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Wolken (1/4)
Wolken
Wolken - sichtbares Zeichen der Atmosphäre
(Element 1 von 6: Bild)
Bild: Wolkenformation
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Die Wirkung von Wolken spielt eine große Rolle bei der Klimamodellierung.

Klima und Wolken

Wolken bestehen überwiegend aus Wassertröpfchen, die in der Atmosphäre schweben. Sie sind hauptsächlich in der Troposphäre anzutreffen, seltener in der Stratosphäre oder Mesosphäre. Wolken entstehen, wenn der in der Atmosphäre vorhandene Wasserdampf durch Änderung der Temperatur zu Wassertröpfchen kondensiert. Der Strahlungshaushalt der Erde wird maßgeblich durch Wolken beeinflusst. Damit haben Wolken einen großen Einfluss auf langfristige klimatische Mittelwerte. 

 
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Klimageschichte - Von der kochenden Ursuppe zum Klimawandel durch die Industrialisierung

 
Bild: Venus
Dicht verhüllte Venus - Sah so die frühe Erde aus?
Public Domain, Autor: NASA, Pioneer Venus)
 
Bild: Vulkanismus
Vulkanismus ist ein wichtiger Faktor, der das Klima beeinflussen kann.
(© Landesmedienzentrum BW)
 
Bild: Stromatolithen
Stromatolithen im Hamelin Pool (Shark Bay, West-Australien)
(© privat, Autor: W. Bittmann)

Stromatolithen gibt es nur an drei Orten auf der Erde. Diese wurden im Hamelin Pool, Shark Bay in West-Australien fotografiert. Die beiden weiteren Vorkommen liegen auf den Bahamas. Das Wasser des Hamelin Pools ist doppelt so salzig wie normales Meerwasser. In diesem Lebensraum können nur wenige Feinde und Konkurenten überleben, so dass die Stromatolithen ungestört wachsen können, so wie sie es seit Millionen von Jahren tun.  

 
Bild: Lösswand Heilbronn-Böckingen
Die Böckinger Lösswand - Zeugnis der Klimaveränderungen
(© LUBW, Autor: H. Hartig)

Die mächtige Lösswand in Heilbronn-Böckingen ist ein eindruckvolles Zeugnis für die globalen Klimaveränderungen während der letzten 400.000 Jahre.

Der bräunliche Bodenhorizont ist Lösslehm der letzten Warmzeit des Pleistozäns. Darunter lagert Löss aus der vorletzten, darüber liegt Löss der letzten Eiszeit - (periglaziale Sedimentation).

 

Erst seit relativ kurzer Zeit liefern Klimaforscher Erkenntnisse über die wechselvolle Klimageschichte der Erde. Klimadaten werden seit etwa 150 Jahren aufgezeichnet. Frühere Entwicklungen werden im Wesentlichen mit Hilfe von arktischen Eisbohrkernen, geologischen Ablagerungen, Fossilien und Jahresringen von Bäumen rekonstruiert. Je weiter die Wissenschaftler in die Vergangenheit zurückblicken, desto schwieriger werden genaue Aussagen über die damaligen Klimaverhältnisse.

Eine der wichtigsten Erkenntnisse der modernen Klimaforschung ist, dass sich das Klima kontinuierlich verändert. Die natürlichen Änderungen erstrecken sich jedoch über sehr lange Zeiträume und sind innerhalb eines Menschenlebens normalerweise nicht festzustellen.

Doch wie begann alles? Nach der Erdentstehung vor 4,6 Milliarden Jahren war es am Erdboden mit 180 °C extrem heiß und lebensfeindlich. Erst 600 Millionen Jahre später wurde die 100-Grad-Grenze unterschritten. Mit fortschreitender Abkühlung konnte sich flüssiges Wasser bilden. Die frühe Atmosphäre bestand im Wesentlichen aus Kohlenstoffdioxid (CO2), Wasser, Schwefelwasserstoff, Methan und Ammoniak. Im Laufe der Zeit nahm die Sauerstoffkonzentration durch Spaltung von Wassermolekülen unter Lichteinfluss (Photodissoziation) zu. Vor 2,6 Milliarden Jahren bildeten einzellige Lebenwesen (Zyanobakterien) durch Photosynthese weitere signifikante Sauerstoffmengen, die sich in der Uratmosphäre anreicherten. Noch heute sind die Zeugnisse ihrer Tätigkeit in Form von Stromatolithen sichtbar. Die Entwicklung Sauerstoff atmender Lebewesen (Aerobier) wurde vor etwa 600 Millionen Jahren möglich. Ein positiver Nebeneffekt der Sauerstoffanreicherung war die Bildung einer schützenden Ozonschicht (O3), die gefährliche ultraviolette Strahlung aus dem Sonnenlicht herausfiltert.

