klimatische Erdgeschichte
Die moderne Klimatologie beschäftigt sich mit dem mittleren Zustand der Atmosphäre in einem definierten Zeitraum. Dazu werden die relevanten Klimaelemente aus Instrumentenbeobachten abgeleitet.
Paläoklimatologie
Die Paläoklimatologie hingegen beschreibt die urzeitlichen Klimate und ihre Veränderungen. Dabei muß der Paläoklimatologe mangels konkreter Messungen das Vorzeitklima mit Hilfe indirekter Hinweise rekonstruieren. Da aber nicht aus jeder Epoche genügend Klimazeugen erhalten sind können nur ungefähre Aussagen über die klimatischen Zustände gemacht und die definierten Zeiträume werden um so größer, je weiter man in die Vergangenheit zurückgeht.
Dennoch läßt sich einiges über das urzeitliche Klima und dessen Veränderung sagen. So weisen bspw. alle Gesteinsablagerungen, die organische Stoffe wie Kohle oder Erdöl enthalten auf ein feuchtes und tropisches Klima hin. Rote Gesteinsschichten, die wasserarme Eisenverbindungen enthalten entstehen nur in einem trockenen Klima mit hoher Sonneneinstrahlung. Gips und Steinsalze weisen auf flache Binnenseen und Meere hin, die unter steil einstrahlender Sonne stark verdunsten. Riesige Flußsysteme weisen auf starken Niederschlag hin und Korallenkalk auf warme tropische Meere. Geschiebemergel oder Bändertone weisen auf gewaltige Gletscher hin.
Doch es gibt noch weitere Hinweise, die Rückschlüsse auf vergangene Klimate ermöglichen. Eiskernbohrungen bspw. liefern Informationen, die bis zu 260.000 Jahre vor unserer Zeit liegen können. Hier versucht man eine Temperaturbestimmung aus dem Isotopenverhältnis von O16 zu O18. Man geht davon aus, daß es ein konstantes Verhältnis dieser Isotope im Wasser gibt. Da Wasser, welches aus O18 besteht schwerer ist, hat es einen niedrigeren Dampfdruck und verdunstet langsamer als Wasser, welches aus O16 besteht. Weil der Dampfdruck aber wiederum von der Temperatur abhängt erlaubt das Verhältnis beider Isotope einen Rückschluß darauf, bei welcher Temperatur das Wasser, aus dem das Eis gebildet wurde, verdunstet bzw. kondensiert ist.
Auch aus der Größe und Form der Eiskristalle lassen sich Rückschlüsse ziehen, bei welche Temperatur sie gebildet wurden. Aus der Messung der elektrischen Leitfähigkeit von Eis erhält man Informationen zu Säure- und Ammoniumgehalt des Eises. Daraus kann man dann auf möglicherweise klimarelevante Ereignisse wie Vulkanausbrüche oder Waldbrände schließen.
Baumringe sind ein weiteres Indiz im Puzzle des Paläoklimatologen. Aus lebenden Bäume erhält man Informationen die bis zu einige tausend Jahre zurück reichen können. Fossile Baumringe reichen bis zu 65 Millionen Jahre zurück. Aus dem Verhältnis von C13 / C14 und der Dicke der Ringe kann man auf Feuchte und Temperatur schließen. So gibt es in den Tropen bspw. keine Jahresringe, da es keinen deutlichen Jahresgang von Temperatur und Feuchte gibt.
Auch geschichtliche Überlieferungen können das Bild über vergangene Klimate abrunden. Beispiele sind die Römer, die über die Alpen hinweg Handel trieben, die Besiedlung Grönlands oder die Völkerwanderung nach Zusammenbruch des römischen Reiches.
klimatische Erdgeschichte
Für die über vier Milliarden Jahre lange Zeitspanne des Proterozoikums und des älteren Archaikums finden sich nur wenige konkrete Klimazeugnisse. Die für die diesen immens großen Zeitraum rekonstruierbaren Klimata sind sehr lückenhaft und werden umso ungenauer und unsicherer, je weiter man sich in der Erdgeschichte zurück begibt.
