„Paradoxon der schwachen jungen Sonne“ – Versionsunterschied

Versionsgeschichte interaktiv durchsuchen

[gesichtete Version]

← Zum vorherigen Versionsunterschied Zum nächsten Versionsunterschied →

Inhalt gelöscht Inhalt hinzugefügt

Inline

Version vom 29. September 2009, 16:11 Uhr

Das Paradoxon der schwachen, jungen Sonne bezeichnet den Widerspruch zwischen der vor 3,8 Mrd. Jahren um etwa 30% geringere Strahlungsleistung der jungen Sonne und eindeutigen Hinweisen auf ein deutlich wärmeres Erdklima zu dieser Zeit.^[1]^[2] Als The Faint Young Sun Paradox wurde der Begriff 1972 von dem Astronomen und Buchautor Carl Sagan im englischen Sprachraum geprägt und hat sich seitdem etabliert. ^{[sm 1]}

Die Sonne hatte zu Beginn ihrer Aktivität eine etwa 30% geringere Strahlungsleistung als heute. Eine der heutigen nahezu vergleichbare Strahlungsleistung wurde vor etwa einer Milliarde Jahre erreicht. Im Gegensatz dazu sind bereits vor 3,8 Milliarden Jahren Spuren flüssigen Wassers nachzuweisen.^[3] Hinweise auf Leben auf der Erde gibt es mindestens 3,5 Milliarden Jahren und bilden sich unter anderem in Chemofossilien und Hinweisen auf versteinerte Stromatolithen ab.^[4]^[5]. Den geologischen Erkenntnissen zufolge war die gesamte frühe Klimageschichte der Erde eine Zeit mit einer fast kontinuierlich, vergleichsweisen warmen Oberflächentemperatur. Eine wichtige Ausnahme stellt eine weltweite Vereisung um etwa 2,4 Milliarden dar. Nach dieser kommt es wieder zu einer längeren Warmzeit, scherzhaft auch als boring billion (langweilige Milliarde) bezeichnet^{[jko 1]}, die bedeutende Rätsel aufgibt. Erst danach, seit etwa einer Milliarde Jahre wechseln sich bis zur Gegenwart globale Kalt- und Warmzeiten in regelmäßigen Abständen ab.

Das Paradoxon wirft grundlegende, fächerübergreifende Fragestellungen in Geologie, Astrophysik, Biologie, Klimatologie und Atmosphärenphysik auf. Es spielt für die Deutung der Entstehung von Leben und dessen Dauerhaftigkeit auf der Erde wie im Vergleich mit anderen Planeten eine zentrale Rolle.^{[jk 1]}

Datei:Sonnenleben.png

Sonnenentwicklung von Anfang bis in die ferne Zukunft, in Blau die Strahlungsleistung. Zu Beginn (links) war diese etwa 30% geringer als gegenwärtig (links von der Mitte). Die Klimageschichte im Diagramm darunter ist im selben Maßstab abgebildet. In ferner Zukunft wird die Strahlungsleistung der Sonne noch weiter ansteigen und die Sonne als Roter Riese über die Erdbahn hinaus anwachsen

Datei:Erdgeschichte.jpg

Rekonstruktion des mittleren Temperatur- und Niederschlagsverlaufs der Erde seit Anbeginn (links) vor 3,8 Milliarden Jahren bis zur Gegenwart. E = Eiszeitalter, E (unterstrichen) = Eiszeitalter mit Eisbildungen an den geographischen Polen, W = eisfreies Warmklima.

Erklärungsversuche

Überblick

Grundsätzlich werden für die Deutung des Paradoxons natürliche Faktoren herangezogen, die bis zur Gegenwart eine Rolle im Klimageschehen auf der Erde einnehmen. Dazu gehören zunächst die Parameter der Erdbahn und der Erdachse in Bezug auf die Sonne. Die seit etwa einer Milliarde Jahren auftretenden Eis- und Warmzeiten werden bevorzugt über die im Rahmen der Milanković-Zyklen regelmäßig veränderte Erdbahngeometrie gedeutet.

Klimawirksam ist ebenso die Verteilung und das Vorhandensein von Ozeanen und Kontinenten, Fließgewässern und Gletschern und ihre Wechselwirkung mit Luft- und Meeresströmungen. Eine wichtige Rolle spielt zudem der Vulkanismus und dabei in die Atmosphäre verbrachte Gase, Stäube und Aerosole sowie die Folgen von Leben im weitesten Sinne. Die Aktivität von Vegetation, die Erosion und Verwitterung hat über die Bildung und Beschaffenheit von Lockergestein und Böden Einfluss auf die Reflexionseigenschaften der Erdoberfläche sowie die Verdunstung und damit auf die Wolkenbildung und das Klima. ^[6]

Der sogenannte Treibhauseffekt und die Rolle unterschiedlicher klimawirksamer Treibhausgase wurden wegen ihrer zentralen Rolle im Klimageschehen für die Lösung des Paradoxons und der Entstehung einer warmen jungen Erde als wesentlich angesehen. Im Zusammenhang mit der allgemeinen Klimageschichte, der Entstehung und zu vergangenen und heutigen Regelmechanismen der Atmosphäre wie speziell zur Deutung des Paradoxons wurde dazu vielfältig geforscht.

Eine 2003 vorgebrachte alternative Deutung des Paradoxons und der globalen Warm- und Eiszeiten über einen Klimaeinfluss der Kosmischen Strahlung hat eine intensive, kontrovers geführte Debatte hervorgerufen und die Forschung zu der zugrundeliegenden Hypothese intensiviert. Neben dem Einfluss der Sonnenaktivität spielt sie eine wichtige Rolle in der Kontroverse um die globale Erwärmung.

2009 wurde eine Deutung des Paradoxons über das Spurengas Carbonylsulfid veröffentlicht, die weitere Erkenntnisse zur Entstehung und Zusammensetzung der frühen, reduzierenden Atmosphäre verspricht.

Eine Nebenrolle zur Lösung des Paradoxons nehmen Deutungen ein, die eine Entstehung des Lebens auf der Erde und anderen Himmelskörpern unter kalten Bedingungen für möglich erachten sowie eine größere Strahlungsleistung der Sonne als bei vergleichbaren Sternen annehmen.

Deutungen über Treibhauseffekte

Hintergrund

Hauptartikel Treibhauseffekt

In der Erdatmosphäre haben klimawirksame Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ozon seit Anbeginn zentralen Einfluss auf die Klimageschichte und das heutige Klima. Der natürliche Treibhauseffekt hebt die durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche um etwa 33 °C auf +15 °C an. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt hätte die heutige untere Atmosphäre im globalen Mittel nur −18 °C und wäre äußerst lebensfeindlich.

Die Treibhauswirkung rührt von einer unterschiedlichen Durchlässigkeit für den kurzwelligen (vor allem ankommenden) Anteil der Sonnenstrahlung gegenüber der langwelligen (vor allem reflektierten) Wärmestrahlung her. Der hauptsächliche Treibhauseffekt wird mit einem Anteil von etwa 36-70 % (ohne Berücksichtigung der Effekte der Wolken) durch Wasserdampf in der Atmosphäre verursacht. Kohlendioxid trägt 9-26 % zum Treibhauseffekt bei, Methan um 4-9 %, und Ozon 3-7 %. Kompliziert wird die Betrachtung durch verschiedene Regelmechanismen, so bei chemischen und physikalischen Reaktionen in der Atmosphäre, die Einfluss auf die Wolkenbildung haben. Beispielsweise kühlen niedrige Wolken die Erdoberfläche durch ihre Sonnenreflexion, hohe Wolken wärmen hingegen, die Wolkenbildung selbst wird darüber hinaus von Kondensationskeimen sowie feinen Partikeln und Spurengasen in der Atmosphäre beeinflusst. Die zugehörigen atmosphärenchemischen Reaktionen und Abläufe sind komplex. Das Klima wie Zusammensetzung und Reaktionen in den verschiedenen Atmosphären der geologischen Vergangenheit, insbesondere in der Frühzeit ist nur mit großem methodischen Aufwand nachzuvollziehen.

Ein wie nachgewiesen, über mehrere Milliarden Jahre weitgehend stabiles Klima setzt starke und weitgehend konstante externe Regelmechanismen voraus, die Veränderungen in der Wolkenbildung hervorrufen können.^{[jk 2]}. Wasser in seinen verschiedenen Aggregatzuständen alleine wirkt einer Abkühlung durch eine geringere Strahlungsleistung der Sonne nicht entgegen. ^{[jko 1]}. Die beobachteten Klimaveränderungen müssen deshalb durch die Einwirkung anderer Faktoren auf die Wolkenbildung erklärt werden.

Deutungen zum Paradoxon über spezielle Treibhausgase

Sagan und Mullen ^{[sm 1]} schlugen eine klimaktive Rolle von Ammoniak NH_{3 in der frühen Atmosphäre als Lösung des Paradoxons vor. Einige Planeten außerhalb unseres Sonnensystems weisen eine stark ammoniakhaltige Atmosphäre auf. Dagegen wurde argumentiertt, daß die Verweildauer von Ammoniak NH₃ in der Erdatmosphäre durch photochemische Vorgänge begrenzt ist. Sagan und Chyba verweisen auf eine organische Schutzschicht, ähnlich wie bei der Atmosphäre des Saturnmondes Titan^[7] die die Stabilität erhöht haben könnte.}^[8].

Bei den heute bekannten, je nach Klimasensitivität unterschiedlich klimaaktiven Gasen wurde bald nach dem Bekanntwerden des Paradoxon ein erheblich höherer (Faktor Zehntausend) Anteil von CO₂ in frühester Zeit diskutiert und war bis in die frühen 90er Jahre vorherrschend. ^{[jko 1]}. Aufgrund von Widersprüchen mit geochemischen Erkenntnissen ^[9] wurde danach zunehmend nach Alternativen gesucht. Andere Autoren schlugen für erhöhte Anteile und Mischungen weitere Klimagase vor, die unter anderem in den Ausgasungen von Vulkanen bis in die Gegenwart vorkommen. Aufgrund ihrer geringen Stabilität in der heutigen sauerstoffreichen Atmosphäre spielen sie heute nur eine geringe Rolle, sind jedoch als klimaaktiv bekannt. Dazu gehören Lachgas N₂O oder insbesondere Methan, Ethan und andere Kohlenwasserstoffe.^{[jh 1]}. Die Frage der photochemischen Stabilität stellt sich ebenfalls bei den sehr klimawirksamen Kohlenwasserstoffen und Sulfiden. Begrenzende Faktoren sind die Verweildauer und Stabilität der unterschiedlichen Gase in den verschiedenen Schichten der Atmosphäre wie die Interaktion untereinander.

Die teilweise dramatischen Änderungen in der Zusammensetzung der frühen Atmosphäre ^{[vk 1]}, insbesondere durch biotisch gebildeten Sauerstoff lassen angesichts des gleichmäßig moderaten warme Klimaverlauf über mehrere Milliarden Jahre und dem periodischen Auf und Ab danach weiter Fragen offen. ^{[jko 2]}. 2009 wurde eine Deutung des Paradoxons über einen klimaaktiven Beitrag und photochemisch stabilen Beitrag bestimmter Sulfide veröffentlicht. Diese setzt eine reduzierende frühe Atmosphäre voraus, die bis vor etwa 2,4 Milliarden Jahren bestand.

Deutung über extremes Kohlendioxidtreibhaus

Wenn das heute in Kalkstein gespeicherten CO₂ gänzlich in die Atmosphäre entlassen würde, wäre es in der Atmosphäre mit mehr als dem Zehntausendfachen des heutigen Wertes zu finden und würde mehrere Bar Partialdruck einnehmen.^{[jk 2]} Eine allmähliche Abnahme eines solchen extremen Treibhauses genau parallel der Zunahme der Sonnenleistung sollte das Paradoxon lösen – 1979 vermutete der Astrophysiker Michael H. Hart, dass die Erde genau diesen Weg genommen hätte.^[10] Harts Berechnungen zufolge sei diese allmähliche Abnahme zwischen der ersten Bildung der Atmosphäre vor 4,6 Milliarden Jahren bis zum Einpendeln der Strahlungsleistung der Sonne auf heutigem Niveau extrem unwahrscheinlich und instabil. Die Erde hätte sich demnach bei nur wenigen Prozent Ab- oder Zunahme in ein überhitztes Runaway Greenhouse^[11] wie bei der Venus oder in einen komplett überfrorenen Schneeball Erde beziehungsweise einem marsähnlichen, für Leben zu kalten wüsten Planeten mit nur geringer Atmosphäre verwandelt. Hart prägte dabei den Begriff der Continously Habitable Zone (CHZ) - die Entstehung des Lebens war demnach nur möglich, weil sich die Erde genau in dem Abstand zur Sonne befand, der dies erlaubte. Hart nimmt an, dass die CHZ auf etwa dem Erdabstand zur Sonne, also einer Astronomischen Einheit begrenzt ist. Die extreme Instabilität und Unwahrscheinlichkeit des Ablaufs wie des Standorts nutzte Hart zu der vielbeachteteten These (vgl. Fermi-Paradoxon), dass Leben außerhalb der Erde in der gesamten Milchstraße und womöglich im ganzen Universum extrem unwahrscheinlich sei.^{[jk 2]}.

Der These einer anfänglich extrem hohen, nur allmählichen Abnahme der Konzentration von CO₂ steht, worauf James F. Kasting und andere hinweisen, das in der frühen Klimageschichte einmalige „Archaische Eiszeitalter“^[12] vor 2.4 Milliarden Jahren entgegen.^{[jh 1]}. Den geologischen Ablagerungen und Klimazeigern zufolge blieb das verhältnismäßig warme Klima danach durchgehend bis etwa 1 Milliarde Jahre vor unserer Zeit erhalten. Erst danach wechselten sich globale Vereisungen und Warmzeiten periodisch ab.

Jacob D. Haqq-Misra und andere (inklusive Kasting) favorisierten statt einem reinen Kohlendioxidtreibhaus 2007 ein Gemisch aus Methan CH₄, Wasserdampf und Kohlendioxid.^{[jh 1]}. 2000 hatte Kasting zusammen mit Pavlov die Rolle von CH₄ betont ^[13] und hatten 2001 die Abschirmung von Ammoniak durch organische Spurengase in der Urathmosphäre bezweifelt^[14].

Untersuchungen von verschiedenen Isotopenverhältnissen zufolge waren hingegen die grundsätzlichen Elemente des Kohlenstoffzyklus bereits vor 4 Milliarden Jahren etabliert.^{[JV 1]}. Ein nur bis zu 100fach höherer Wert der CO₂-Konzentration (wie anderer Treibhausgase) im Vergleich zu heute ist nicht weiter strittig, kann das Paradoxon aber nicht auflösen.^{[ns 1]}. Mit einem deutlich erhöhten Anteil von Kohlendioxid in der Atmosphäre hätte sich mit terrestrischem Eisen das Eisenkarbonatmineral Siderit in erheblicher Menge bilden müssen. Dies ist bislang nicht entsprechend nachgewiesen worden. Jacob D. Haqq-Misra et al. sehen das Fehlen von Siderit allein nicht als Auschlußkriterium an.^{[jh 1]}.

