die Südküste Alaskas wird durch eine ähnliche Strömung erwärmt, aber da Europa "stromlinienförmiger" ist, kann das warme Wasser hier viel weiter nach Norden vordringen und selbst den Hafen von Murmans eisfrei halten.
Das war nicht immer so. Wenn wir in der Erdgeschichte zurückgehen sehen wir, dass erst die moderne Anordnung der Kontinente den Golfstrom ermöglicht.

Vor 50 Millionen Jahren erstreckte zwischen Nord- und Südamerika noch weites Meer. Das warme Wasser aus dem äquatorialen Atlantik rauschte durch diese Lücke einfach in den Pazifik, so dass es den Golfstrom wie wir ihn heute kennen nicht existierte.
Erst als sich Mittelamerika immer weiter aufbaute, zunächst als einige kleine Inseln, später als viele große Inseln, noch später als an Nord- und Südmarika reichende Halbinseln, wurde immer mehr warmes Wasser nach Norden abgelenkt und konnte so in Richtung Europa fließen.

Während der letzten Eiszeit lagen Nordamerika und Nordeuropa unter kilometermächtigen Eispanzern. Sibirien östlich des Urals war jedoch bis auf einige vergletscherte Gebirge eisfrei, obwohl es ähnliche Temperaturen aufwies. Der Grund dafür liegt an den Winden. Damit Gletscher wachsen können braucht es Niederschläge, und die Niederschläge für die europäischen und nordmarikanischen Einspanzer wurden mit den Westwinden trasportiert. Bis die Winde in Sibirien angekommen waren, hatten sie schon allen Regen abgeregnet.

Warum existiert der Eispanzer über der Antarktis immer noch, während die meisten, ehemals ähnlich mächtigen Eispanzer auf der Nordhalbkugel einfach verschwunden sind?
Weil die Antarktis durch das Wind- und Strömungssystem praktisch isoliert wird. Rings um die Antarktis wehen ungestört die Westwinde und treiben die darunter liegende Ozeanströmung an. Warmes Wasser, das die Antarktis aufwärmen könnte, wird bereits weit vor der Küste durch Wind und Strömungen abgedrängt.
Dieses System existierte aber nicht immer.
Vor 50 Millionen Jahren begannen die noch existierenden Verbindungen zwischen der Antarktis und Australien bzw. Südamerika zu zerbrechen. Bis dahin hatten diese Landverbindungen die Westwindzone gestört und entlang dieser Landverbindungen konnte warmes Wasser die Antarktis erreichen. Kurz nach zerbrechen dieser Landbrücken begannen die Gletscher die Antarktis unter sich zu begraben.
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#14 Yoscha

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Geschrieben 04 Februar 2008 - 16:40

Treibhausgase

Nein, ich will hier nicht auf irgendwelche anthropogenen Einflüsse eingehen. Ich will lieber zeigen, wie und warum Treibhausgase in der Erdgeschichte in ihren Konzentrationen schwankten.
Die beiden wichtigsten Treibhausgase in der Athmosphäre sind Wasserdampf(H2O) und Kohlendioxid(CO2).

Als ersten wollen wir uns mal das heute so beliebte CO2 anschauen.
CO2 besteht wie man aus der chemischen Formel erkennen kann aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Schauen wir uns daher den Kohlenstoff mal genauer an:

Der Kohlenstoffkreislauf

Kohlenstoff kommt auf der Erde in verschiedenen chemischen Verbindungen vor.
Einmal als CO2, sowohl als Gas in der Athmosphäre, gelöst in Wasser oder auch in Magmen.
Dann haben wir den organischen Kohlenstoff. Organischer Kohlenstoff umfasst alle chemischen Verbindungen, die in erster Linie aus Kohlenstoff und Wasserstoff aufgebaut sind (wobei auch Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel, Phosphor und andere Elemente miteingebaut werden können). Sein Name rührt daher, weil alles Leben auf der Erde auf organischem Kohlenstoff basiert, DNS ist z.B. organischer Kohlenstoff. Aber nicht nur Lebewesen bestehen aus organischem Kohlenstoff, auch das Treibhausgas Methan ist organischer Kohlenstoff. Auch Kohle will ich hier unter organischen Kohlenstoff fallen lassen, auch wenn Chemiker mir da nicht ganz zustimmen werden, aber da Kohle aus organischem Kohlenstoff entsteht, kann man es pi*Daumen für meine Zwecke hier so belassen.
Als dritte wichtige Kohlenstoffverbindung haben wir die Karbonate. Karbonate sind Verbindungen eines Metalls mit (CO3). Das wichtigste Karbonat ist sicherlich Calciumkarbonat (CaCO3), im Volksmund auch als Kalk bezeichnet.