Das Kambrium war weltweit sehr heiß und die Pole dadurch ganzjährig eisfrei. Überall gab es ausgedehnte Wüstenzonen. Im Mittel-Kambrium kommt es verstärkt zu großflächigen Meeresüberflutungen und das Klima wird insgesamt noch wärmer - aber feuchter.
Das Ordovizium war wahrscheinlich die wärmste Klimaepoche unseres Planeten. Es war weltweit warm und tropisch feucht. Durch alle Kontinente erstrecken sich breite tropische Meeresarme und die Pole sind ganzjährig eisfrei. Zeichen für eine Inlandsvereisung finden sich im östlichen Südamerika und im westlichen Afrika.
Im Silur erstreckt sich ein tropisches Flachmeer über weite Teile des heutigen Nordamerikas und Nordeuropas Das Festland war sehr trocken und absolut pflanzenlos. Auf dem Südpol gab es in dern Wintermonaten kurzfristige Vereisungen.
Während des Devon verlief der Äquator durch das arktische Kanada. Die Klimabedindungen sind ähnlich denen des Silur.
Im Karbon (vom lat. carbo für Kohle) herrschte vorwiegend ein warmes und sehr niederschlagsreiches Klima. Es entwickelten sich erste Reptilien, flugfähige Großinsenkten und erste Nadelbäume. Die Flora wurde jedoch von riesiegen Schachtelhalm und Schuppenbäumen bestimmt. In Küstennähe entstanden ausgedehnte Waldmoore und üppige Sumpfwälder. Diese bilden die Grundlage für die heute so wichtigen Kohlelagerstätten. Die Kontinente Gondwana und Laurasia vereinigen sich zu dem Superkontinent Pangäa. Gegen Ende des Karbons wird es trockener. Während das heutige Mitteleuropa im Tropengürtel liegt führt die Klimadifferenzierung zur Inlandvereisung von Godwana (heute große Teile von Afrika, Indien, Australien und der Antarktis).
Das Perm-Klima (benannt nach der Stadt Perm am Westabhang des Urals) ist allgemein kühler als heute aber stärker differenziert. Das heutige Mitteleuropa liegt mit heißen Wüstenklima fast am Äquator, während weite Teile der Südhalbkugel (Indien, Afrika, Südamerika, Australien) noch mit den Eismassen aus dem Karbon überzogen sind. Gegen Ende des Perms steigen die Temperaturen und führen zum einem teilweisen Abschmelzen der Inlandsgletscher und einer Erhöhung des Meeresspiegels. Es bildet sich ein riesiges Binnenmeer. Weil die Verbindung des Binnenmeers mit dem offenen Weltmeer mehrfach unterbrochen wird bilden sich unter dem heißen Wüstenklima durch Verdunstung mächtige Salzablagerungen.
Im Trias (vom lat. trias = Dreiheit; entspricht der Dreiteilung des Systems Buntsandstein, Muschelkalk und Keuper) ist Nordrhein-Westfalen zeitweise von einem Flachmeer überflutet. Hier lagern sich die roten Sande und Tone der Buntsteinzeit ab. An der Wende zum Muschelkalk gerät das Gebiet zeitweise in der Einfluß der Tethys (Urmeer), wodurch es zu einem Faunenaustausch und der Einwanderung neuer Arten kommt. In der oberen Trias (Keuper = Gesteinsart) kommt es durch einen mehrfachen Wechsel zwischen Verlandung und Meereseinbrüchen mit dolomitischen Ablagerungen. Durch Eindampfung entstehen örtlich Gips und Steinsalzgesteine. Die Polen sind aller Wahrscheinlichkeit nach eisfrei.
Im Jura bricht der Superkontinent Pangäa weiter auseinander und das Urmeer Tethys überflutet weite Teile Eurasiens. Der Nordpol liegt in der Arktis und der Südpol im Meer vor der Westantaktis. Der Äquator nähert sich seiner heutigen Lage. Es existieren keine ausgeprägten Klimazonen und es ist ingesamt so warm, daß die Polgebiete eisfrei sind. Gegen Ende des Jura wird es trockener.