Deutung des Paradoxons über Carbonylsulfid

Matthew S. Johnson et al. untersuchten im Jahr 2009 das Verhältnis von Schwefelisotopen in Gestein, das aus der Frühzeit der Erde stammt. Sie verglichen es mit verschiedenen Gasen, die in der Atmosphäre wie in Vulkanausgasungen vorkommen. Demnach hätte sich Carbonylsulfid OCS in einer frühen, reduzierenden Erdatmosphäre ansammeln können und so das Paradoxon ausgleichen können. Die Verteilungsraten für verschiedene Schwefelisotope in Gesteinen konnten dabei als sehr guter Nachweis für die unterschiedliche Zusammensetzung der frühen Atmosphäre verwendet werden. Die photolytische Zersetzung von Schwefeldioxid war zuvor als begrenzender Faktor angenommen worden. Johnson zufolge ist speziell OCS nicht nur ein sehr wirkungsvolles Treibhausgas, sondern darüber hinaus in der Lage, die entsprechende Zersetzung zu verhindern.

Mit OCS könnte demnach das Paradoxon bis zur starken Abkühlung im späten Archaikum vor 2,4 Milliarden Jahren gedeutet werden.^[15]. Dabei interpretieren die Autoren die huronische Vereisung mit der zunehmenden Oxidation der Schwefelverbindungen durch von frühen Lebensformen freigesetzten Sauerstoff. Die für OCS notwendige reduzierende Atmosphäre ist danach nicht mehr gegeben. Kasting und Ono hatten zudem bereits 2006 auf widersprüchliche geochemische Befunde zur Rolle von Schwefel wie einer möglicherweise bereits vor 2,4 Milliarden Jahren einsetzenden früheren Sauerstoffproduktion in einigen geologischen Studien verwiesen. </ref>^{[jko 1]}

Biotische Aktivität und Verwitterung als mögliche Regelmechanismen für das Treibhaus

Als Regelmechanismus für die klimaaktiven Treibhausgase wird in etlichen Studien die Silikatverwitterung und deren Wechselwirkung mit der Kohlendioxidkonzentration in Ozeanen und Atmosphäre in der frühen Erdgeschichte vorgeschlagen. ^[16]^[17] . Die anfänglich hohe Konzentration des Treibhausgases sei mit der Bildung von Kontinenten nach etwa einer Milliarde Jahren^[18] durch die Ablagerung großer Menge Karbonate abgebaut worden. Anschließend wird eine Wechselwirkung zwischen Erwärmung durch den Treibhauseffekt von Kohlendioxid in der Atmosphäre und Abkühlung durch Bildung von Karbonaten angenommen.

Der Gaia-Hypothese von James Lovelock zufolge ist das Leben auf der Erde selbst der wesentliche Regelmechanismus,^{[jk 2]} ohne den die Erde möglicherweise das Schicksal von Mars oder Venus erfahren hätte. Kasting stimmt einer wichtigen Rolle des Lebens beim Kohlenstoffzyklus wie dem Einfluss auf Verwitterung und Sauerstoffgehalt zu, dennoch blieben die wesentlichen Einflussfaktoren physikalischer wie abiotischer Natur.^{[jk 1]}

Astrophysikalische Deutungen

Möglicher Klimaeinfluss der galaktischen kosmischen Strahlung

Der israelische Astrophysiker Nir Shaviv deutet das Paradox durch die Einbeziehung von Sonnenwind und galaktischer kosmischer Strahlung auf das frühe Erdklima.^{[ns 1]}. Er bezieht sich dabei auf die umstrittene Hypothese von Henrik Svensmark zum Klimaeinfluss Kosmischer Strahlung. Demnach trage stärkere kosmische Strahlung durch vermehrte Wolkenbildung zu einer Abkühlung bei. Der stärkere Sonnenwind der jungen Sonne hätte die Erde zunächst vor der galaktischen kosmischen Strahlung abgeschirmt. Im Zusammenspiel mit einer moderaten Menge an Treibhausgasen wie Wasserdampf, Methan, CO₂ und anderen reiche dies aus, um eine kontinuierliche Warmzeit zu erklären.^{[ns 1]} Die kalte Phase um 2,4 Milliarden Jahren stimme mit einer damals erhöhten galaktischen kosmischen Strahlung durch erhöhte Sternbildungsraten in der Milchstraße überein. Ein Beitrag von Klimagasen, insbesondere Kohlendioxid wird nicht abgestritten, aber dessen Wirksamkeit, die Klimasensitivität im untersten Bereich der vom Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC angegebenen Bandbreite angesiedelt.^{[ns 1]}. Eine erhöhte Sternbildungsrate findet sich zudem zu Zeiten von Schneeball Erde vor knapp einer Milliarde Jahren.^{[JV 1]}.

Für den Zeitverlauf danach verweist Shaviv auf das seither eingetretenen Reifestadium der Sonne mit einer der heutigen entsprechenden Strahlungsintensität. In seiner Deutung des Paradoxons über den kosmischen Strahlungseinfluss sieht er die parallel alle 143 +/-10 Millionen Jahre stattfindenden Spiraldurchgänge des Sonnensystems durch die Milchstraße als Ursache für Wechsel von Kalt- und Warmzeiten. Dieser findet seitdem im globalen Maßstab im Abstand von etwa 135 +/-9 Millionen Jahre statt. Der Einfluss der Spiralarmdurchgänge wäre zuvor durch den erhöhten Sonnenwind abgeschirmt gewesen.^{[ns 1]}.

Hintergrund und Kontroverse

Shavivs hatte zunächst 2002 in der Physical Review anhand von Studien zu Eisenmeteoriten einen möglichen Zusammenhang zwischen Kosmischer Strahlung und Klima in geologischer Zeit beschrieben^[19] was Anfang 2003 in der Zeitschrift Discover als eine (Nr. 34) von 100 Top Science Stories 2002 charakterisiert wurde. ^[20]. Dies baute er 2003 zusammen mit Berechnungen zum möglichen Klimaeinfluss der kosmischen Strahlung weiter aus^[21] und veröffentlichte 2003 einen Deutungsvorschlag zum Paradoxon.^{[ns 1]}.

2003 kam es nach einer gemeinsamen Veröffentlichung mit dem Leibnizpreisträger Jan Veizer ^[22] zu einer heftigen wissenschaftlichen Kontroverse mit klassischen modellbasierten Klimatologen. Veizers Vorarbeiten, geochemische Untersuchungen zu einem möglicherweise geringerem Zusammenhang zwischen CO₂ Gehalt der Atmosphäre in geologischer Vorzeit warrn 2000 noch bei Nature angenommen worden^[23]. Die vorgeschlagene gemeinsame Veröffentlichung mit Shaviv wurde 2002/2003 von Nature abgelehnt und erschien 2003 bei GSA Today. Shaviv und Veizer wurde bei dieser Veröffentlichung unter anderem von Stefan Rahmstorf grundlegende methodische Schwächen und Fehlinterpretationen unterstellt.^[24] Die Kontroverse wie die grundsätzliche These wurde nach einem Austausch erboster Presserklärungen^[25] in überregionalen Tages- und Wochenzeitungen und Wissenschaftsjournalen in Deutschland (Die Zeit, Spektrum der Wissenschaft) wie international (unter anderem Prawda, Sciences et Avenir) thematisiert. Bei den IPCC-Berichten nimmt sie mittlerweile ein untergeordnetes Kapitel ein.^[26] Übereinstimmend wird das Fehlen eines anerkannten physikalischen Mechanismus für die Klimawirkung der kosmischen Strahlung als Hauptproblem angesehen. Demungeachtet haben die Veröffentlichungen weitere Forschung zu dem Thema mit ausgelöst und beflügelt^[27]. Die Wechselwirkung mit Sonnenwind, chemischen Reaktionen in der Atmosphäre und dem Erdmagnetfeld sind komplex. Genauso ist die Interaktion mit anderen Klimaeinflüssen jenseits der Treibhausgase wie insbesondere Meeresströmungen und vulkanischer Aktivität komplex, nicht abschließend geklärt und nach wie vor Gegenstand laufender Forschungsarbeiten.^[26] ^[28].

Ergebnisse und mögliche Synthese mit den Deutungen über klimaaktive Gase und Aerosole

Eine Erklärung des Paradoxons über den Zusammenhang von kosmischer Strahlung und Klima schließt einen moderaten Einfluss von klimaaktiven Gasen^{[ns 1]} und Aerosolen keineswegs aus. Neuere Arbeiten zu dem Zusammenhang, so im dänischen SKY Experiment untersuchen speziell das Zusammenspiel von schwefelhaltigen Aerosolen mit kosmischer Strahlung in höheren Schichten der Atmosphäre^[29], ähnlich beim CLOUD Projekt beim Forschungszentrum CERN. ^[30]. Eine abschließende Deutung des Paradoxons im möglichen Gesamtzusammenhang ist jedoch noch nicht erfolgt.

Tageslänge und Erdrotation

Weitere mögliche Einflussfaktoren sind die Verteilung der Landmassen und eine ehemals schnellere Erdrotation. Mit keinem oder nur geringen Landmassen wäre auf Basis eines einfachen Modells der Meeresströmungen eine Erwärmung von etwa 4 °C anzunehmen, mit einer Tageslänge von 14 Stunden pro Tag wären 1.5° C Temperaturerhöhung anzunehmen.^{[ns 1]} Für das Paradoxon selbst^{[ns 1]} wie den gesamten Zeitverlauf in den ersten drei Milliarden Jahren und zur Deutung des regelmäßigen Wechsels von Eis- und Warmzeiten in der Folge genügen diese Einflüsse nicht.^{[vk 2]}

Vermutung einer starken, jungen Sonne

Im Zusammenhang mit dem Paradoxon wurde eine höhere frühe Strahlungsleistung der Sonne – abweichend von astrophysikalischem Standardmodell – diskutiert ^{[gr 1]}. Eine moderat (10%) schwerere Sonne reicht im Vergleich zum Standardmodell aus, um das Paradoxon in der unmittelbaren Frühzeit auszugleichen. Für eine solche Hypothese sprechen laut Thomas Graedel bei der Sonne und anderen Sternen auffällige Abreicherung von Spurenelementen wie Beryllium^{[gr 1]}. Gegen die Annahme sprechen der lange und gleichmäßige Verlauf des frühen warmen Klimas über mehrere Milliarden Jahre. Ein höheres Anfangsgewicht hätte aufgrund der Standardannahmen zur Seismik der Sonne eine nur kurzzeitige, erheblich erhöhte Strahlungsleistung über nur wenige hundert Millionen Jahre zur Folge gehabt.^{[ns 1]}, indirekt abgeschätzte Masseverluste der frühen Sonne sind anderen zufolge dafür zu klein^[31] Das erhöhte Anfangsgewicht konnte bei Vergleichsmessungen einzelner Indikatoren an benachbarten, heute jungen Sonnen nicht bestätigt werden.^[32]^[33]

Wird dem Aktualismusprinzip der Naturgeschichte zufolge die Geschichte der Sonne mit dem Verlauf bei anderen, benachbarten Sternen in verschiedenen Altersstufen gleichgesetzt, ergibt sich ein gleichmäßiger Masseverlust, der das Paradoxon zu keiner Phase erklären kann.^{[ns 1]}

Eine über drei Milliarden Jahre gleichmäßig starke junge Sonne steht zudem mit der anderweitig gesicherten Klimageschichte, so den zeitweisen Vergletscherungen bei 2,4 (vgl Abbildung) und zu Zeiten von Schneeball Erde etwa eine Milliarde Jahre vor heute nicht in Übereinstimmung.^{[JV 1]}.

Biologische Deutung – Leben auf einer jungen, kalten Erde

In den letzten Jahrzehnten gelang es, Lebensformen auf der Erde unter sehr kalten Umweltbedingungen nachzuweisen, so bei dem unter dem Eis der Antarktis befindlichen Wostoksee. John Priscu zufolge sollte dies ebenso beim Mars anzuwenden sein.^[34]^[35]. Im Gegensatz zu der Annahme von Hart liegt demnach der Mars noch in der Continously Habitable Zone im Sonnensystem. Als mögliche Deutung des Paradoxons ^[36] spielt sie eher eine periphere Rolle.

Das frühe Erdklima war allem Anschein nach wärmer als heute und geologische Hinweise auf Fließgewässer sind im Gegensatz zu Vereisungen seit frühester Zeit weit verbreitet. Pointiert ausgedrückt, gibt es Hinweise auf wasserbasiertes Leben ähnlich dem heutigen auf der Erde, allerdings in primitiver Form, „seit es Steine gibt“.^{[JV 1]} Für das Fortdauern von Leben auf der Erde während zwischenzeitlicher globaler Vereisungen wie bei der Betrachtung möglichen Lebens auf anderen Planeten und Monden ist der Befund Priscus zentral.

Methodische Herausforderungen

Datei:Zircon crystal NASA Img.jpg

Polierte Oberfläche des ältesten bislang auf der Erde gefundenen Zirkons^[37]

Bereits die Rekonstruktion der jüngeren Klimageschichte, für die es eine Vielzahl indirekter Klimazeiger (vgl. Proxy (Klimaforschung)) gibt, wurde bereits von Kontroversen begleitet. Für die Deutung des Paradoxon sind jedoch paläoklimatische Bestimmungsmnethoden notwendig. Diese werden um so schwieriger und weniger, je weiter in die geologische Vergangeheit zurückgegangen wird und je weniger fossile Lebenspuren erhalten sind. Die einleitend erwähnten Hinweise auf Fließgewässer an der Oberfläche der Erde vor mehr als 4,4 Milliarden Jahren wurden unter anderem anhand von Untersuchungen an kleinen Zirkonkristallen aus Westaustralien erbracht. Mit der Uran-Blei-Datierung wurden sie als bisher älteste Minerale auf der Erde identifiziert ^[37] Daneben wurden Hinweise auf eine bereits damals vorhandene kontinentale Kruste unter Anwesenheit von Wasser gefunden. ^[37]^[38]. Zwar hatten die Zirkone seitdem mehrfach den Kreislauf der Gesteine durchlaufen. Sie sind gegenüber geologischen Einflüssen wie Verwitterung und selbst hochgradiger Gesteinsmetamorphose äußerst resistent und erlauben neben einer radiometrischen Altersbestimmung auch isotopengeochemisch Hinweise auf ihre Entstehungsbedingungen zu finden. Entsprechende Studien erfordern eine aufwendige Probennahme und Aufbereitung sowie eine hochauflösende komplexe Analytik, so der der Elektronenstrahlmikroanalyse und Massenspektrometrie. Ähnlich aufwendig gestalten sich Datenreihen zum Temperaturverlauf in der frühen geologischen Vergangenheit. ^[39].