Untergeordnet gibt es noch elementaren Kohlenstoff (Diamant, Graphit), Carbide oder auch noch ein paar andere Exoten, die allerdings mengenmäßig vernachlässigbar sind.


Grundsätzlich gilt: jeder Kohlenstoff, der als organsicher Kohlenstoff oder Karbonat vorliegt, liegt nicht als CO2 in der Athmosphäre vor.
Eigentlich banal, aber für das Klima trotzdem eine wichtige Grundlage.

Um CO2 dauerhaft der Athmosphäre zu entziehen, muss also dauerhaft organischer Kohlenstoff oder Karbonat gebildet werden.

Jetzt gibt es leider ein paar Probleme:
Organischer Kohlenstoff und Sauerstoff regieren über kurz oder lang zu CO2.
Karbonate können in sauren Umgebungen (pH<7) nicht dauerhaft existieren und lösen sich unter Bildung von CO2 auf.
Karbonate sind unter hohen Drücken nicht stabil und lösen sich auf.

Ich möchte einfach mal der Reihe nach einige potentielle Kohlenstoff-Senken durchgehen (ich beschränke mich dabei auf einige wichtige Beispiele und gehe definitiv nicht alles durch):

1) Der Ozeanboden
Es gibt im oberen lichtdurchfluteten Teil der Ozeane eine Menge leben, vor allem das Plankton. Dieses Plankton fixiert große Mengen CO2 als organischen Kohlenstoff und auch als Karbonat. Allerdings wird organischer Kohlenstoff hier auch schnell wieder zu CO2 abgebaut.
Vom organischen Kohlenstoff, der durch das Plankton aufgebaut wird, erreicht nur ein winziger Teil überhaupt den Meeresboden. Der Rest wird im sauerstoffreichen Wasser schnell wieder abgebaut.
Landet er dann doch auf dem Meeresboden, dann ist es immer noch nicht vorbei, auch hier wird er noch abgebaut.
Unter normalen Umständen ist hier keine dauerhafte Speicherung von organischem Kohlenstoff möglich. (auf nicht normale Zustände werde ich später noch einmal eingehen)

Anders sieht es mit Karbonat aus. Viele planktische Organismen haben Kalkskelette, die nach ihrem Tod zu Boden sinken. Das Meerwasser ist basisch, das Karbonat also stabil....bis es die Kalkkompensationstiefe erreicht. Unterhalb dieser Tiefe ist Kalk nicht mehr stabil und löst sich auf. An den tiefsten Stellen der Ozeane kann sich also kein Kalk am Meeresboden ablagern, aber an den flacheren Stellen schon. Dort bilden sich Jahr für Jahr neue kalkige Sedimente.
Dann kommt aber die Plattentektonik ins Spiel. An Subduktionszonen wird auch der Kalk ins Erdinnere verfrachtet. Unter den dortigen Bedingungen wandelt er sich in CO2 um, das bei Vulkanausbrüchen wieder an die Oberfläche gelangt.

2) Die Schelfmeere
Schelfmeere sind die flachen Randmeere, wie die Nordsee oder der persiche Golf, die geologisch gesehen einfach nur überflutete Kontinente sind.
Hier kam es im Laufe der Erdgeschichte häufig zur Ablagerung gewaltiger Kalkmengen. Denn hier auf dem Schelf gab es die idealen Voraussetzungen für diverse kalkschalige Organismen, Korallen, Muscheln, Schnecken, Schwämme, Bryozoen,...
Die hier abgelagerten Kalksedimente wachsen insgesamt schneller, als die im tiefen Meer.