Eine besondere Rolle bei der klimatischen Entwicklung spielen CO2 und weitere Klimagase wie z. B. Methan. Sie lassen die Sonnenstrahlung ungehindert passieren, blockieren aber die von der Erde reflektierte Wärmestrahlung. Wissenschaftler sprechen von dem Treibhauseffekt. Durch Photosynthese-Prozesse nahmen die CO2 - Konzentration und damit auch die Temperaturen weiter ab. Im Zusammenspiel mit anderen Klimagasen entwickelten sich nach und nach lebensfreundlichere Bedingungen auf der Erde.

Die Klimageschichte ist durch einen periodischen Wechsel von Warmzeiten und Eiszeitaltern gekennzeichnet. Mit dem Begriff „Eiszeitalter" werden Epochen bezeichnet, in denen zumindest ein Pol der Erde mit Eis bedeckt ist. Normalzustand sind jedoch Warmzeiten mit eisfreien Polen. Vor etwa 2,3 Milliarden Jahren war es das erste Mal soweit. Beide Pole der Erde vereisten und das Archaische Eiszeitalter beherrschte für die nächsten 300 Millionen Jahre das Klimageschehen. Danach schloss sich wieder eine lange Warmzeit an. Erst vor eine Milliarde Jahren setzte das zweite Eiszeitalter ein. In der jüngeren Klimageschichte werden die Perioden kürzer. Innerhalb der letzten 950 Mio. Jahre traten insgesamt 6 bedeutende Eiszeitalter auf.

Der Begriff Eiszeitalter darf nicht mit den synonym verwendeten Begriffen Eiszeit und Kaltzeit verwechselt werden, die kältere Abschnitte innerhalb eines Eiszeitalters bezeichnen. Derzeit erleben wir eine wärmere Periode innerhalb des quartären Eiszeitalters (Holozän). Die Zykluslänge einer Kaltzeit beträgt 50.000 bis 100.000 Jahre. Die letzte Kaltzeit ging vor etwa 11.000 Jahren zu Ende.

Was treibt den natürlichen Klimawandel an?

Das Klimasystem der Erde ist sehr komplex. Zahlreiche Faktoren wirken zusammen und bestimmen über die Entstehung von Warm- und Eiszeiten. Ein bestimmender natürlicher Faktor ist die Strahlungsintensität der Sonne. Diese hängt unter anderem vom Abstand der Erde von der Sonne ab. Da die Erde auf einer stark elliptischen Bahn um die Sonne läuft, sind periodische Schwankungen zu beobachten. Auch die Neigung der Rotationsachse hat einen Einfluss auf die klimatische Entwicklung.

Hinzu kommen Prozesse, die auf der Erde ablaufen. So wird beispielsweise vermutet, dass die Kontinentaldrift eine wichtige Rolle spielt. Je mehr Landmassen sich an den Polen befinden, desto wahrscheinlicher ist eine Eisbildung. Das Eis reflektiert die Sonnenstrahlen, Folge ist eine Abkühlung.

Auch größere Vulkanausbrüche können das Klima beeinflussen und zu einer globalen Abkühlung führen. Die „kleine Eiszeit" im Mittelalter wurde vermutlich durch Vulkanismus ausgelöst.

Innerhalb des Holozäns gab es größere Klimaschwankungen. So war es vor rund 8.000 Jahren vermutlich noch bedeutend wärmer als heute. Zwischen 1400 und 1650 erlebten die Menschen in Europa hingegen eine „kleine Eiszeit". Die Durchschnittstemperaturen lagen um bis zu 1,7°C unter den heutigen Werten und führten zu Missernten und Hungersnöten.

In jüngster Zeit beobachten Klimaforscher zusätzlich zum natürlichen einen durch menschliche Aktivitäten ausgelösten Klimawandel (anthropogener Klimawandel), der insbesondere wegen seiner schnellen Entwicklung zu Problemen führen könnte.

Übersicht:

2 Klimageschichte - Von der kochenden Ursuppe zum Klimawandel durch die Industrialisierung