Seitenaspekte

Panoramaaufnahme der 4000 km langen Valles Marineris

Das Paradoxon betrifft ebenfalls unseren Nachbarplaneten Mars, als auf dessen Oberfläche flüssiges Wasser nicht hätte vorkommen sollen. ^{[sm 1]}. Hingegen war nach den Ergebnissen der bisherigen Sondierungen die Marsatmosphäre in der Vergangenheit (vor Milliarden Jahren) wesentlich dichter und auf der Oberfläche des Roten Planeten reichlich flüssiges Wasser vorhanden. Regelmäßige, teilweise möglicherweise auf wsserbasierter Erosion zurückgehende Großstrukturen wie bei den sogenannten Marskanälen, in umfangreichen Grabenbruchsystemen wie die Valles Marineris bis hin zur kleinräumigen Kryoturbationen gaben und geben daher nach wie vor Anlass zu unterschiedlichsten Spekulationen.

Das Paradoxon wird unter anderem im Umfeld von Junge-Erde-Kreationisten und Anhängern des sogenannten Intelligent Design als (Schein)Argument gegen die vielfältigen wissenschaftlichen Datierungen des Alter der Erde auf etwa 4,6 Milliarden Jahre herangezogen.^[40].

Einzelnachweise

Graedel T.E. et al (1991): Early solar mass loss – A potential solution to the weak sun paradox, Geophys. Res. Lett., 18, 1881–1884.

↑ ^a ^b Graedel et al 1991

Haqq-Misra, Jacob D.; Domagal-Goldman, Shawn D.; Kasting, Patrick J.; und Kasting, James F. (2008): A Revised, Hazy Methane Greenhouse for the Archean Earth, Astrobiology Volume 8, Number 6, 2008,doi:10.1089/ast.2007.0197

↑ ^a ^b ^c ^d Haqq-Misra et al.

Kasting, James F. et al.(1988): How Climate Evolved on the Terrestrial Planets, in: Scientific American 256: 90-97 1988

↑ ^a ^b Kasting 1988

↑ ^a ^b ^c ^d Kasting 1988 Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag. Der Name „zit“ wurde mehrere Male mit einem unterschiedlichen Inhalt definiert.

James F. Kasting und Shuhei Ono (2006): Palaeoclimates: the first two billion years, Phil. Trans. R. Soc. B 29 June 2006 vol. 361 no. 1470 917-929 doi:10.1098/rstb.2006.1839

↑ ^a ^b ^c ^d Kasting und Ono 2006
↑ Kasting und Ono 2006

Killops, Vanessa Jane (Hrsg.) (2005): Introduction to organic geochemistry, Ausgabe 2, illustriert, Verlag Wiley-Blackwell, 2005 ISBN 0632065044

↑ Überblicksabbildung Seite 16
↑ Vergleiche die Überblicksdarstellung S. 262

Sagan, C., Mullen, G. (1972): Earth and Mars: Evolution of Atmospheres and Surface Temperatures. Science, 177: 52–56. doi:10.1126/science.177.4043.52</ref>

↑ ^a ^b ^c Sagan und Mullen 1972

Shaviv, Nir J. (2003): Toward a solution to the early faint Sun paradox: A lower cosmic ray flux from a stronger solar wind, J. Geophys. Res., 108(A12), 1437. doi:10.1029/2003JA009997

↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k Shaviv 2003

Veizer, Ján (2005):Celestial Climate Driver: A Perspective from Four Billion Years of the Carbon Cycle, Geoscience Canada, Band 32, Nr. 1, 2005

↑ ^a ^b ^c ^d Veizer 2005 Referenzfehler: Ungültiges <ref>-Tag. Der Name „JVC“ wurde mehrere Male mit einem unterschiedlichen Inhalt definiert.

Andere:

↑ Gough, D. O. (1981): Solar Interior Structure and Luminosity Variations., Solar Phys., 74: 21–34. doi:10.1007/BF00151270
↑ Caldeira, K. & Kasting, J. F. (1992): Susceptibility of the early Earth to irreversible glaciation caused by carbon dioxide clouds. Nature. 359: 226-228. doi:10.1038/359226a0
↑ Windley, B. (1984): The Evolving Continents. Wiley Press, New York
↑ Schopf, J. (1983): Earth’s Earliest Biosphere: Its Origin and Evolution. Princeton University Press, Princeton, N.J.
↑ S. J. Mojzsis, G. Arrhenius, K. D. McKeegan, T. M. Harrison, A. P. Nutman & C. R. L. Friend, Evidence for life on Earth before 3,800 million years ago, Nature 384, 55 - 59 (1996) doi:10.1038/384055a0
↑ Frequently Asked Question 6.1, What Caused the Ice Ages and Other Important Climate Changes Before the Industrial Era? in Jansen, E., J. Overpeck, K.R. Briffa, J.-C. Duplessy, F. Joos, V. Masson-Delmotte, D. Olago, B. Otto-Bliesner, W.R. Peltier, S. Rahmstorf, R. Ramesh, D. Raynaud, D. Rind, O. Solomina, R. Villalba and D. Zhang, 2007: Palaeoclimate. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
↑ Vivien Gornitz (Hrsg.), Encyclopedia of Paleoclimatology and Ancient Environments, Springer 2009, ISBN 1402045514, en detail S. 334-335
↑ Carl Sagan, Christopher Chyba, The Early Faint Sun Paradox: Organic Shielding of Ultraviolet-Labile Greenhouse Gases, Science 23.5. 1997, Bd. 276. Nr. 5316, S. 1217 - 1221 doi:10.1126/science.276.5316.1217
↑ Rye, R., P.H. Kuo, and H.D. Holland, Atmospheric carbondioxide concentrations before 2.2-billion years ago, Nature 378, 603-605, 1995
↑ Michael H. Hart, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 16, 128-135 (1975), Reprint als Michael H. Hart, "Atmospheric evolution, the Drake equation, and DNA: Sparse life in an infinite universe", in Michael H. Hart and Ben Zuckerman (eds.), Extraterrestrials, Where are They? (Elmsford: Pergamon Press, 1982), 154-165.
↑ Kasting, J. F. (1988): Runaway and Moist Greenhouse Atmospheres and the Evolution of Earth and Venus, in Icarus Bd.74 S. 472–494, doi:10.1016/0019-1035(88)90116-9
↑ in der amerikanischen Literatur „huronische Vereisung“
↑ Pavlov, A.A., Kasting, J.F., Brown, L.L., Rages, K.A., and Freedman,R., (2000) Greenhouse warming by CH4 in the atmosphere of early Earth, J. Geophys. Res. 105:11981–11990
↑ Pavlov, A.A., Brown, L.L., and Kasting, J.F. (2001) UV shielding of NH3 and O2 by organic hazes in the Archean atmosphere, J. Geophys. Res. 106:23267–23287
↑ Ueno, Y., Johnson, M. S., Danielache, S. O., Eskebjerg, C., Pandey, A. & Yoshida, N. (2009): abstract Geological sulfur isotopes indicate elevated OCS in the Archean atmosphere, solving faint young sun paradox., Proceedings of the National Academy of Sciences
↑ Walker, J. C. G. (1985): http://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/43349/1/11084_2005_Article_BF01809466.pdf Carbon Dioxide on the Early Earth], Origins of Life, 16: 117–127.
↑ Walker, J. C. G., Hays, P. B. & Kasting, J. F. (1981): A negative feedback mechanism for the long-term stabilization of the earth's surface temperature, J. Geophys. Res., 86: 9776-9782
↑ Veizer, J. (1976) in Windley, B. F. (ed.): The Early History of the Earth. John Wiley and Sons, p. 569, London
↑ Shaviv, Nir J. (2002), Cosmic Ray Diffusion from the Galactic Spiral Arms, Iron Meteorites, and a Possible Climatic Connection, Physical Review Letters, Bd. 89, Issue 5, Id 051102, doi:10.1103/PhysRevLett.89.051102
↑ Discover (Zeitschrift), Aussriss der Sonderausgabe des Magazins 1/2003 zum Wissenschaftsjahr 2002
↑ Nir J. Shaviv (2003): The spiral structure of the Milky Way, cosmic Rays, and ice age epochs on Earth New Astronomy 8, 39–77
↑ Nir J. Shaviv und Ján Veizer (2003): Celestial driver of Phanerozoic climate? In: Geological Society of America. Band 13, Nr. 7, Juli 2003, S. 4–10
↑ Ján Veizer, Yves Godderis und Louis M. François (2000): 'Evidence for decoupling of atmospheric CO₂ and global climate during the Phanerozoic eon, Nature, Band 408, 7.12.2000, S. 698–701, doi:10.1038/35047044
↑ Stefan Rahmstorf et al., Cosmic Rays, Carbon Dioxide, and Climate (2004): Meinungsbeitrag in Eos, Vol. 85, No. 4, 27 January 2004, Antwort von Veizer und Shaviv in Detailed Response to ``Cosmic Rays, Carbon Dioxide and Climate" by Rahmstorf et al., Nir J. Shaviv & Jan Veizer 4. April 2004
↑ Informationsdienst Wissenschaft, Schlagabtausch über die Ursachen des Treibhauseffekts – zurück zur sachlichen Diskussion, Dr. Josef König, Pressestelle Ruhr-Universität Bochum, 31. Oktober 2003, [http://idw-online.de/pages/de/news71434 Ruhruniversität Bochum Online einschlielich der Presseveröffentlichungen des Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung und der Antwort der Pressestelle der Ruhr-Universität Bochum
↑ ^a ^b IPCC Working Group I: The Scientific Basis 6.11.2.2 Cosmic rays and clouds
↑ Scherer K., Fichtner H., Borrmann T., Beer J., Desorgher L., Flükiger E., Fahr H., Ferreira S.E., Langner U.W.,Potgieter M.S. (2006): Interstellar-Terrestrial Relations: Variable Cosmic Environments, The Dynamic Heliosphere, and Their Imprints on Terrestrial Archives and Climate. Space Science Reviews 127(1-4): 327. 2006
↑ Erlykin, A.D.; Sloan, T.; Wolfendale, A.W. (2009): Solar activity and the mean global temperature. In: Environmental Research Letters, Vol. 4, 014006, doi:10.1088/1748-9326/4/1/014006 (PDF)
↑ Henrik Svensmark, Jens Olaf P. Pedersen, Nigel D. Marsh, Martin B. Enghoff and Ulrik I. Uggerhøj1 (2007): Experimental evidence for the role of ions in particle nucleation under atmospheric conditions, in Proceedings of the Royal Society, A 2007 463, 385-396, doi:10.1098/rspa.2006.1773
↑ Presserklärung von CERN PR14.06, 19.10.2006, New Experiment to Investigate the Effect of Galactic Cosmic Rays on Clouds and Climate
↑ Minton, D.A., Malhotra, R., 2007: “Assessing the massive young Sun hypothesis to solve the warm young Earth puzzle”, Astrophys. J., 660, 1700–1706.
↑ Gaidos, E. J., Güdel, M. & Blake, G. A. (2000): The Faint Young Sun Paradox: An observational test of an alternative solar model., Geophys. Res. Lett., 27(4): 501–503
↑ Wood, B. E., Müller, H.-R., Zank, G. P. & Linsky, J. L. (2002): Measured mass-loss rates of solar-like stars as a function of age and activity., The Astrophysical Journal, 574: 412–425
↑ Priscu, J.C. and C.M. Foreman (2007): Lakes of Antarctica. Encyclopedia of Inland Waters. Elsevier Press
↑ Jepsen, S.M, J.C. Priscu, R.E. Grimm, M.A. Bullock (2007): The Potential for Lithoautotrophic Life on Mars: Application to Shallow Interfacial-Water Environments, in Astrobiology, 7:342-354
↑ [http://solar.physics.montana.edu/SVECSE2008/pdf/martens_svecse.pdf so in einer Überblickspräsentation der Uni Montana 2008
↑ ^a ^b ^c Wilde, Simon A. et al. (2001): [http://www.nature.com/nature/journal/v409/n6817/full/409175A0.html Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago, Nature Geoscience, 11.1.2001
↑ Mojzsis, S.J., Harrison, T.M., Pidgeon, R.T., (2001) Oxygen-isotope evidence from ancient zircons for liquid water at the Earth’s surface 4300 Myr ago Nature Bd. 409, S. 178–181,
↑ Ján Veizer und Jochen Hoefs: The nature of O18/O16 and C13/C12 secular trends in sedimentary carbonate rocks. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. 40, Nr. 11, November 1976, S. 1387–1395 (doi:10.1016/0016-7037(76)90129-0).
↑ Detaillierte Betrachtung auf Usenet unter Talk.origins Gegenargumente zu solarem Kreationismus Gegenargumente zu Faint young sun Kreationismus

Weblinks

Dieser Artikel nimmt am Schreibwettbewerb teil. Bitte hilf mit, ihn zu verbessern!

[gr-41] Graedel et al 1991

[ha-14] Haqq-Misra et al.

[kg-7] Kasting und Ono 2006

[ko-16] Kasting und Ono 2006

[15] Überblicksabbildung Seite 16

[40] Vergleiche die Überblicksdarstellung S. 262

[SgM-3] Sagan und Mullen 1972

[shav-23] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g ^h ⁱ ^j ^k Shaviv 2003

[1] Gough, D. O. (1981): Solar Interior Structure and Luminosity Variations., Solar Phys., 74: 21–34. doi:10.1007/BF00151270

[2] Caldeira, K. & Kasting, J. F. (1992): Susceptibility of the early Earth to irreversible glaciation caused by carbon dioxide clouds. Nature. 359: 226-228. doi:10.1038/359226a0

[4] Windley, B. (1984): The Evolving Continents. Wiley Press, New York

[5] Schopf, J. (1983): Earth’s Earliest Biosphere: Its Origin and Evolution. Princeton University Press, Princeton, N.J.

[6] S. J. Mojzsis, G. Arrhenius, K. D. McKeegan, T. M. Harrison, A. P. Nutman & C. R. L. Friend, Evidence for life on Earth before 3,800 million years ago, Nature 384, 55 - 59 (1996) doi:10.1038/384055a0

[9] Frequently Asked Question 6.1, What Caused the Ice Ages and Other Important Climate Changes Before the Industrial Era? in Jansen, E., J. Overpeck, K.R. Briffa, J.-C. Duplessy, F. Joos, V. Masson-Delmotte, D. Olago, B. Otto-Bliesner, W.R. Peltier, S. Rahmstorf, R. Ramesh, D. Raynaud, D. Rind, O. Solomina, R. Villalba and D. Zhang, 2007: Palaeoclimate. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

[11] Vivien Gornitz (Hrsg.), Encyclopedia of Paleoclimatology and Ancient Environments, Springer 2009, ISBN 1402045514, en detail S. 334-335

[Saganchyba-12] Carl Sagan, Christopher Chyba, The Early Faint Sun Paradox: Organic Shielding of Ultraviolet-Labile Greenhouse Gases, Science 23.5. 1997, Bd. 276. Nr. 5316, S. 1217 - 1221 doi:10.1126/science.276.5316.1217

[13] Rye, R., P.H. Kuo, and H.D. Holland, Atmospheric carbondioxide concentrations before 2.2-billion years ago, Nature 378, 603-605, 1995

[17] Michael H. Hart, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 16, 128-135 (1975), Reprint als Michael H. Hart, "Atmospheric evolution, the Drake equation, and DNA: Sparse life in an infinite universe", in Michael H. Hart and Ben Zuckerman (eds.), Extraterrestrials, Where are They? (Elmsford: Pergamon Press, 1982), 154-165.