Außer der Schelf ist nicht mehr von Meerwasser bedeckt. Sei es, weil der Meeresspiegel gesunken ist, oder der ehemalige Schelf durch tektonische Prozesse angehoben wurde.
An Land herrschen saure Bedingungen vor, die den Kalk angreifen und ihn lösen.
Ein Beispiel dafür ist die Fränkische Alb. Sie besteht aus Kalksteinen, die sich einst in einem Schelfmeer ablagerten. Heutzutage ist der Kalkstein durchlöchert von Höhlen, verkartet, etc. Der Kalk löst sich langsam aber sicher auf.

3) Kontinente
Hier haben wir viele Pflanzen, die Kohlenstoff als organischen Kohlenstoff fixieren können. Was auffällt, ist das der organische Kohlenstoff hier langsamer wieder aufgearbeitet wird. Als simples Beispiel nehmen wir mal ein Stück Holz, das nichts anderes als organischer Kohlenstoff ist, das zwar irgendwann verrottet, aber dafür durchaus Jahre oder auch Jahrzehnte, unter bestimmten Bedingungen sogar Jahrhunderte braucht.
Und dann gibt es auf den Kontinenten auch noch bestimmte Stellen, wo organischer Kohlenstoff ziemlich schnell im Boden verschwindet, wo er fern von Sauerstoff problemlos eine halbe Ewigkeit existieren kann. Solche Gebiete sind z.B. Moore, oder auch Küstenwälder.
Als kleines Beispiel, ich habe in meiner Sammlung einen Tannenzweig. Der Baum, an der er einst wuchs stand vor ca. 250 Millionen Jahren an einem Marschgebiet nahe eines Meeres. Der Zweig viel zu Boden, wurde durch eine Flut in Schlick begraben und über 250 Millionen Jahre blieb dieser Zweig weitestgehend erhalten, wandelte sich also nicht in CO2 um.

Solche Ablagerungen sind z.B. Kohlenflöze. Aber wenn solche Ablagerungen wieder an die Erdoberfläche kommen, dann werden auch sie langsam aber sicher wieder zu CO2 zerfallen.



Was muss also passieren, um den CO2 Gehalt der Athmosphäre zu verändern?

1) Wir haben gesehen, dass organischer Kohlenstoff in sauerstoffhaltigem Wasser sich nicht ablagern kann.
Was aber ist in sauerstofffreien Wasser, unter sog. anoxischen Verhältnissen?
Dann bilden sich am Meeresboden Faulschlämme, in denen sich auch organischer Kohlenstoff erhält.
Wie kommt es zu anoxischen Verhältnissen?
a) Heutzutage herrschen nur im Schwarzen Meer, sowie in einige kleinen Bereichen der Ostsee anoxische Verhältnisse. Beide Meere sind sich in so fern ähnlich, dass sie nur einen geringen Austausch mit anderen Meeren haben und dass sie einen hohen Süßwassereintrag ausweisen. Das Süßwasser bilder praktisch einen Deckel auf dem schwereren Salzwasser, der verhindert, dass Sauerstoff in die Tiefe gelangt. Zusätzlich kann auch kein sauerstoffreiches Wasser aus anderen Meeren zufließen.
:thumb: Es gibt sogenannte Auftriebsgebiete. Hier strömt nährstoffreiches Wasser aus der Tiefe auf und führt zu einer gewaltigen Produktion von organischem Kohlenstoff durch Organismen an der Oberfläche. In diesen Bereichen entsteht nun so viel organischer Kohlenstoff, dass nicht genug Sauerstoff vorhanden ist um ihn abzubauen. Es bildet sich eine relativ schmale Sauerstoff-Minimum-Zone aus, in der sich auch organischer Kohlenstoff ablagern kann.
c) Die Tiefenströmungen des Meeres werden gestört, was zu weitflächigen anosichen Verhältnissen führen kann.