Zu Beginn der Kreidezeit war es ausgeglichen warmfeucht. Vereisungsspuren wurden bislang nicht entdeckt.
Das Neogen brachte eine Phase verstärkter Abkühlung bis zum Beginn der ersten Vereisung im Gelasium, der untersten Stufe des Quartäts. Wie Untersuchungen fossiler Meeresfauna gezeigt hat, kann das Klima zu Beginn des Neogens nordatlantisch-skandinavischen Raum als gemäßigt bezeichnet werde. Im unteren Pilozän, der letzten Stufe des Neogens, kam es zu einer ersten starken Abkühlungshase im Bereich der Pole, der nochmals eine längere Erwärmung folgte. Dem folgteein wechselnder, aber relativ rascher Abfall der Temperaturen. Am Ende des Pilozäns kam es zur Vereisung der Polkappen.Auf dem Kontinent Antarktika wurden Eismassen abgelagert und dadurch dem Wasserkreislauf entzogen. Als Folge kam es zu einer Absenkung des Meeresspiegels.
Das Pleistozän, die unterste Stufe des Holozäns, wird als das eigentliche Eiszeitalter bezeichnet. Hier kommt es zu wechselnden Vergletscherungsphasen der nördlichen Teile der Kontinentalplatten Eurasiens und Nordamerikas.
Das Holozän ist der jüngste Zeitabschnitt der Erdgeschichte und dauert bis heute an. Es begann vor etwa 11.700 Jahren.Mit dem Ende der Weichsel-Eiszeit, ca. 16.000 v. Chr., begann eine phasenweise Wiedererwärmung des Erdklimas. Dieser Übergang zu einer Warmzeit dauerte allerdings ungewöhnlich lange Als die Temperaturen in der sog. Allerödzeit fastschon wieder Warmzeitniveau erreicht hatten, fielen die Temperaturen in der jüngeren Tundrenzeit, ca. 10.700 v. Chr., noch einmal auf das Kaltzeitniveau zurück. Die Tundrenzeit endete ca. 9640 v. Chr. mit einer extrem schnellen Erwärmung. Im ersten Abschnitt des Holozäns stiegen die Durchschnittstemperaturen innerhalb von 20 bis 40 Jahren um sechs Grad Celsius.
Diese Erwärmung führte u.a. zur Öffnung der sog. Billinger Pforte. Hierdurch konnte das Wasser der zum Eissee angestauten Ostsee ins offene Meer abfließen. In Folge sank der Meeresspiegel um 26 Meter und mit dem Meerwasser drang arktische Fauna in das Ostsee-Becken ein. Mit der Änderung des Klimas änderte sich zunächst die Flora und damit verbunden später dann auch die Fauna. In vielen Gegenden verschwanden die eiszeitlichen Großsäugetiere. Dieses Massensterben vollzog sich in dem relativ kleinen Zeitabschnitt von ca. 13.000 - 10.000 Jahren v. Chr. Ob der Mensch Anteil am Aussterben von Mammuts, Bisons, Wapitis und Elchen hatte ist nicht restlos geklärt. Allerdings zeigen neuere Untersuchungen, daß die Bestände schon vor der Kolonisierung durch den Menschen rückläufig waren, was den Schluß nahelegt, daß die radikalen Änderungen der Fauna im Holozän weniger durch menschliches Einwirken als viel mehr durch die massiven ökologischen Änderungen infolge des Klimawandels verursacht wurden.
Die Sommer wurden allmählich wärmer und feuchter und die bislang vorherrschende Steppenvegetation änderte sich in eine Tundrenlandschaft mit Hochstauden, Büschen und Wäldern. Auch auf die Menschen hatte dies Auswirkungen. Die"Jäger und Sammler" begannen Getreide anzubauen. Diese neolithische Revolution verbreitete sich dann auch nach und nach in Richtung Europa. Mit derErwärmung einher ging ein weiteres Abschmelzen der Eismassen bis es gegen Ende des Altholozäns, ca. 6000 v. Chr., ganz verschwand.