[18] Kasting, J. F. (1988): Runaway and Moist Greenhouse Atmospheres and the Evolution of Earth and Venus, in Icarus Bd.74 S. 472–494, doi:10.1016/0019-1035(88)90116-9

[19] r amerikanischen Literatur „huronische Vereisung“

[20] Pavlov, A.A., Kasting, J.F., Brown, L.L., Rages, K.A., and Freedman,R., (2000) Greenhouse warming by CH4 in the atmosphere of early Earth, J. Geophys. Res. 105:11981–11990

[21] Pavlov, A.A., Brown, L.L., and Kasting, J.F. (2001) UV shielding of NH3 and O2 by organic hazes in the Archean atmosphere, J. Geophys. Res. 106:23267–23287

[24] Ueno, Y., Johnson, M. S., Danielache, S. O., Eskebjerg, C., Pandey, A. & Yoshida, N. (2009): abstract Geological sulfur isotopes indicate elevated OCS in the Archean atmosphere, solving faint young sun paradox., Proceedings of the National Academy of Sciences

[25] Walker, J. C. G. (1985): http://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/43349/1/11084_2005_Article_BF01809466.pdf Carbon Dioxide on the Early Earth], Origins of Life, 16: 117–127.

[26] Walker, J. C. G., Hays, P. B. & Kasting, J. F. (1981): A negative feedback mechanism for the long-term stabilization of the earth's surface temperature, J. Geophys. Res., 86: 9776-9782

[27] Veizer, J. (1976) in Windley, B. F. (ed.): The Early History of the Earth. John Wiley and Sons, p. 569, London

[28] Shaviv, Nir J. (2002), Cosmic Ray Diffusion from the Galactic Spiral Arms, Iron Meteorites, and a Possible Climatic Connection, Physical Review Letters, Bd. 89, Issue 5, Id 051102, doi:10.1103/PhysRevLett.89.051102

[29] Discover (Zeitschrift), Aussriss der Sonderausgabe des Magazins 1/2003 zum Wissenschaftsjahr 2002

[30] Nir J. Shaviv (2003): The spiral structure of the Milky Way, cosmic Rays, and ice age epochs on Earth New Astronomy 8, 39–77

[31] Nir J. Shaviv und Ján Veizer (2003): Celestial driver of Phanerozoic climate? In: Geological Society of America. Band 13, Nr. 7, Juli 2003, S. 4–10

[32] Ján Veizer, Yves Godderis und Louis M. François (2000): 'Evidence for decoupling of atmospheric CO₂ and global climate during the Phanerozoic eon, Nature, Band 408, 7.12.2000, S. 698–701, doi:10.1038/35047044

[33] Stefan Rahmstorf et al., Cosmic Rays, Carbon Dioxide, and Climate (2004): Meinungsbeitrag in Eos, Vol. 85, No. 4, 27 January 2004, Antwort von Veizer und Shaviv in Detailed Response to ``Cosmic Rays, Carbon Dioxide and Climate" by Rahmstorf et al., Nir J. Shaviv & Jan Veizer 4. April 2004

[34] Informationsdienst Wissenschaft, Schlagabtausch über die Ursachen des Treibhauseffekts – zurück zur sachlichen Diskussion, Dr. Josef König, Pressestelle Ruhr-Universität Bochum, 31. Oktober 2003, [http://idw-online.de/pages/de/news71434 Ruhruniversität Bochum Online einschlielich der Presseveröffentlichungen des Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung und der Antwort der Pressestelle der Ruhr-Universität Bochum

[IPcc-35] IPCC Working Group I: The Scientific Basis 6.11.2.2 Cosmic rays and clouds

[36] Scherer K., Fichtner H., Borrmann T., Beer J., Desorgher L., Flükiger E., Fahr H., Ferreira S.E., Langner U.W.,Potgieter M.S. (2006): Interstellar-Terrestrial Relations: Variable Cosmic Environments, The Dynamic Heliosphere, and Their Imprints on Terrestrial Archives and Climate. Space Science Reviews 127(1-4): 327. 2006

[Erlykin_et_al._2009-37] Erlykin, A.D.; Sloan, T.; Wolfendale, A.W. (2009): Solar activity and the mean global temperature. In: Environmental Research Letters, Vol. 4, 014006, doi:10.1088/1748-9326/4/1/014006 (PDF)

[38] Henrik Svensmark, Jens Olaf P. Pedersen, Nigel D. Marsh, Martin B. Enghoff and Ulrik I. Uggerhøj1 (2007): Experimental evidence for the role of ions in particle nucleation under atmospheric conditions, in Proceedings of the Royal Society, A 2007 463, 385-396, doi:10.1098/rspa.2006.1773

[39] Presserklärung von CERN PR14.06, 19.10.2006, New Experiment to Investigate the Effect of Galactic Cosmic Rays on Clouds and Climate

[42] Minton, D.A., Malhotra, R., 2007: “Assessing the massive young Sun hypothesis to solve the warm young Earth puzzle”, Astrophys. J., 660, 1700–1706.

[43] Gaidos, E. J., Güdel, M. & Blake, G. A. (2000): The Faint Young Sun Paradox: An observational test of an alternative solar model., Geophys. Res. Lett., 27(4): 501–503

[44] Wood, B. E., Müller, H.-R., Zank, G. P. & Linsky, J. L. (2002): Measured mass-loss rates of solar-like stars as a function of age and activity., The Astrophysical Journal, 574: 412–425

[45] Priscu, J.C. and C.M. Foreman (2007): Lakes of Antarctica. Encyclopedia of Inland Waters. Elsevier Press

[46] Jepsen, S.M, J.C. Priscu, R.E. Grimm, M.A. Bullock (2007): The Potential for Lithoautotrophic Life on Mars: Application to Shallow Interfacial-Water Environments, in Astrobiology, 7:342-354

[47] [http://solar.physics.montana.edu/SVECSE2008/pdf/martens_svecse.pdf so in einer Überblickspräsentation der Uni Montana 2008

[Wilde-48] Wilde, Simon A. et al. (2001): [http://www.nature.com/nature/journal/v409/n6817/full/409175A0.html Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago, Nature Geoscience, 11.1.2001

[49] Mojzsis, S.J., Harrison, T.M., Pidgeon, R.T., (2001) Oxygen-isotope evidence from ancient zircons for liquid water at the Earth’s surface 4300 Myr ago Nature Bd. 409, S. 178–181,

[50] Ján Veizer und Jochen Hoefs: The nature of O18/O16 and C13/C12 secular trends in sedimentary carbonate rocks. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. 40, Nr. 11, November 1976, S. 1387–1395 (doi:10.1016/0016-7037(76)90129-0).

[51] Detaillierte Betrachtung auf Usenet unter Talk.origins Gegenargumente zu solarem Kreationismus Gegenargumente zu Faint young sun Kreationismus

[1]

[2]

[sm 1]

[3]

[4]

[5]

[jko 1]

[jk 1]

[6]

[jk 2]

[7]

[8]

[9]

[jh 1]

[vk 1]

[jko 2]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[JV 1]

[ns 1]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[vk 2]