-> Breiten sich anoxische Verhältnisse in den Ozeanen aus, dann lagert sich organischer Kohlenstoff ab.

Wenn diese anoxischen Verhältnisse aber wieder aufhören, und sich Sauerstoff wieder ausbreitet, dann kann der am Boden abgelagerte organische Kohlenstoff wieder in CO2 umwandeln.

2) Auf den Schelfen ist einfach die Frage was grade überwiegt, die Lösung ehemaliger Schelfablagerungen oder die Neubildung von Schelfablagerungen. Je höher der Meeresspiegel, desto größer die Schelfe, desto mehr CO2 wird auf den Schelfen als Karbonat fixiert, je niedriger der Meeresspiegel, desto mehr Kalk wird gelöst, desto mehr CO2 wird wieder frei.

3) Die Frage hier ist, wie groß sind die Gebiete, in denen organischer Kohlenstoff tatsächlich sauerstoffdicht abgelagert wird. Viele sog. Kohlesümpfe, viel abgelagerter organischer Kohlenstoff, ein Absinken des CO2 in der Athmosphäre.




Und das war nur ein kleiner Einblick in den Kohlenstoffkreislauf, noch viele andere Faktoren spielen eine Rolle, aber ich möchte es hierbei belassen.
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#15 Yoscha

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Geschrieben 05 Februar 2008 - 15:25

Als letzten allgemeinen Punkt möchte ich noch auf ein Phänomen eingehen, das gerne als
"Effekt übersteigt Ursache"
bezeichnet wird.

Was heißt das? Es stammmt ursprünglich aus der Kritik an Milancovics Orbitalparametern. Man stellte fest, dass nach den Orbitalparametern rein rechnerisch ein Temperaturanstieg von z.B. 2°C während einer bestimmten Zeit zu erwarten sei; die geologische Überlieferung zeigte uns jedoch, die Temperatur stieg um 5°C an.
Was war los?

Kausalketten oder das eine nicht ohne das andere

Wie jeder im Sommer bei praller Sonne feststellen kann, schwarze (und allgemein dunkle) Flächen werden schnell extrem heiß, sie schlucken also Wärmestrahlung, weiße Flächen bleiben kühler, die reflektieren Wärmestrahlung.
Wenn wir jetzt einmal einen Blick auf die Erde werfen, dann sehen wir, Gletscher, Schnee und Eis sind weiß, reflektieren also Wärme; sonstige Landflächen sind iA dunkel, absorbieren also Wärme.
Die Orbitalparameter senken die Temperatur um 2°C, woraufhin die Gletscher wachsen. Mehr Gletscher bedeutet mehr weiße Fläche, mehr weiße Fläche bedeutet, mehr Wärme wird in den Weltraum zurückreflektiert, was heißt es wird kälter, wodurch die Gletscher wachsen, mehr weiße Fläche,.....
Es entsteht ein sich selbst verstärkender Kreislauf.
Unmgekehrt funktioniert das gleiche, Gletscher schmelzen, mehr dunkle Fläche, mehr Wärme wird von der Erde absorbiert, es wird wärmer, Gletscher schmelzen,...

Aber es gibt auch Kreisläufe, die genau umgekehrt funktionieren.
Ich denke jeder hier hat schon mal von den Katastrofentheorien gehört, dass der Golfstrom durch erhöhtes Schmelzen der grönländischen Gletscher von Europa abgedrängt werden könnte, was in Europa eine starke Klimaabkühlung hervorrufen könnte.
Hier haben wir eine Kausalkette Erwärmung->Gletscherschmelze->Störung des Strömungssystems->Abkühlung.
Die Erwärmung könnte sich also durch diesen Kreislauf selbst stoppen.