Mit dem Abtauen des nordamerikanischen Inlandeises kamm es zum Anfang des Mittelholozäns zu einem beschleunigten Anstieg des Meeresspiegels um etwa 120 Meter. Dadurch kam es zu einen zur Überflutung weiter Küstenräume und letzlich der Bildung der heutigen Küstenlinien, zum anderen wurden aber auch einie Nebenbecken vom Meerwasser überspült und so selbst zu Nebenmeeren, wie etwa die Hudson Bay oder der heutige Ärmelkanal. Um etwa 5000 v. Chr. wurden die Dänischen und Britischen Inseln vom europäischen Festland getrennt. Dieser Vorgang wurde durch eine lange Serie heftiger Sturmfluten begleitet, die auch die Ostsee zu einem Nebenmeer des Atlantiks machten.
Die Zeit vom 6. bis zum 2. Jahrtausend v. Chr. stellt das Temperaturoptimum des Holzäns dar. Es gibt nur unsichere Angaben zu den herrschenden Jahresdurchschnittstemperaturen, aber es gibt Anzeichen für lokal deutlich unterschiedliche Temperaturen. Global gemittelt vermutet man eine Temperatur von weniger als 0,4 Grad Celsius über den heute üblichen Werten. Die Wüstengebiete waren jedoch deutlich feuchter als heute. Es gibt Anzeichen für ganzjährige Flüsse in der Sahara.
Während des Klimapessimums von etwa 4.100 bis 2.500 v. Chr. fielen die Temperaturen deutlich. Ca. 3.200 bis 3.000 v. Chr. wurden die Wüstengebiete deutlich trockener und es begann bspw. eine Desertifikation der Sahara. Die Bewohner der Sahara mußten ihre Lebensräume verlassen und sammelte sich in der Glußtälern von Nil und Niger. Im asiatischen Bereich waren dies die Flußläufe von Huang-Ho, Indus oder im mesopotamischen Bereich die Flußtäler von Euphrat und Tigris.
Das Jungholozän, ca. 3.000 v. Chr., begann mit einer weiteren Dürreperiode, die mehrere Jahrhunderte andauerte. In Ägypten bspw. brach durch das Ausbleiben der Nilhochwasser das Alte Reich zusammen. Es kommt zur sog. ersten Zwischeneiszeit. Ab etwa 1.200 v. Chr. setzt eine ausgeprägte Kaltphase ein. Das sog. Klimapessimum der Bronzezeit war ein wenig kälter als heute und die kälteste Periode seit Ende der Weichsel-Eiszeit. Die Kältephase dauert bis etwa zur Mitte des 1. Jahrtausends v. Chr. und geht dann in das sog. Optimum der Römerzeit über. Die Jahresmitteltemperaturen lagen etwas höher als heute
Die Erwärmung im 8. und 9. Jahrhundert wird als mittelalterliches Klimaoptimum bezeichnet. Um das Jahr 1000 lagen die Temperaturen wahrscheinlich geringfügig über unseren heutigen Werten. Die Wikinger begannen mit der Besiedlung Islands und Grönlands und in Europa kam es gehäuft zu Sturmfluten an der Nordsee, die u.a.zur Bildung der nordfriesischen Inseln führten.
Ab Mitte des 14. Jahrhunderts setzt eine Klimawende ein, die ihre Höhepunkte zwischen 1550 und 1850 findet. Das neuzeitliche Klimapessimum wird als "kleine Eiszeit" bezeichnet.
Ca. um 1900 beginnt ein neues Klimaoptimum. Die Erwärmung ist nachMeinung vieler Forscher vom Menschen mit verursacht. Umstritten ist demzufolge auch, wann auf unsere heutige interglaziale Zeit die nächste Glazialzeit folgen wird und ob die globale Erwärmung eine neue Eiszeit verhindern wird.