[gr 1]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

@@ Zeile 1: / Zeile 1: @@
 Das '''Paradoxon der schwachen, jungen Sonne''' bezeichnet den Widerspruch zwischen der vor 3,8 Mrd. Jahren um etwa &nbsp;30% geringere [[Solarkonstante|Strahlungsleistung]] der jungen [[Sonne]] und eindeutigen Hinweisen auf ein deutlich wärmeres Erdklima zu dieser Zeit.<ref>Gough, D. O. (1981): [http://articles.adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-iarticle_query?1981SoPh...74...21G&amp;data_type=PDF_HIGH&amp;whole_paper=YES&amp;type=PRINTER&amp;filetype=.pdf ''Solar Interior Structure and Luminosity Variations.]'', Solar Phys., 74: 21–34. {{DOI|10.1007/BF00151270}}</ref><ref>Caldeira, K. & Kasting, J. F. (1992): [http://www.nature.com/nature/journal/v359/n6392/abs/359226a0.html ''Susceptibility of the early Earth to irreversible glaciation caused by carbon dioxide clouds.''] Nature. 359: 226-228. {{DOI|10.1038/359226a0}}</ref>
-Als ''The Faint Young Sun Paradox'' wurde der Begriff von dem Astronomen und Buchautor [[Carl Sagan]] geprägt und hat sich seitdem etabliert.<ref>Sagan, C., Mullen, G. (1972): [http://courses.washington.edu/bangblue/Sagan-Faint_Young_Sun_Paradox-Sci72.pdf ''Earth and Mars: Evolution of Atmospheres and Surface Temperatures'']. Science, 177: 52–56. {{DOI|10.1126/science.177.4043.52}}</ref>
+Als ''The Faint Young Sun Paradox'' wurde der Begriff 1972 von dem Astronomen und Buchautor [[Carl Sagan]] im englischen Sprachraum geprägt und hat sich seitdem etabliert. <ref group="sm" name="SgM">Sagan und Mullen 1972</ref>
-Die Sonne hatte zu Beginn ihrer Aktivität eine etwa 30% geringere Strahlungsleistung als heute, eine der heutigen nahezu vergleichbare Strahlungsleistung wurde vor etwa einer Milliarde Jahre erreicht. Demgegenüber gibt der geologische Befund eine kontinuierliche, vergleichsweise warme Oberfläche über die gesamte frühe [[Klimageschichte]] der Erde mit Ausnahme eines Tiefs um etwa 2,4 Milliarden Jahren wieder. Bereits vor 3,8 Milliarden Jahren sind Spuren flüssigen Wassers nachzuweisen.<ref>Windley, B. (1984): ''The Evolving Continents.'' Wiley Press, New York</ref> Hinweise auf Leben auf der Erde gibt es mindestens 3,5 Milliarden Jahren und bilden sich in [[Chemofossil]]ien und Hinweisen auf versteinerte [[Stromatolith]]en ab.<ref>Schopf, J. (1983): ''Earth’s Earliest Biosphere: Its Origin and Evolution.'' Princeton University Press, Princeton, N.J.</ref><ref>S. J. Mojzsis, G. Arrhenius, K. D. McKeegan, T. M. Harrison, A. P. Nutman & C. R. L. Friend, ''Evidence for life on Earth before 3,800 million years ago'', Nature 384, 55 - 59 (1996) {{doi|10.1038/384055a0}}</ref>. Seit einer Milliarde Jahre wechseln sich globale Kalt- und Warmzeiten in recht regelmäßigen Abständen ab.
+Die Sonne hatte zu Beginn ihrer Aktivität eine etwa 30% geringere Strahlungsleistung als heute. Eine der heutigen nahezu vergleichbare Strahlungsleistung wurde vor etwa einer Milliarde Jahre erreicht. Im Gegensatz dazu sind bereits vor 3,8 Milliarden Jahren Spuren flüssigen Wassers nachzuweisen.<ref>Windley, B. (1984): ''The Evolving Continents.'' Wiley Press, New York</ref> Hinweise auf Leben auf der Erde gibt es mindestens 3,5 Milliarden Jahren und bilden sich unter anderem in [[Chemofossil]]ien und Hinweisen auf versteinerte [[Stromatolith]]en ab.<ref>Schopf, J. (1983): ''Earth’s Earliest Biosphere: Its Origin and Evolution.'' Princeton University Press, Princeton, N.J.</ref><ref>S. J. Mojzsis, G. Arrhenius, K. D. McKeegan, T. M. Harrison, A. P. Nutman & C. R. L. Friend, ''Evidence for life on Earth before 3,800 million years ago'', Nature 384, 55 - 59 (1996) {{doi|10.1038/384055a0}}</ref>. Den geologischen Erkenntnissen zufolge war die gesamte frühe [[Klimageschichte]] der Erde eine Zeit mit einer fast kontinuierlich, vergleichsweisen warmen Oberflächentemperatur.  Eine wichtige Ausnahme stellt eine weltweite Vereisung um etwa 2,4 Milliarden dar. Nach dieser kommt es wieder zu einer längeren Warmzeit, scherzhaft auch als ''boring billion'' (langweilige Milliarde) bezeichnet<ref group="jko" name="kg">Kasting und Ono 2006</ref>, die bedeutende Rätsel aufgibt. Erst danach, seit etwa einer Milliarde Jahre wechseln sich bis zur Gegenwart globale Kalt- und Warmzeiten in regelmäßigen Abständen ab.
-Das Paradoxon wirft grundlegende, fächerübergreifende Fragestellungen in [[Geologie]], [[Astrophysik]], [[Biologie]], [[Klimatologie]] und [[Meteorologie|Atmosphärenphysik]] auf. Es spielt für die Deutung der Entstehung von Leben und dessen Dauerhaftigkeit auf der Erde wie im Vergleich mit anderen Planeten eine zentrale Rolle.<ref group="jk" name="kasting">Kasting et al.</ref>
+Das Paradoxon wirft grundlegende, fächerübergreifende Fragestellungen in [[Geologie]], [[Astrophysik]], [[Biologie]], [[Klimatologie]] und [[Meteorologie|Atmosphärenphysik]] auf. Es spielt für die Deutung der Entstehung von Leben und dessen Dauerhaftigkeit auf der Erde wie im Vergleich mit anderen Planeten eine zentrale Rolle.<ref group="jk" name="kasting">Kasting 1988</ref>
-[[Datei:Sonnenleben.png|thumb|left|650px|Sonnenentwicklung von Anfang bis in die ferne Zukunft, in Blau die Strahlungsleistung. Zu Beginn war diese etwa 30% geringer als gegenwärtig (links von der Mitte). Die Klimageschichte im Diagramm darunter ist im selben Maßstab abgebildet. In ferner Zukunft wird die Strahlungsleistung der Sonne noch weiter ansteigen und die Sonne als [[Roter Riese]] über die Erdbahn hinaus anwachsen]]
+[[Datei:Sonnenleben.png|thumb|left|650px|Sonnenentwicklung von Anfang bis in die ferne Zukunft, in Blau die Strahlungsleistung. Zu Beginn (links) war diese etwa 30% geringer als gegenwärtig (links von der Mitte). Die Klimageschichte im Diagramm darunter ist im selben Maßstab abgebildet. In ferner Zukunft wird die Strahlungsleistung der Sonne noch weiter ansteigen und die Sonne als [[Roter Riese]] über die Erdbahn hinaus anwachsen]]
-[[Datei:Erdgeschichte.jpg|thumb|left|250px|Rekonstruktion des mittleren Temperatur- und Niederschlagsverlaufs der Erde seit 3,8 Milliarden Jahren. E = Eiszeitalter, E (unterstrichen) = Eiszeitalter mit Eisbildungen an den geographischen Polen, W = eisfreies Warmklima.]]
+[[Datei:Erdgeschichte.jpg|thumb|left|250px|Rekonstruktion des mittleren Temperatur- und Niederschlagsverlaufs der Erde seit Anbeginn (links) vor 3,8 Milliarden Jahren bis zur Gegenwart. E = Eiszeitalter, E (unterstrichen) = Eiszeitalter mit Eisbildungen an den geographischen Polen, W = eisfreies Warmklima.]]
 == Erklärungsversuche ==
+== Überblick ==
-== Grundsätzliche Deutungsmuster ==
 [[Datei:Pinatubo_ash_plume_910612.jpg|thumb|200px|Klimaeinfluss durch Vulkanausbrüche]]
-Grundsätzlich wurden für die Deutung des Paradoxons natürliche Faktoren herangezogen, die bis zur Gegenwart eine Rolle im Klimageschehen auf der Erde einnehmen. Dazu gehören zunächst die Parameter der Erdbahn und der Erdachse in Bezug auf die Sonne. Die seit etwa einer Milliarde Jahren auftretenden Eis- und Warmzeiten werden bevorzugt über die im Rahmen der [[Milanković-Zyklen]] regelmäßig veränderte Erdbahngeometrie gedeutet.
+Grundsätzlich werden für die Deutung des Paradoxons natürliche Faktoren herangezogen, die bis zur Gegenwart eine Rolle im Klimageschehen auf der Erde einnehmen. Dazu gehören zunächst die Parameter der Erdbahn und der Erdachse in Bezug auf die Sonne. Die seit etwa einer Milliarde Jahren auftretenden Eis- und Warmzeiten werden bevorzugt über die im Rahmen der [[Milanković-Zyklen]] regelmäßig veränderte Erdbahngeometrie gedeutet.
-Klimawirksam ist ebenso die Verteilung und das Vorhandensein von [[Kontinent]]en, Fließgewässern und [[Gletscher]]n und ihre Wechselwirkung mit Meeresströmungen.
+Klimawirksam ist ebenso die Verteilung und das Vorhandensein von [[Ozean]]en und [[Kontinent]]en, Fließgewässern und [[Gletscher]]n und ihre Wechselwirkung mit Luft- und Meeresströmungen.
-Eine wichtige Rolle spielt zudem der [[Vulkanismus]] und dabei in die Atmosphäre verbrachte Gase, [[Feinstaub|Stäube]], [[Aerosol]]e und Sulfide sowie die Folgen von Leben im weitesten Sinne. Die Aktivität von [[Vegetation]], die Erosion und Verwitterung hat über die Bildung und Beschaffenheit von [[Locker-, Halbfest- und Festgestein|Lockergestein]] und [[Boden (Bodenkunde)|Böden]] Einfluss auf die [[Albedo| Reflexionseigenschaften]] der Erdoberfläche sowie die [[Verdunstung]] und damit auf die Wolkenbildung und das Klima. <ref>[http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-chapter6.pdf Frequently Asked Question 6.1, ''What Caused the Ice Ages and Other Important Climate Changes Before the Industrial Era?''] in Jansen, E., J. Overpeck, K.R. Briffa, J.-C. Duplessy, F. Joos, V. Masson-Delmotte, D. Olago, B. Otto-Bliesner, W.R. Peltier, S. Rahmstorf, R. Ramesh, D. Raynaud, D. Rind, O. Solomina, R. Villalba and D. Zhang, 2007: Palaeoclimate. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.</ref>
+Eine wichtige Rolle spielt zudem der [[Vulkanismus]] und dabei in die Atmosphäre verbrachte Gase, [[Feinstaub|Stäube]] und [[Aerosol]]e sowie die Folgen von Leben im weitesten Sinne.
+Die Aktivität von [[Vegetation]], die Erosion und Verwitterung hat über die Bildung und Beschaffenheit von [[Locker-, Halbfest- und Festgestein|Lockergestein]] und [[Boden (Bodenkunde)|Böden]] Einfluss auf die [[Albedo| Reflexionseigenschaften]] der Erdoberfläche sowie die [[Verdunstung]] und damit auf die Wolkenbildung und das Klima. <ref>[http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-chapter6.pdf Frequently Asked Question 6.1, ''What Caused the Ice Ages and Other Important Climate Changes Before the Industrial Era?''] in Jansen, E., J. Overpeck, K.R. Briffa, J.-C. Duplessy, F. Joos, V. Masson-Delmotte, D. Olago, B. Otto-Bliesner, W.R. Peltier, S. Rahmstorf, R. Ramesh, D. Raynaud, D. Rind, O. Solomina, R. Villalba and D. Zhang, 2007: Palaeoclimate. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.</ref>
 Der sogenannte [[Treibhauseffekt]] und die Rolle unterschiedlicher klimawirksamer [[Treibhausgas]]e wurden wegen ihrer zentralen Rolle im Klimageschehen für die Lösung des Paradoxons und der Entstehung einer ''warmen jungen Erde'' als wesentlich angesehen. Im Zusammenhang mit der allgemeinen [[Klimageschichte]], der Entstehung und zu vergangenen und heutigen Regelmechanismen der Atmosphäre wie speziell zur Deutung des Paradoxons wurde dazu vielfältig geforscht.
-Eine 2003 vorgebrachte alternative Deutung des Paradoxons und der globalen Warm- und Eiszeiten über einen Klimaeinfluss der [[Kosmische Strahlung#Einfluss galaktischer kosmischer Strahlung auf das Klima?|Kosmischen Strahlung]] hat eine intensive, kontrovers geführte Debatte hervorgerufen und die Forschung zu der zugrundeliegenden Hypothese intensiviert.
+Eine 2003 vorgebrachte alternative Deutung des Paradoxons und der globalen Warm- und Eiszeiten über einen Klimaeinfluss der [[Kosmische Strahlung#Einfluss galaktischer kosmischer Strahlung auf das Klima?|Kosmischen Strahlung]] hat eine intensive, kontrovers geführte Debatte hervorgerufen und die Forschung zu der zugrundeliegenden Hypothese intensiviert. Neben dem Einfluss der Sonnenaktivität spielt sie eine wichtige Rolle in der [[Kontroverse um die globale Erwärmung#Solarer Einfluss und kosmische Höhenstrahlung|Kontroverse um die globale Erwärmung]].
 wurde eine Deutung des Paradoxons über das Spurengas [[Carbonylsulfid]] veröffentlicht, die weitere Erkenntnisse zur Entstehung und Zusammensetzung der frühen, [[Reduktion (Chemie)|reduzierenden]] Atmosphäre verspricht.
@@ Zeile 25: / Zeile 26: @@
 === Deutungen über Treibhauseffekte ===
+==== Hintergrund====
 ''Hauptartikel [[Treibhauseffekt]]''
 [[Datei:Sun climate system alternative (German) 2008.svg|thumb|300px|Überblicksdarstellung des Treibhauseffekts. Kurzwellige Strahlung der Sonne trifft auf die Atmosphäre und Erdoberfläche. Langwellige Strahlung wird von der Erdoberfläche abgestrahlt und in der Atmosphäre fast vollständig absorbiert. Die Zahlen geben die aktuelle Leistung in Watt/Quadratmeter an]]
 In der [[Erdatmosphäre]] haben klimawirksame [[Treibhausgas]]e wie [[Wasserdampf]], [[Kohlenstoffdioxid]], [[Methan]] und [[Ozon]] seit Anbeginn zentralen Einfluss auf die [[Klimageschichte]] und das heutige [[Klima]]. Der natürliche Treibhauseffekt hebt die durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche um etwa 33&nbsp;°C auf +15&nbsp;[[Grad Celsius|°C]] an. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt hätte die heutige untere [[Atmosphäre]] im [[global]]en Mittel nur −18&nbsp;°C und wäre äußerst lebensfeindlich.
-Die Treibhauswirkung rührt von einer unterschiedlichen Durchlässigkeit für den kurzwelligen (vor allem ankommenden) Anteil der Sonnenstrahlung gegenüber der langwelligen (vor allem reflektierten) [[Wärmestrahlung]] her. Der hauptsächliche Treibhauseffekt wird mit einem Anteil von etwa 36-70&nbsp;% (ohne Berücksichtigung der Effekte der Wolken) durch [[Wasserdampf]] in der Atmosphäre verursacht. [[Kohlenstoffdioxid|Kohlendioxid]] trägt 9-26&nbsp;% zum Treibhauseffekt bei, [[Methan]] um 4-9&nbsp;%, und [[Ozon]] 3-7&nbsp;%. Kompliziert wird die Betrachtung durch verschiedene Regelmechanismen, so bei chemischen und physikalischen Reaktionen in der Atmosphäre, die Einfluss auf die Wolkenbildung haben. Beispielsweise kühlen niedrige Wolken die Erdoberfläche durch ihre Sonnenreflexion, hohe Wolken wärmen hingegen, die Wolkenbildung selbst wird darüber hinaus von [[Kondensationskern|Kondensationskeim]]en und feinen Partikeln und Spurengasen in der Atmosphäre beeinflusst.