Was natürlich die Frage offenlässt, welcher der beiden Kausalketten stärkere Auswirkungen hat, die durch die Erwärmung weitere Erwärmung erzeugt, oder die durch die Erwärmung zu einer Abkühlung führt.
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#16 Yoscha

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Geschrieben 05 Februar 2008 - 15:34

Als nächstes würde ich gerne ein paar Beispiele für bekannte Klimaänderungen in der Erdgeschichte bringen.Zwei Dinge würde ich so gerne bringen:Einmal die Jüngere Dryas, ein Zeitabschnitt gegen Ende der letzten Eiszeit.Und zum zweiten das PETM (Palaeocene Eocene Thermal Maximum) und das EECO (Early Eocene Climate Optimum), zwei Klimaereignisse vor ca. 50 Millionen Jahren.Falls jemand ganz bestimmte Interessen hat, weil er irgendwann einmal von einem anderen Klimaereignis gehört hat, tut euch keinen Zwang an und raus damit.
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#17 Pandora Panorama

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Geschrieben 11 März 2008 - 17:41

Aber es gibt auch Kreisläufe, die genau umgekehrt funktionieren.

Hallo Yoscha. Danke nochmal, dass Du Dir soviel Muehe machst. Mich wuerden speziell diese Feedbackmechanismen interessieren. Welche weiteren Beipiele gibt es. Man hoert ja oft, dass die meisten Feedbacks positiv sind, stimmst Du dem zu?
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#18 Yoscha

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Geschrieben 24 März 2008 - 15:32

Hallo Yoscha. Danke nochmal, dass Du Dir soviel Muehe machst. Mich wuerden speziell diese Feedbackmechanismen interessieren. Welche weiteren Beipiele gibt es. Man hoert ja oft, dass die meisten Feedbacks positiv sind, stimmst Du dem zu?

Sorry erstmal, der Thread hier ist bei mir zwischen Urlaub und Capco.de untergegangen. Was momentan zu den Trendforschungsgebieten gehört sind die Methanhydrate in den Meeren. Methanhydrate sind Strukturen, in denen Methangas in Eiskäfigen festgehalten wird. Diese Methanhydate haben ein ganz bestimmtes Stabilitätsfeld, sprich sie brauchen ganz bestimmte Druck- und Temperaturbedingungen um existieren zu können. Außerhalb dieses Stabilitätsfeldes wird das gespeicherte MEthan freigesetzt. Kommt es zu einer Klimaerwärmung erwärmt sich das Meer. Irgendwann werden die Temperaturen so hoch, dass das Stabilitätsfeld der Methanhydrate überschritten wird und Methan freigesetzt wird. Methan ist ein Treibhausgas und die Freisetzung des Methans führt zu einer weiteren Erhöhung der Temperatur, die weitere MEthanhydrate destabilisiert,... Auf der anderen Seite erhöht sich der Meeresspiegel. Durch eine ERhöhung des Meeresspiegels verändern wir auch die Druckverhältnisse im Ozean. Wodurch in bestimmten Gebieten die Stabilitätsbedingungen für Methanhydrate wieder erfüllt sind, und sich neue Methanhydrate bilden, die so Kohlenstoff aus den globalen Kohlenstoffkreislauf speichern, was langfristig zu einer Reduzierung der Treibhausgase und der Erwärmung führen kann. Die Feedbackschleifen, mit denen ich mich besser auskenne, würde ich eigentlich nicht als vorwiegend positiv oder negativ nennen (allerdings kenne ich mich definitiv nicht mit allen aus).
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#19 heschu

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Geschrieben 24 März 2008 - 16:46

Hallo Yoscha,auch von mir, vielen Dank für deine Mühe. Du hast alles sehr schön verständlich geschrieben. Die Zusammenhänge sind mir jetzt klarer geworden. Viele Grüßeheschu

Carpe diem!

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#20 Pandora Panorama

Pandora Panorama

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Geschrieben 26 März 2008 - 03:26

Danke fuer die Antwort. Die Methan-Geschichte hat Frank Schaetzing in "Der Schwarm" verwendet, nicht wahr?
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#21 Yoscha

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Geschrieben 26 März 2008 - 16:52

Danke fuer die Antwort. Die Methan-Geschichte hat Frank Schaetzing in "Der Schwarm" verwendet, nicht wahr?

Kann gut sein, ich fand das Buch so öde, dass ich nach weniger als 1/4 aufgegeben hab, aber kann schon gut sein, da ja Prof. Bohrmann da seinen Gastaufritt haben soll, und der redet bekanntlich gerne über Gashydrate.





Die jüngere Dryas

Was genau ist die jüngere Dryas?
Benannt ist sie nach dem Silberwurz (Dryas octopetala) einer Pflanze die heute nur in den Alpen und in der Arktis verbreitet ist.
Die jüngere Dryas war ein plötzlicher Kälteeinbruch nach dem Ende der Hauptvereisung der letzten Eiszeit. Dieser Kälteeinbruch wurde anhand der Überreste des Silberwurzes nachgewiesen, der sich plötzlich wieder über weite Teile Europas ausbreitete (und heute fossil nachgewiesen werden kann), während sich die nach Ende der Hauptvereisung wieder gewachsenen Wälder zurückzogen.

Die jüngere Dryas umfasste ungefähr einen Zeitraum von 12.900 bis 11.500 Jahren BP (=before present, wobei als 'present' das Jahr 1950 festgelegt wurde).

Zuerst festgestellt wurde die jüngere Dryas in Europa, als man Ablagerungen vom Ende der letzten Eiszeit auf Pollen hin untersuchte. Dabei fand man zwei Lagen, in denen man Dryas-Pollen fand, eine ältere und eine jüngere Lage, getrennt von Pollen, die auf eine Waldvegetation hinwiesen.

Später fand man auch anderswo auf der Erde Hinweise auf einen Kälteeinbruch während der Erwärmungsphase am Ende der letzten Eiszeit, die einigermaßen zeitgleich abzulaufen schienen.

Die jüngere Dryas war von einem europäischen Phänomen zu einem globalen Phänomen geworden.

Ala jedoch genauere Datierungen gelangen, stellte man plötzlich fest, dass die Abkühlung auf der Sübhalbkugel ein Jahrtausend vor der Nordhalbkugel stattfand.


Was also ist genau passiert?
Ich beginne erstmal mit Europa, wo die jüngere Dryas bekanntlich entdeckt wurde. Gegen Ende der letzten Vereisung begann das Eis in Europa und Nordamerika zu schmelzen. In Europa schmolz es schneller, da der warme Golfstrom half Europa aufzutauen. Bald breiteten sich bereits erste Wälder wieder aus.
In Nordamerika schmolz das Eis langsamer. Das Schmelzwasser der Gletscher sammelte sich in einem gewaltigen Süßwassersee, dessen Reste u.a. die heutigen Großen Seen sind, dessen Wasserspiegel über dem Meeresspiegel lag, aber durch eine Eiswand weiterhin vom Atlantik getrennt war.
Als diese Eiswand nun brach ergossen sich gewaltige Mengen kalten Süßwassers in den Atlantik. Süßwasser ist bekantlich leichter als Salzwasser, so bildete diese kalte Süßwasserlinse eine Barriere für das warme Oberflächenwasser des Golfstroms, der Golfstrom erreichte nicht mehr Europa und die Temperaturen in Europa stürzten innerhalb kurzer Zeit um bis zu 15°C. Kein Wunder, dass sich der tundrenliebende Silberwurz da wohler fühlte als Wälder.
Es dauerte über tausend Jahre bevor sich der Erwärmungstrend wieder durchsetzen konnte und in Europa wieder Wälder wuchsen.


Aber was ist jetzt mit der Südhalbkugel? Und warum kühlte sie 1000 Jahre früher ab?
Nach heutiger Meinung passierte dort etwas ähnliches, aber unabhängig von den Ereignissen der Nordhalbkugel. Hier brachen in der Antarktis Eisbarrieren, durch die kaltes Schmelzwasser in die Ozeane floss und das Strömungssystem störte.