+Die Treibhauswirkung rührt von einer unterschiedlichen Durchlässigkeit für den kurzwelligen (vor allem ankommenden) Anteil der Sonnenstrahlung gegenüber der langwelligen (vor allem reflektierten) [[Wärmestrahlung]] her. Der hauptsächliche Treibhauseffekt wird mit einem Anteil von etwa 36-70&nbsp;% (ohne Berücksichtigung der Effekte der Wolken) durch [[Wasserdampf]] in der Atmosphäre verursacht. [[Kohlenstoffdioxid|Kohlendioxid]] trägt 9-26&nbsp;% zum Treibhauseffekt bei, [[Methan]] um 4-9&nbsp;%, und [[Ozon]] 3-7&nbsp;%. Kompliziert wird die Betrachtung durch verschiedene Regelmechanismen, so bei chemischen und physikalischen Reaktionen in der Atmosphäre, die Einfluss auf die Wolkenbildung haben. Beispielsweise kühlen niedrige Wolken die Erdoberfläche durch ihre Sonnenreflexion, hohe Wolken wärmen hingegen, die Wolkenbildung selbst wird darüber hinaus von [[Kondensationskern|Kondensationskeim]]en sowie feinen Partikeln und Spurengasen in der Atmosphäre beeinflusst. Die zugehörigen [[Atmosphärenchemie|atmosphärenchemischen]] Reaktionen und Abläufe sind komplex. Das Klima wie Zusammensetzung und Reaktionen in den verschiedenen Atmosphären der geologischen Vergangenheit, insbesondere in der Frühzeit ist nur mit großem methodischen Aufwand nachzuvollziehen.
+Ein wie nachgewiesen, über mehrere Milliarden Jahre weitgehend stabiles Klima setzt starke und weitgehend konstante externe Regelmechanismen voraus, die Veränderungen in der Wolkenbildung hervorrufen können.<ref group="jk" name="zit">Kasting 1988</ref>. Wasser in seinen verschiedenen Aggregatzuständen alleine wirkt einer Abkühlung durch eine geringere Strahlungsleistung der Sonne nicht entgegen. <ref group="jko" name="kg">Kasting und Ono 2006</ref>. Die beobachteten Klimaveränderungen müssen deshalb durch die Einwirkung anderer Faktoren auf die [[Wolke|Wolkenbildung]] erklärt werden.
 ==== Deutungen zum Paradoxon über spezielle Treibhausgase ====
-Bei den heute bekannten, je nach [[Klimasensitivität]] unterschiedlich klimaaktiven Gasen wurde bereits mit dem Bekanntwerden des Paradoxon ein erheblich höherer (Faktor Zehntausend) Anteil von CO<sub>2</sub> in frühester Zeit diskutiert. Andere Autoren schlugen für erhöhte Anteile und Mischungen weitere Klimagase vor, die unter anderem in den Ausgasungen von Vulkanen bis in die Gegenwart vorkommen. Aufgrund ihrer geringen Stabilität in der heutigen sauerstoffreichen Atmosphäre spielen sie heute nur eine geringe Rolle, sind jedoch als klimaaktiv bekannt. Dazu gehören unter anderem [[Ammoniak]] NH<sub>3</sub><ref name="Saganchyba">Carl Sagan, Christopher Chyba, ''The Early Faint Sun Paradox: Organic Shielding of Ultraviolet-Labile Greenhouse Gases'', Science 23.5. 1997, Bd. 276. Nr. 5316, S. 1217 - 1221 {{DOI| 10.1126/science.276.5316.1217}}</ref> [[Distickstoffmonoxid#Eigenschaften|Lachgas]] N<sub>2</sub>O oder [[Methan#Biologie, Geologie und Klimatologie|Methan]], [[Ethan]] und andere Kohlenwasserstoffe.<ref group="jh" name="ha">Haqq-Misra et al.</ref>. Begrenzende Faktoren sind die Verweildauer und Stabilität der unterschiedlichen Gase in den verschiedenen Schichten der Atmosphäre wie die Interaktion untereinander.
-Während etliche [[Extrasolarer Planet|Planeten außerhalb unseres Sonnensystems]] eine stark ammoniakhaltige Atmosphäre aufweisen, ist die Verweildauer von Ammoniak NH<sub>3</sub> in der Erdatmosphäre durch photochemische Vorgänge begrenzt. Sagan und Chyba als Anhänger einer wichtigen Rolle von Ammoniak in der Uratmosphäre verweisen auf eine organische Schutzschicht, ähnlich wie bei der Atmosphäre des Saturnmondes [[Titan (Mond)|Titan]], die die Stabilität erhöht haben könnte.<ref>Vivien Gornitz (Hrsg.), ''Encyclopedia of Paleoclimatology and Ancient Environments'', Springer 2009, ISBN 1402045514, en detail S. 334-335</ref>. Die Frage der [[Photochemie|photochemischen]] Stabilität stellt sich ebenfalls bei den sehr klimawirksamen Kohlenwasserstoffen und Sulfiden.
+Sagan und Mullen <ref group="sm" name="SgM">Sagan und Mullen 1972</ref> schlugen eine klimaktive Rolle von [[Ammoniak]] NH<sub>3 in der frühen Atmosphäre als Lösung des Paradoxons vor. Einige  [[Extrasolarer Planet|Planeten außerhalb unseres Sonnensystems]] weisen eine stark ammoniakhaltige Atmosphäre auf. Dagegen wurde argumentiertt, daß die Verweildauer von Ammoniak NH<sub>3</sub> in der Erdatmosphäre durch photochemische Vorgänge begrenzt ist. Sagan und Chyba verweisen auf eine organische Schutzschicht, ähnlich wie bei der Atmosphäre des Saturnmondes [[Titan (Mond)|Titan]]<ref>Vivien Gornitz (Hrsg.), ''Encyclopedia of Paleoclimatology and Ancient Environments'', Springer 2009, ISBN 1402045514, en detail S. 334-335</ref> die die Stabilität erhöht haben könnte.
+</sub><ref name="Saganchyba">Carl Sagan, Christopher Chyba, ''The Early Faint Sun Paradox: Organic Shielding of Ultraviolet-Labile Greenhouse Gases'', Science 23.5. 1997, Bd. 276. Nr. 5316, S. 1217 - 1221 {{DOI| 10.1126/science.276.5316.1217}}</ref>.
+Bei den heute bekannten, je nach [[Klimasensitivität]] unterschiedlich klimaaktiven Gasen wurde bald nach dem Bekanntwerden des Paradoxon ein erheblich höherer (Faktor Zehntausend) Anteil von CO<sub>2</sub> in frühester Zeit diskutiert und war bis in die frühen 90er Jahre vorherrschend.
-Neben den Spurengasen wurde ein aktiver Einfluss des Wasserdampfs und stärkerer [[Wolke|Wolkenbildung]] auf das frühe Klima diskutiert. Ein über mehrere Milliarden Jahre weitgehend stabiles Klima setzt starke und weitgehend konstante Regelmechanismen voraus. Veränderungen in der Wolkenbildung beim Wasserdampf, etwa entsprechend der (umstrittenen) Iris-Effekt Hypothese [[Richard Lindzen]]s allein reichen dazu nicht. <ref group="jk" name="zit">zitiert bei Kasting</ref>.
+<ref group="jko" name="kg">Kasting und Ono 2006</ref>. Aufgrund von Widersprüchen mit geochemischen Erkenntnissen <ref>Rye, R., P.H. Kuo, and H.D. Holland, Atmospheric carbondioxide
+concentrations before 2.2-billion years ago, Nature 378, 603-605, 1995</ref> wurde danach zunehmend nach Alternativen gesucht. Andere Autoren schlugen für erhöhte Anteile und Mischungen weitere Klimagase vor, die unter anderem in den Ausgasungen von Vulkanen bis in die Gegenwart vorkommen. Aufgrund ihrer geringen Stabilität in der heutigen sauerstoffreichen Atmosphäre spielen sie heute nur eine geringe Rolle, sind jedoch als klimaaktiv bekannt. Dazu gehören [[Distickstoffmonoxid#Eigenschaften|Lachgas]] N<sub>2</sub>O oder insbesondere [[Methan#Biologie, Geologie und Klimatologie|Methan]], [[Ethan]] und andere Kohlenwasserstoffe.<ref group="jh" name="ha">Haqq-Misra et al.</ref>. Die Frage der [[Photochemie|photochemischen]] Stabilität stellt sich ebenfalls bei den sehr klimawirksamen Kohlenwasserstoffen und Sulfiden. Begrenzende Faktoren sind die Verweildauer und Stabilität der unterschiedlichen Gase in den verschiedenen Schichten der Atmosphäre wie die Interaktion untereinander.
-Die teilweise dramatischen Änderungen in der Zusammensetzung der frühen Atmosphäre <ref group="vk">Überblicksabbildung Seite 16</ref>, insbesondere durch biotisch gebildeten Sauerstoff lassen angesichts des gleichmäßig moderaten warme Klimaverlauf über mehrere Milliarden Jahre und dem periodischen Auf und Ab danach weiter Fragen offen. 2009 wurde eine Deutung des Paradoxons über einen klimaaktiven Beitrag und photochemisch stabilen Beitrag bestimmter Sulfide veröffentlicht. Diese setzt eine [[Reduktion (Chemie)|reduzierende]] frühe Atmosphäre voraus, die bis vor etwa 2,4 Milliarden Jahren bestand.
+Die teilweise dramatischen Änderungen in der Zusammensetzung der frühen Atmosphäre <ref group="vk">Überblicksabbildung Seite 16</ref>, insbesondere durch biotisch gebildeten Sauerstoff lassen angesichts des gleichmäßig moderaten warme Klimaverlauf über mehrere Milliarden Jahre und dem periodischen Auf und Ab danach weiter Fragen offen. <ref group="jko" name="ko">Kasting und Ono 2006</ref>. 2009 wurde eine Deutung des Paradoxons über einen klimaaktiven Beitrag und photochemisch stabilen Beitrag bestimmter Sulfide veröffentlicht. Diese setzt eine [[Reduktion (Chemie)|reduzierende]] frühe Atmosphäre voraus, die bis vor etwa 2,4 Milliarden Jahren bestand.
 ==== Deutung über extremes Kohlendioxidtreibhaus ====
@@ Zeile 44: / Zeile 50: @@
 [[Datei:Mars atmosphere.jpg|miniatur|Dünne Atmosphäre des [[Mars (Planet)|Mars]]]]
-Wenn das heute in [[Kalkstein]] gespeicherten CO<sub>2</sub> gänzlich in die Atmosphäre entlassen würde, wäre es in der Atmosphäre mit mehr als dem Zehntausendfachen des heutigen Wertes zu finden und würde mehrere Bar [[Partialdruck]] einnehmen.<ref group="jk" name="kasting"/> Eine allmähliche Abnahme eines solchen extremen Treibhauses genau parallel der Zunahme der Sonnenleistung sollte das Paradoxon lösen – 1979 vermutete der Astrophysiker [[Michael H. Hart]], dass die Erde genau diesen Weg genommen hätte.<ref>Michael H. Hart, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 16, 128-135 (1975), Reprint als Michael H. Hart, "Atmospheric evolution, the Drake equation, and DNA: Sparse life in an infinite universe", in Michael H. Hart and Ben Zuckerman (eds.), ''Extraterrestrials, Where are They?'' (Elmsford: Pergamon Press, 1982), 154-165.</ref> Harts Berechnungen zufolge sei diese allmähliche Abnahme zwischen der ersten Bildung der Atmosphäre vor 4,6 Milliarden Jahren bis zum Einpendeln der Strahlungsleistung der Sonne auf heutigem Niveau extrem unwahrscheinlich und instabil. Die Erde hätte sich demnach bei nur wenigen Prozent Ab- oder Zunahme in ein überhitztes ''Runaway Greenhouse''<ref>Kasting, J. F. (1988): [http://adsabs.harvard.edu/abs/1988Icar...74..472K ''Runaway and Moist Greenhouse Atmospheres and the Evolution of Earth and Venus''], in Icarus Bd.74 S. 472–494, {{doi|10.1016/0019-1035(88)90116-9}}</ref> wie bei der [[Venus (Planet)|Venus]] oder in einen komplett überfrorenen [[Schneeball Erde]] beziehungsweise einem marsähnlichen, für Leben zu kalten wüsten Planeten mit nur geringer Atmosphäre verwandelt. Hart prägte dabei den Begriff der [[Habitable Zone|Continously Habitable Zone]] (CHZ) - die Entstehung des Lebens war demnach nur möglich, weil sich die Erde genau in dem Abstand zur Sonne befand, der dies erlaubte. Hart nimmt an, dass die CHZ auf etwa dem Erdabstand zur Sonne, also einer [[Astronomische Einheit|Astronomischen Einheit]] begrenzt ist. Die extreme Instabilität und Unwahrscheinlichkeit des Ablaufs wie des Standorts nutzte Hart zu der vielbeachteteten These (vgl. [[Fermi-Paradoxon]]), dass [[Außerirdisches Leben|Leben außerhalb der Erde]] in der gesamten Milchstraße und womöglich im ganzen Universum extrem unwahrscheinlich sei.<ref group="jk" name="zit">zitiert bei Kasting</ref>.
+Wenn das heute in [[Kalkstein]] gespeicherten CO<sub>2</sub> gänzlich in die Atmosphäre entlassen würde, wäre es in der Atmosphäre mit mehr als dem Zehntausendfachen des heutigen Wertes zu finden und würde mehrere Bar [[Partialdruck]] einnehmen.<ref group="jk" name="zit"/> Eine allmähliche Abnahme eines solchen extremen Treibhauses genau parallel der Zunahme der Sonnenleistung sollte das Paradoxon lösen – 1979 vermutete der Astrophysiker [[Michael H. Hart]], dass die Erde genau diesen Weg genommen hätte.<ref>Michael H. Hart, "An explanation for the absence of extraterrestrials on Earth", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 16, 128-135 (1975), Reprint als Michael H. Hart, "Atmospheric evolution, the Drake equation, and DNA: Sparse life in an infinite universe", in Michael H. Hart and Ben Zuckerman (eds.), ''Extraterrestrials, Where are They?'' (Elmsford: Pergamon Press, 1982), 154-165.</ref> Harts Berechnungen zufolge sei diese allmähliche Abnahme zwischen der ersten Bildung der Atmosphäre vor 4,6 Milliarden Jahren bis zum Einpendeln der Strahlungsleistung der Sonne auf heutigem Niveau extrem unwahrscheinlich und instabil. Die Erde hätte sich demnach bei nur wenigen Prozent Ab- oder Zunahme in ein überhitztes ''Runaway Greenhouse''<ref>Kasting, J. F. (1988): [http://adsabs.harvard.edu/abs/1988Icar...74..472K ''Runaway and Moist Greenhouse Atmospheres and the Evolution of Earth and Venus''], in Icarus Bd.74 S. 472–494, {{doi|10.1016/0019-1035(88)90116-9}}</ref> wie bei der [[Venus (Planet)|Venus]] oder in einen komplett überfrorenen [[Schneeball Erde]] beziehungsweise einem marsähnlichen, für Leben zu kalten wüsten Planeten mit nur geringer Atmosphäre verwandelt. Hart prägte dabei den Begriff der [[Habitable Zone|Continously Habitable Zone]] (CHZ) - die Entstehung des Lebens war demnach nur möglich, weil sich die Erde genau in dem Abstand zur Sonne befand, der dies erlaubte. Hart nimmt an, dass die CHZ auf etwa dem Erdabstand zur Sonne, also einer [[Astronomische Einheit|Astronomischen Einheit]] begrenzt ist. Die extreme Instabilität und Unwahrscheinlichkeit des Ablaufs wie des Standorts nutzte Hart zu der vielbeachteteten These (vgl. [[Fermi-Paradoxon]]), dass [[Außerirdisches Leben|Leben außerhalb der Erde]] in der gesamten Milchstraße und womöglich im ganzen Universum extrem unwahrscheinlich sei.<ref group="jk" name="zit">zitiert bei Kasting</ref>.
 Der These einer anfänglich extrem hohen, nur allmählichen Abnahme der Konzentration von CO<sub>2</sub> steht, worauf [[James F. Kasting]] und andere hinweisen, das in der frühen [[Klimageschichte]] einmalige „Archaische Eiszeitalter“<ref>in der amerikanischen Literatur [[Klimageschichte#Eiszeitalter|„huronische Vereisung“]]</ref> vor 2.4 Milliarden Jahren entgegen.<ref group="jh" name="ha"/>. Den geologischen Ablagerungen und Klimazeigern zufolge blieb das verhältnismäßig warme Klima danach durchgehend bis etwa 1 Milliarde Jahre vor unserer Zeit erhalten. Erst danach wechselten sich globale Vereisungen und Warmzeiten periodisch ab.
@@ Zeile 56: / Zeile 62: @@