Das interessante daran ist, dass beide Abkühlungseregnisse durch Schmelzwasser ausgelöst wurden, also eine direkte Konsequenz einer globalen Erwärmung waren.
Wärme erzeugt Kälte.
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#22 Yoscha

Yoscha

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Geschrieben 12 Mai 2008 - 12:18

Mittlerweile ist es mit der Masterarbeit ernst geworden, deshalb hat das zweite versprochene, und für die heutige Situation wahrscheinlich interessanteste Beispiel, warten müssen.
Es geht um das
PETM (Paläozän-Eozänes Temperatur Maximum/Palaeocene-Eocene-Thermal-Maximum)

Zur Vorgeschichte des PETM. Die geologische Zeitspanne des Paläozäns begann vor 65 Millionen Jahren mit einem der schlimmsten Massenaussterben der Erdgeschichte. Dinosaurier, Ammoniten und alle wichtigen Riffe bildenden Organismen (die Rudisten, eine Gruppe von Muscheln), sowie viele weitere, verschwanden schlagartig von der Bildfläche.
Verursacht wurde das ganze durch eine Verkettung eines oder mehrerer MEteoriteneinschläge, dem Vulkanismus der Dekkan-Trapps (ein vulkanisches Ereignis schlimmer als alle Vulkanausbrüche der letzten 10.000 Jahre zusammen) und der Neuorganisation der Kontinente.
Das Paläozän selbst war ein Zeitalter der Erholung. An Land breiteten sich Säugetiere und Vögel aus, im Meer übernahmen Korallen zum ersten Mal seit Millionen von Jahren wieder die Rolle der Riffbildner und bildeten wieder erste Riffkomplexe.

Doch dass Paläozän endete vor 55 Millionen Jahren wie es begonnen hatte, mit einem Aussterbeereignis. Es war zwar nur ein "kleineres" Aussterbeereignis und betraf nur einige Lebewesen, während andere überhaupt nicht betroffen waren, aber nicht desto trotz, rund um das Mittelmeer starben die Korallenriffe ab, und auch bei den benthischen Foraminiferen, einer Gruppe von Lebewesen, die in marinen Sedimenten leben, kam es zum Aussterben von bis zu 50% der Arten.

Was war passiert?
Die Messung des Sauerstoff-Isotops 18O in Fossilienschalen von verschiedenen Ablagerungen des PETM führte zu einem Ergebnis. Es hatte eine plötzliche und für geologische Verhältnisse schnelle globale Erwärmung um bis zu 7°C über einen Zeitraum von nur 20.000 Jahren gegeben.
Da die untersuchten Fossilienschalen aus Kalk (CaCO3) bestehen, wird routinemäßig auch das Isotop 13C gemessen. Die Messungen ergaben ungewöhnliche Werte für 13C . Werte die sich nur erklären ließen, wenn eine große Menge an kohlenstoffhaltigen Treibhausgasen, Kohlendioxid oder Methan, freigesetzt wurden. Und das auch noch über geologisch kurze Zeiträume.
Dieser plötzliche Anstieg des Treibhausgasgehalts führte zu einer extremen Aufheizung der Erde, die wiederum zum Zusammenbruch einiger Ökosysteme führte.
Klingt doch irgendwie bekannt, oder?
Genau deshalb ist das PETM so interessant, weil es uns eine Vorstellung über die Auswirkungen eines erhöhten Kohlendioxidgehalts der Athmosphäre über geologisch kurze Zeiträume liefert.

Aber woher kam das Kohlendioxid?
Darüber wird sich noch immer gestritten.
Theorie 1: Das Nordpolarmeer war über Millionen von Jahren vom restlichen Ozean abgeschnitten. Es herrschten Verhältnisse wie heute im Schwarzen Meer, am Boden des Nordpolarmeers herrschte ein Mangel an Sauerstoff, so dass organisches Material, dass an den damals eisfreien Polen entstand, sich am Boden ablagerte ohne abgebaut zu werden. Es bildeten sich mächtige Lagen aus Faulschlamm, in denen große Mengen an Kohlensoff gespeichert waren.
Gegen Ende des Paläozäns öffnete sich der Nordatlantik zwischen Grönland und Norwegen und sauerstoffreiches Wasser konnte ins Nordpolarmeer strömen. Durch den Sauerstoff zersetzte sich der Faulschlamm und Kohlendioxid wurde freigesetzt
Theorie 2: Methanhydrate wurden instabil und setzten große Mengen an Methan frei, was weitere Methanhydrate destabilisierte.
Theorie 3: Es kam zu gewaltigen Bränden oberflächennaher Torf- und Kohlelagerstätten.