 [[Matthew S. Johnson]] et al. untersuchten im Jahr 2009 das Verhältnis von Schwefelisotopen in Gestein, das aus der Frühzeit der Erde stammt. Sie verglichen es mit verschiedenen Gasen, die in der Atmosphäre wie in Vulkanausgasungen vorkommen. Demnach hätte sich [[Carbonylsulfid]] OCS in einer frühen, reduzierenden Erdatmosphäre ansammeln können und so das Paradoxon ausgleichen können. Die Verteilungsraten für verschiedene Schwefelisotope in Gesteinen konnten dabei als sehr guter Nachweis für die unterschiedliche Zusammensetzung der frühen Atmosphäre verwendet werden. Die photolytische Zersetzung von Schwefeldioxid war zuvor als begrenzender Faktor angenommen worden. Johnson zufolge ist speziell OCS nicht nur ein sehr wirkungsvolles Treibhausgas, sondern darüber hinaus in der Lage, die entsprechende Zersetzung zu verhindern.
-Mit OCS kann demnach das Paradoxon bis zur starken Abkühlung im späten [[Archaikum]] vor 2,4 Milliarden Jahren gedeutet werden.<ref>Ueno, Y., Johnson, M. S., Danielache, S. O., Eskebjerg, C., Pandey, A. & Yoshida, N. (2009): [http://www.pnas.org/content/early/2009/08/13/0903518106 abstract ''Geological sulfur isotopes indicate elevated OCS in the Archean atmosphere, solving faint young sun paradox.''], Proceedings of the National Academy of Sciences</ref>. Dabei interpretieren die Autoren die huronische Vereisung mit der zunehmenden Oxidation der Schwefelverbindungen durch von frühen Lebensformen freigesetzten Sauerstoff. Die für OCS notwendige reduzierende Atmosphäre ist danach nicht mehr gegeben.
+Mit OCS könnte demnach das Paradoxon bis zur starken Abkühlung im späten [[Archaikum]] vor 2,4 Milliarden Jahren gedeutet werden.<ref>Ueno, Y., Johnson, M. S., Danielache, S. O., Eskebjerg, C., Pandey, A. & Yoshida, N. (2009): [http://www.pnas.org/content/early/2009/08/13/0903518106 abstract ''Geological sulfur isotopes indicate elevated OCS in the Archean atmosphere, solving faint young sun paradox.''], Proceedings of the National Academy of Sciences</ref>. Dabei interpretieren die Autoren die huronische Vereisung mit der zunehmenden Oxidation der Schwefelverbindungen durch von frühen Lebensformen freigesetzten Sauerstoff. Die für OCS notwendige reduzierende Atmosphäre ist danach nicht mehr gegeben. Kasting und Ono hatten zudem bereits 2006 auf widersprüchliche geochemische Befunde zur Rolle von Schwefel wie einer möglicherweise bereits vor 2,4 Milliarden Jahren einsetzenden früheren Sauerstoffproduktion in einigen geologischen Studien verwiesen. </ref><ref group="jko" name="kg"/>
 ==== Biotische Aktivität und Verwitterung als mögliche Regelmechanismen für das Treibhaus ====
-Als Regelmechanismus für die klimaaktiven Treibhausgase, insbesondere der Kohlendioxidkonzentration in Ozeanen und Atmosphäre in der frühen Erdgeschichte, wird in etlichen Studien, zurückgehend auf Walker 1981 und 1985,<ref>Walker, J. C. G. (1985): http://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/43349/1/11084_2005_Article_BF01809466.pdf ''Carbon Dioxide on the Early Earth''], Origins of Life, 16: 117–127.</ref><ref>Walker, J. C. G., Hays, P. B. & Kasting, J. F. (1981): [http://geosci.uchicago.edu/~archer/JournalClub/walker.1981.WHAK.pdf ''A negative feedback mechanism for the long-term stabilization of the earth's surface temperature''], J. Geophys. Res., 86: 9776-9782</ref> die Silikatverwitterung vorgeschlagen. Die anfänglich hohe Konzentration des Treibhausgases sei mit der Bildung von Kontinenten nach etwa einer Milliarde Jahren<ref>Veizer, J. (1976) in Windley, B. F. (ed.): ''The Early History of the Earth''. John Wiley and Sons, p. 569, London</ref> durch die Ablagerung großer Menge Karbonate abgebaut worden. Anschließend wird eine Wechselwirkung zwischen Erwärmung durch den Treibhauseffekt von Kohlendioxid in der Atmosphäre und Abkühlung durch Bildung von Karbonaten angenommen.
+Als Regelmechanismus für die klimaaktiven Treibhausgase wird in etlichen Studien die Silikatverwitterung und deren Wechselwirkung mit der Kohlendioxidkonzentration in Ozeanen und Atmosphäre in der frühen Erdgeschichte vorgeschlagen. <ref>Walker, J. C. G. (1985): http://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/43349/1/11084_2005_Article_BF01809466.pdf ''Carbon Dioxide on the Early Earth''], Origins of Life, 16: 117–127.</ref><ref>Walker, J. C. G., Hays, P. B. & Kasting, J. F. (1981): [http://geosci.uchicago.edu/~archer/JournalClub/walker.1981.WHAK.pdf ''A negative feedback mechanism for the long-term stabilization of the earth's surface temperature''], J. Geophys. Res., 86: 9776-9782</ref> . Die anfänglich hohe Konzentration des Treibhausgases sei mit der Bildung von Kontinenten nach etwa einer Milliarde Jahren<ref>Veizer, J. (1976) in Windley, B. F. (ed.): ''The Early History of the Earth''. John Wiley and Sons, p. 569, London</ref> durch die Ablagerung großer Menge Karbonate abgebaut worden. Anschließend wird eine Wechselwirkung zwischen Erwärmung durch den Treibhauseffekt von Kohlendioxid in der Atmosphäre und Abkühlung durch Bildung von Karbonaten angenommen.
 Der [[Gaia-Hypothese]] von [[James Lovelock]] zufolge ist das Leben auf der Erde selbst der wesentliche Regelmechanismus,<ref group="jk" name="zit" /> ohne den die Erde möglicherweise das Schicksal von Mars oder Venus erfahren hätte. Kasting stimmt einer wichtigen Rolle des Lebens beim [[Kohlenstoffzyklus]] wie dem Einfluss auf Verwitterung und Sauerstoffgehalt zu, dennoch blieben die wesentlichen Einflussfaktoren physikalischer wie abiotischer Natur.<ref group="jk" name="kasting"/>
@@ Zeile 67: / Zeile 73: @@
 ==== Möglicher Klimaeinfluss der galaktischen kosmischen Strahlung ====
 [[Datei:Milky Way Arms.svg|right|thumb|Spiralarme der [[Milchstraße]]]]
-Der israelische Astrophysiker [[Nir Shaviv]] deutet das Paradox durch die Einbeziehung von [[Sonnenwind]] und galaktischer [[Kosmische Strahlung|kosmischer Strahlung]] auf das frühe Erdklima.<ref group="ns" name="shav" /> Er bezieht sich dabei auf die umstrittene Hypothese von [[Henrik Svensmark]] zum Klimaeinfluss [[Kosmische Strahlung|Kosmischer Strahlung]]. Demnach trage stärkere kosmische Strahlung durch vermehrte Wolkenbildung zu einer Abkühlung bei. Der stärkere [[Sonnenwind]] der jungen Sonne hätte die Erde zunächst vor der galaktischen kosmischen Strahlung abgeschirmt. Im Zusammenspiel mit einer moderaten Menge an Treibhausgasen wie Wasserdampf, Methan, CO<sub>2</sub> und anderen reiche dies aus, um eine kontinuierliche Warmzeit zu erklären.<ref group="ns" name = "shav"/> Die kalte Phase um 2,4 Milliarden Jahren stimme mit einer damals erhöhten galaktischen kosmischen Strahlung durch erhöhte Sternbildungsraten in der Milchstraße überein.<ref group="ns">. Die in der Klimadiskussion zentrale Wirksamkeit des Kohlendioxids, die [[Klimasensitivität]], sieht er im untersten Bereich der vom IPCC angegebenen Bandbreite.</ref> Eine erhöhte Sternbildungsrate fände sich ebenfalls zu Zeiten von „[[Schneeball Erde]]“.<ref group="JV" name="JVC">Veizer 2005</ref>.
+Der israelische Astrophysiker [[Nir Shaviv]] deutet das Paradox durch die Einbeziehung von [[Sonnenwind]] und galaktischer [[Kosmische Strahlung|kosmischer Strahlung]] auf das frühe Erdklima.<ref group="ns" name="shav" />. Er bezieht sich dabei auf die umstrittene Hypothese von [[Henrik Svensmark]] zum Klimaeinfluss [[Kosmische Strahlung|Kosmischer Strahlung]]. Demnach trage stärkere kosmische Strahlung durch vermehrte Wolkenbildung zu einer Abkühlung bei. Der stärkere [[Sonnenwind]] der jungen Sonne hätte die Erde zunächst vor der galaktischen kosmischen Strahlung abgeschirmt. Im Zusammenspiel mit einer moderaten Menge an Treibhausgasen wie Wasserdampf, Methan, CO<sub>2</sub> und anderen reiche dies aus, um eine kontinuierliche Warmzeit zu erklären.<ref group="ns" name = "shav"/> Die kalte Phase um 2,4 Milliarden Jahren stimme mit einer damals erhöhten galaktischen kosmischen Strahlung durch erhöhte Sternbildungsraten in der Milchstraße überein. Ein Beitrag von Klimagasen, insbesondere Kohlendioxid wird nicht abgestritten, aber dessen Wirksamkeit, die [[Klimasensitivität]] im untersten Bereich der vom [[Intergovernmental Panel on Climate Change]] IPCC angegebenen Bandbreite angesiedelt.<ref group="ns" name="shav" />. Eine erhöhte Sternbildungsrate findet sich zudem zu Zeiten von ''[[Schneeball Erde]]'' vor knapp einer Milliarde Jahren.<ref group="JV" name="JVC">Veizer 2005</ref>.
-Für den Zeitverlauf danach verweist Shaviv auf das seither eingetretenen Reifestadium der Sonne mit einer der heutigen entsprechenden Strahlungsintensität. In seiner Deutung des Paradoxons über den kosmischen Strahlungseinfluss sieht er die parallel alle 143 +/-10 Millionen Jahre stattfindenden [[Spiralarm|Spiraldurchgänge]] des Sonnensystems durch die Milchstraße als Ursache für Wechsel von Kalt- und Warmzeiten. Dieser finde seitdem im Abstand von etwa 135 +/-9 Millionen Jahre statt. Der Einfluss der Spiralarmdurchgänge wäre zuvor durch den erhöhten [[Sonnenwind]] abgeschirmt gewesen.<ref group="ns" name = "shav"/>.
+Für den Zeitverlauf danach verweist Shaviv auf das seither eingetretenen Reifestadium der Sonne mit einer der heutigen entsprechenden Strahlungsintensität. In seiner Deutung des Paradoxons über den kosmischen Strahlungseinfluss sieht er die parallel alle 143 +/-10 Millionen Jahre stattfindenden [[Spiralarm|Spiraldurchgänge]] des Sonnensystems durch die Milchstraße als Ursache für Wechsel von Kalt- und Warmzeiten. Dieser findet seitdem im globalen Maßstab im Abstand von etwa 135 +/-9 Millionen Jahre statt. Der Einfluss der Spiralarmdurchgänge wäre zuvor durch den erhöhten [[Sonnenwind]] abgeschirmt gewesen.<ref group="ns" name = "shav"/>.
 ; Hintergrund und Kontroverse
 Shavivs hatte zunächst 2002 in der [[Physical Review]] anhand von Studien zu [[Eisenmeteorit]]en einen möglichen Zusammenhang zwischen Kosmischer Strahlung und Klima in geologischer Zeit beschrieben<ref>Shaviv, Nir J. (2002), Cosmic Ray Diffusion from the Galactic Spiral Arms, Iron Meteorites, and a Possible Climatic Connection, Physical Review Letters, Bd. 89, Issue 5, Id 051102, {{DOI| 10.1103/PhysRevLett.89.051102}}</ref> was Anfang 2003 in der Zeitschrift [[Discover (Zeitschrift)|Discover]] als eine (Nr. 34) von 100 ''Top Science Stories 2002'' charakterisiert wurde. <ref>[[Discover (Zeitschrift)]], [http://www.phys.huji.ac.il/~shaviv/Ice-ages/Discover_Magazine_Story.html Aussriss der Sonderausgabe des Magazins 1/2003 zum Wissenschaftsjahr 2002]</ref>. Dies baute er 2003 zusammen mit Berechnungen zum möglichen Klimaeinfluss der kosmischen Strahlung weiter aus<ref>Nir J. Shaviv (2003): ''The spiral structure of the Milky Way, cosmic Rays, and ice age epochs on Earth'' New Astronomy 8, 39–77 </ref> und veröffentlichte 2003 einen Deutungsvorschlag zum Paradoxon.<ref group="ns" name="shav" />.
-kam es nach einer gemeinsamen Veröffentlichung mit dem [[Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Preis|Leibnizpreis]]träger [[Jan Veizer]] <ref>Nir J. Shaviv und Ján Veizer (2003): Celestial driver of Phanerozoic climate? In: Geological Society of America. Band 13, Nr. 7, Juli 2003, S. 4–10</ref> zu einer heftigen [[Kontroverse|wissenschaftlichen Kontroverse]] mit klassischen modellbasierten Klimatologen. Veizers Vorarbeiten, geochemische Untersuchungen zu einem möglicherweise geringerem Zusammenhang zwischen CO<sub>2</sub> Gehalt der Atmosphäre in geologischer Vorzeit war 2000 noch bei [[Nature]] angenommen worden<ref>Ján Veizer, Yves Godderis und Louis M. François (2000): 'Evidence for decoupling of atmospheric CO<sub>2</sub> and global climate during the Phanerozoic eon'', Nature, Band 408, 7.12.2000, S. 698–701, {{DOI|10.1038/35047044}}</ref>. Die vorgeschlagene gemeinsame Veröffentlichung mit Shaviv wurde von Nature abgelehnt und erschien 2003 bei [[Geological Society of America|GSA Today]]. Shaviv und Veizer wurde unter anderem von [[Stefan Rahmstorf]] grundlegende methodische Schwächen und Fehlinterpretationen unterstellt.<ref>Stefan Rahmstorf et al., ''Cosmic Rays, Carbon Dioxide, and Climate'' (2004): Meinungsbeitrag in Eos, Vol. 85, No. 4, 27 January 2004, Antwort von Veizer und Shaviv in [http://www.phys.huji.ac.il/~shaviv/ClimateDebate/RahmReply/RahmReply.html Detailed Response to ``Cosmic Rays, Carbon Dioxide and Climate" by Rahmstorf et al., Nir J. Shaviv & [[Jan Veizer]] 4. April 2004]</ref> Die Kontroverse wie die grundsätzliche These wurde nach einem Austausch erboster Presserklärungen<ref>Informationsdienst Wissenschaft, ''Schlagabtausch über die Ursachen des Treibhauseffekts – zurück zur sachlichen Diskussion'', Dr. Josef König, Pressestelle Ruhr-Universität Bochum, 31. Oktober 2003, [http://idw-online.de/pages/de/news71434 Ruhruniversität Bochum Online einschlielich der Presseveröffentlichungen des [[Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung]] und der Antwort der Pressestelle der [[Ruhr-Universität Bochum]]</ref> in überregionalen Tages- und Wochenzeitungen und Wissenschaftsjournalen in Deutschland ([[Die Zeit]], [[Spektrum der Wissenschaft]]) wie international (unter anderem [[Prawda]], [[Sciences et Avenir]]) thematisiert. Bei den IPCC-Berichten nimmt sie mittlerweile ein untergeordnetes Kapitel ein.<ref Name="IPcc"/>
+kam es nach einer gemeinsamen Veröffentlichung mit dem [[Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Preis|Leibnizpreis]]träger [[Jan Veizer]] <ref>Nir J. Shaviv und Ján Veizer (2003): Celestial driver of Phanerozoic climate? In: Geological Society of America. Band 13, Nr. 7, Juli 2003, S. 4–10</ref> zu einer heftigen [[Kontroverse|wissenschaftlichen Kontroverse]] mit klassischen modellbasierten Klimatologen. Veizers Vorarbeiten, geochemische Untersuchungen zu einem möglicherweise geringerem Zusammenhang zwischen CO<sub>2</sub> Gehalt der Atmosphäre in geologischer Vorzeit warrn 2000 noch bei [[Nature]] angenommen worden<ref>Ján Veizer, Yves Godderis und Louis M. François (2000): 'Evidence for decoupling of atmospheric CO<sub>2</sub> and global climate during the Phanerozoic eon'', Nature, Band 408, 7.12.2000, S. 698–701, {{DOI|10.1038/35047044}}</ref>. Die vorgeschlagene gemeinsame Veröffentlichung mit Shaviv wurde 2002/2003 von Nature abgelehnt und erschien 2003 bei [[Geological Society of America|GSA Today]]. Shaviv und Veizer wurde bei dieser Veröffentlichung unter anderem von [[Stefan Rahmstorf]] grundlegende methodische Schwächen und Fehlinterpretationen unterstellt.<ref>Stefan Rahmstorf et al., ''Cosmic Rays, Carbon Dioxide, and Climate'' (2004): Meinungsbeitrag in Eos, Vol. 85, No. 4, 27 January 2004, Antwort von Veizer und Shaviv in [http://www.phys.huji.ac.il/~shaviv/ClimateDebate/RahmReply/RahmReply.html Detailed Response to ``Cosmic Rays, Carbon Dioxide and Climate" by Rahmstorf et al., Nir J. Shaviv & [[Jan Veizer]] 4. April 2004]</ref> Die Kontroverse wie die grundsätzliche These wurde nach einem Austausch erboster Presserklärungen<ref>Informationsdienst Wissenschaft, ''Schlagabtausch über die Ursachen des Treibhauseffekts – zurück zur sachlichen Diskussion'', Dr. Josef König, Pressestelle Ruhr-Universität Bochum, 31. Oktober 2003, [http://idw-online.de/pages/de/news71434 Ruhruniversität Bochum Online einschlielich der Presseveröffentlichungen des [[Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung]] und der Antwort der Pressestelle der [[Ruhr-Universität Bochum]]</ref> in überregionalen Tages- und Wochenzeitungen und Wissenschaftsjournalen in Deutschland ([[Die Zeit]], [[Spektrum der Wissenschaft]]) wie international (unter anderem [[Prawda]], [[Sciences et Avenir]]) thematisiert. Bei den IPCC-Berichten nimmt sie mittlerweile ein untergeordnetes Kapitel ein.<ref Name="IPcc"/>
-Übereinstimmend wird das Fehlen eines anerkannten physikalischen Mechanismus als Hauptproblem angesehen. Demungeachtet haben die Veröffentlichungen weitere Forschung zu dem Thema Kosmische Strahlung und Klima mit ausgelöst und beflügelt<ref>Scherer K., Fichtner H., Borrmann T., Beer J., Desorgher L., Flükiger E., Fahr H., Ferreira S.E., Langner U.W.,Potgieter M.S. (2006): ''Interstellar-Terrestrial Relations: Variable Cosmic Environments, The Dynamic Heliosphere, and Their Imprints on Terrestrial Archives and Climate''. Space Science Reviews 127(1-4): 327. 2006</ref>. Die Wechselwirkung mit anderen Klimaeinflüssen jenseits der Treibhausgase wie insbesondere Meeresströmungen und vulkanischer Aktivität ist komplex, nicht abschließend geklärt und nach wie vor Gegenstand laufender Forschungsarbeiten.<ref Name="IPcc">[http://www.ipcc.ch/ipccreports/tar/wg1/246.htm IPCC Working Group I: ''The Scientific Basis 6.11.2.2 Cosmic rays and clouds'']</ref> <ref name="Erlykin et al. 2009">Erlykin, A.D.; Sloan, T.; Wolfendale, A.W. (2009): ''Solar activity and the mean global temperature''. In: Environmental Research Letters, Vol. 4, 014006, {{DOI|10.1088/1748-9326/4/1/014006}} [http://www.iop.org/EJ/article/1748-9326/4/1/014006/erl9_1_014006.pdf?request-id=cccfed34-98c4-4c80-a820-e7a26aa36a56 (PDF)]</ref>.
+Übereinstimmend wird das Fehlen eines anerkannten physikalischen Mechanismus für die Klimawirkung der kosmischen Strahlung als Hauptproblem angesehen. Demungeachtet haben die Veröffentlichungen weitere Forschung zu dem Thema mit ausgelöst und beflügelt<ref>Scherer K., Fichtner H., Borrmann T., Beer J., Desorgher L., Flükiger E., Fahr H., Ferreira S.E., Langner U.W.,Potgieter M.S. (2006): ''Interstellar-Terrestrial Relations: Variable Cosmic Environments, The Dynamic Heliosphere, and Their Imprints on Terrestrial Archives and Climate''. Space Science Reviews 127(1-4): 327. 2006</ref>. Die Wechselwirkung mit Sonnenwind, chemischen Reaktionen in der Atmosphäre und dem Erdmagnetfeld sind komplex. Genauso ist die Interaktion mit anderen Klimaeinflüssen jenseits der Treibhausgase wie insbesondere Meeresströmungen und vulkanischer Aktivität komplex, nicht abschließend geklärt und nach wie vor Gegenstand laufender Forschungsarbeiten.<ref Name="IPcc">[http://www.ipcc.ch/ipccreports/tar/wg1/246.htm IPCC Working Group I: ''The Scientific Basis 6.11.2.2 Cosmic rays and clouds'']</ref> <ref name="Erlykin et al. 2009">Erlykin, A.D.; Sloan, T.; Wolfendale, A.W. (2009): ''Solar activity and the mean global temperature''. In: Environmental Research Letters, Vol. 4, 014006, {{DOI|10.1088/1748-9326/4/1/014006}} [http://www.iop.org/EJ/article/1748-9326/4/1/014006/erl9_1_014006.pdf?request-id=cccfed34-98c4-4c80-a820-e7a26aa36a56 (PDF)]</ref>.
 ===== Ergebnisse und mögliche Synthese mit den Deutungen über klimaaktive Gase und Aerosole =====
@@ Zeile 95: / Zeile 101: @@
 === Biologische Deutung – Leben auf einer jungen, kalten Erde ===
-In den letzten Jahrzehnten gelang es, Lebensformen auf der Erde unter sehr kalten Umweltbedingungen nachzuweisen, so bei dem unter dem Eis der Antarktis befindlichen [[Wostoksee]]. [[John Priscu]] zufolge sollte dies ebenso beim Mars anzuwenden sein.<ref>Priscu, J.C. and C.M. Foreman (2007): ''Lakes of Antarctica. Encyclopedia of Inland Waters.'' Elsevier Press</ref><ref>Jepsen, S.M, J.C. Priscu, R.E. Grimm, M.A. Bullock (2007): ''The Potential for Lithoautotrophic Life on Mars: Application to Shallow Interfacial-Water Environments'', in Astrobiology, 7:342-354</ref>. Im Gegensatz zu der Annahme von Hart liegt demnach der Mars noch in der [[Habitable Zone|Continously Habitable Zone]] im Sonnensystem. Als mögliche Deutung des Paradoxons <ref>[http://solar.physics.montana.edu/SVECSE2008/pdf/martens_svecse.pdf so in der einer Überblickspräsentation der Uni Montana 2008</ref> spielt sie eher eine periphere Rolle. Das frühe Erdklima war allem Anschein nach wärmer als heute und geologische Hinweise auf Fließgewässer sind im Gegensatz zu Vereisungen seit frühester Zeit weit verbreitet. Pointiert ausgedrückt, gibt es Hinweise auf wasserbasiertes Leben ähnlich dem heutigen auf der Erde, allerdings in primitiver Form, „seit es Steine gibt“.<ref group="JV" name="JVC"> Veizer 2005</ref> Für das Fortdauern von Leben auf der Erde während zwischenzeitlicher globaler Vereisungen wie bei der Betrachtung möglichen Lebens auf anderen Planeten und Monden ist der Befund Priscus zentral.
+In den letzten Jahrzehnten gelang es, Lebensformen auf der Erde unter sehr kalten Umweltbedingungen nachzuweisen, so bei dem unter dem Eis der Antarktis befindlichen [[Wostoksee]]. [[John Priscu]] zufolge sollte dies ebenso beim Mars anzuwenden sein.<ref>Priscu, J.C. and C.M. Foreman (2007): ''Lakes of Antarctica. Encyclopedia of Inland Waters.'' Elsevier Press</ref><ref>Jepsen, S.M, J.C. Priscu, R.E. Grimm, M.A. Bullock (2007): ''The Potential for Lithoautotrophic Life on Mars: Application to Shallow Interfacial-Water Environments'', in Astrobiology, 7:342-354</ref>. Im Gegensatz zu der Annahme von Hart liegt demnach der Mars noch in der [[Habitable Zone|Continously Habitable Zone]] im Sonnensystem. Als mögliche Deutung des Paradoxons <ref>[http://solar.physics.montana.edu/SVECSE2008/pdf/martens_svecse.pdf so in einer Überblickspräsentation der Uni Montana 2008</ref> spielt sie eher eine periphere Rolle.
+Das frühe Erdklima war allem Anschein nach wärmer als heute und geologische Hinweise auf Fließgewässer sind im Gegensatz zu Vereisungen seit frühester Zeit weit verbreitet. Pointiert ausgedrückt, gibt es Hinweise auf wasserbasiertes Leben ähnlich dem heutigen auf der Erde, allerdings in primitiver Form, „seit es Steine gibt“.<ref group="JV" name="JVC"> Veizer 2005</ref> Für das Fortdauern von Leben auf der Erde während zwischenzeitlicher globaler Vereisungen wie bei der Betrachtung möglichen Lebens auf anderen Planeten und Monden ist der Befund Priscus zentral.
+==== Methodische Herausforderungen ====
+[[Bild:Zircon crystal NASA Img.jpg|thumb|Polierte Oberfläche des ältesten bislang auf der Erde gefundenen Zirkons<ref name="Wilde"/>]]
+Bereits die Rekonstruktion der jüngeren Klimageschichte, für die es eine Vielzahl indirekter Klimazeiger (vgl. [[Proxy (Klimaforschung)]]) gibt, wurde bereits von [[Hockeyschläger-Kontroverse| Kontroversen]] begleitet. Für die Deutung des Paradoxon sind jedoch paläoklimatische Bestimmungsmnethoden notwendig. Diese werden um so schwieriger und weniger, je weiter in die geologische Vergangeheit zurückgegangen wird und je weniger [[Fossilien|fossile]] Lebenspuren erhalten sind. Die einleitend erwähnten Hinweise auf Fließgewässer an der Oberfläche der Erde vor mehr als 4,4 Milliarden Jahren wurden unter anderem anhand von Untersuchungen an kleinen [[Zirkon]]kristallen aus [[Australien (Kontinent)|Westaustralien]] erbracht. Mit der [[Uran-Blei-Datierung]] wurden sie als bisher älteste Minerale auf der Erde identifiziert <ref name="Wilde">Wilde, Simon A. et al. (2001): [http://www.nature.com/nature/journal/v409/n6817/full/409175A0.html ''Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago'', Nature Geoscience, 11.1.2001</ref> Daneben wurden Hinweise auf eine bereits damals vorhandene kontinentale Kruste unter Anwesenheit von Wasser gefunden. <ref name="Wilde"/><ref>Mojzsis, S.J., Harrison, T.M., Pidgeon, R.T., (2001) ''Oxygen-isotope evidence from ancient zircons for liquid water at the Earth’s surface 4300 Myr ago'' Nature Bd. 409, S. 178–181, {{doi|=10.1038/35051557}}</ref>. Zwar hatten die Zirkone seitdem mehrfach den [[Kreislauf der Gesteine]] durchlaufen. Sie sind gegenüber geologischen Einflüssen wie Verwitterung und selbst hochgradiger [[Metamorphose (Geologie)|Gesteinsmetamorphose]] äußerst resistent und erlauben neben einer [[Radiometrische Datierung|radiometrischen]] [[Geochronologie|Altersbestimmung]] auch isotopengeochemisch Hinweise auf ihre Entstehungsbedingungen zu finden. Entsprechende Studien erfordern eine aufwendige Probennahme und Aufbereitung sowie eine hochauflösende komplexe Analytik, so der der [[Elektronenstrahlmikroanalyse]] und [[Massenspektrometrie]]. Ähnlich aufwendig gestalten sich Datenreihen zum Temperaturverlauf in der frühen geologischen Vergangenheit. <ref>Ján Veizer und Jochen Hoefs: The nature of O18/O16 and C13/C12 secular trends in sedimentary carbonate rocks. In: Geochimica et Cosmochimica Acta. 40, Nr. 11, November 1976, S. 1387–1395 (doi:10.1016/0016-7037(76)90129-0).</ref>.
 == Seitenaspekte ==
 [[Datei:VallesMarinerisHuge.jpg|thumb|upright=1.7|Panoramaaufnahme der 4000&nbsp;km langen [[Valles Marineris]]]]
-Das Paradoxon betrifft ebenfalls unseren Nachbarplaneten [[Mars_(Planet)#Klima_und_Wetter|Mars]], als auf dessen Oberfläche flüssiges Wasser nicht hätte vorkommen sollen. Hingegen war nach den Ergebnissen der bisherigen Sondierungen die Marsatmosphäre in der Vergangenheit (vor Milliarden Jahren) wesentlich dichter und auf der Oberfläche des Roten Planeten reichlich flüssiges Wasser vorhanden. Regelmäßige, teilweise möglicherweise auf wsserbasierter [[Erosion (Geologie)|Erosion]] zurückgehende Großstrukturen wie bei den sogenannten [[Marskanäle]]n, in umfangreichen [[Grabenbruch]]systemen wie die [[Valles Marineris]] bis hin zur kleinräumigen [[Kryoturbation]]en gaben und geben daher nach wie vor Anlass zu unterschiedlichsten Spekulationen.
+Das Paradoxon betrifft ebenfalls unseren Nachbarplaneten [[Mars_(Planet)#Klima_und_Wetter|Mars]], als auf dessen Oberfläche flüssiges Wasser nicht hätte vorkommen sollen. <ref group="sm" name="SgM">Sagan und Mullen 1972</ref>. Hingegen war nach den Ergebnissen der bisherigen Sondierungen die Marsatmosphäre in der Vergangenheit (vor Milliarden Jahren) wesentlich dichter und auf der Oberfläche des Roten Planeten reichlich flüssiges Wasser vorhanden. Regelmäßige, teilweise möglicherweise auf wsserbasierter [[Erosion (Geologie)|Erosion]] zurückgehende Großstrukturen wie bei den sogenannten [[Marskanäle]]n, in umfangreichen [[Grabenbruch]]systemen wie die [[Valles Marineris]] bis hin zur kleinräumigen [[Kryoturbation]]en gaben und geben daher nach wie vor Anlass zu unterschiedlichsten Spekulationen.
 Das Paradoxon wird unter anderem im Umfeld von [[Junge-Erde-Kreationismus|Junge-Erde-Kreationisten]] und Anhängern des sogenannten [[Intelligent Design]] als (Schein)Argument
@@ Zeile 110: / Zeile 123: @@
 <references group="jh" />
 * Kasting, James F. et al.(1988): [http://www.geosc.psu.edu/~kasting/PersonalPage/Pdf/Scientific_American_88.pdf ''How Climate Evolved on the Terrestrial Planets''], in: Scientific American 256: 90-97 1988<references group="jk" />
+* James F. Kasting und Shuhei Ono (2006): [http://rstb.royalsocietypublishing.org/content/361/1470/917.full''Palaeoclimates: the first two billion years,''] Phil. Trans. R. Soc. B 29 June 2006 vol. 361 no. 1470 917-929 {{doi|10.1098/rstb.2006.1839}}
+<references group="jko" />
 * Killops, Vanessa Jane (Hrsg.) (2005): ''Introduction to organic geochemistry'', Ausgabe 2, illustriert, Verlag Wiley-Blackwell, 2005 ISBN 0632065044
 <references group="vk" />
+* Sagan, C., Mullen, G. (1972): [http://courses.washington.edu/bangblue/Sagan-Faint_Young_Sun_Paradox-Sci72.pdf ''Earth and Mars: Evolution of Atmospheres and Surface Temperatures'']. Science, 177: 52–56. {{DOI|10.1126/science.177.4043.52}}</ref>
+<references group="sm" />
 * Shaviv, Nir J. (2003): [http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/0306477 ''Toward a solution to the early faint Sun paradox: A lower cosmic ray flux from a stronger solar wind''], J. Geophys. Res., 108(A12), 1437. {{DOI|10.1029/2003JA009997}}
 <references group="ns"/>

„Paradoxon der schwachen jungen Sonne“ – Versionsunterschied

Version vom 29. September 2009, 16:11 Uhr

Inhaltsverzeichnis

Erklärungsversuche