Das sind zumindest die drei wichtigsten Theorien, es gibt allerdings noch andere.
Allein ist nach momentanen Wissensstand keine in der Lage eine genügende Erklärung zu liefern.

Bearbeitet von Yoscha, 12 Mai 2008 - 12:19.

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#23 Morn

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Geschrieben 15 Mai 2008 - 09:31

Ich habe in einer kurzen Zusammenfassung eines Artikels gelesen, dass vor 120 Mio. Jahren auch eine globale Erwaermung stattgefunden habe. Die Ozeane sollen sich dabei um 6 Grad erwaermt haben. Yoscha, koenntest Du darueber auch etwas mehr sagen? Danke!EDIT: Gibt es Buecher zur Klimageschichte, die Du empfehlen koenntest?

Bearbeitet von Morn, 15 Mai 2008 - 09:33.


#24 Yoscha

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Geschrieben 18 Mai 2008 - 11:09

War der allgemeine Erwärmungstrend gegen Ende der Unteren Kreide gemeint oder ein spezielles Event?Die Erwärmung in der Kreide kann zu einem guten Teil auf die plattentektonische Situation zurückgeführt werden.Pangäa, der Riesenkontinent, der fast alle kontinetale Kruste der Erde umfasste, begann im Jura langsam zu zerbrechen. Im Jura bildeten sich anfangs nur Grabensysteme, ähnlich dem Oberrheingraben oder dem Ostafrikanischen Grabensystem. Ende des Juras öffnete sich dann der Zentralatlantik, der damals aber nur ähnliche Ausmaße hate, wie heute das Rote Meer.In der Kreide erreichte das Zerbrechen Pangäas seinen Höhepunkt, der Südatlantik öffnete sich, Indien trennte sich von Australien und Afrika, Afrika von der Antarktis, Italien und der Balkan von Afrika. Alles begleitet von einem erhöhten Vulkanismus, der den Kohlendioxidgehalt der Athmosphäre erhöhte. Falls ein spezielles Event gemeint war, kann ich grade so aus dem Kopf nichts dazu sagen :P.
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#25 Tarantoga

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Geschrieben 03 Januar 2009 - 12:51

In Wyoming regt sich zur Zeit ein sehr großer natürlicher Klimafaktor. In den letzten Tagen erlebte der Yellowstone Nationalpark ( das schönste Stück Natur das ich je gesehen habe ) über 250 Beben zwischen Stärke 2-3, alle konzentriert auf ein kleines Gebiet direkt unter dem Lake Yellowstone. Das Bild hier ist leider nicht meins, daher nur verlinkt. Nach bisherigen Messungen gibt es durchschnittlich 1000 - 3000 Beben im Jahr, verteilt über den ganzen Park. Nun muss man nicht gleich vom Worst Case ausgehen, aber auch kleinere Vulkanausbrüche können das Klima deutlich verändern, man denke nur an den Tambora oder an den Lakispaltennebel von 1783.

Bearbeitet von Tarantoga, 03 Januar 2009 - 12:53.


#26 Yoscha

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Geschrieben 03 Januar 2009 - 13:50

Oder 1991 der Pinatubo, an den sich einige hier wohl noch aus eigener Erinnerung entsinnen. Aber etwas anderes zu dem Thema: http://www.spiegel.d...,598490,00.html In Kurzform geht es darum, dass durch erhöhte Eisschmelze in der Antarktis vermehrt im Eis gespeicherte feinste Eisenpartikel ins Meer gelangen. Da Eisen ein für Algen lebenswichtiges Element ist, aber in den Weltmeeren Eisen stets knapp ist und somit das Algenwachstum beschränkt, wirkt das Eisen aus den Gletschern als Dünger. Mit dem Effekt mehr Algenwachstum, mehr Algenwachstum heißt mehr CO2 wird in organischen Kohlenstoff umgewandelt und letzten Endes in Meeressedimenten gespeichert.
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