Klimawandel

Klimawandel, auch Klimaänderung, Klimawechsel oder Klimaschwankung, bezeichnet die Veränderung von Klima auf der Erde und erdähnlichen Planeten, unabhängig von Ursachen, ob natürliche oder menschliche. Die gegenwärtige, vor allem durch den Menschen verursachte globale Erwärmung ist ein Beispiel für einen Klimawandel. Ein Klimawandel kann eine Abkühlung oder Erwärmung über unterschiedliche Zeiträume bezeichnen. Der Begriff Klimaschwankung bezeichnet gelegentlich speziell Klimaänderungen, die nur wenige Dekaden andauern oder zyklischer Natur sind.

Der Klimazustand während der letzten Jahrhunderttausende ist im Wesentlichen das Ergebnis der Milanković-Zyklen, die die Sonneneinstrahlung in Zeiträumen von Jahrtausenden veränderten und so den Wechsel zwischen Eiszeiten und Warmzeiten bewirkten. Die Strahlung der Sonne bestimmt den Energiehaushalt auf der Erdoberfläche. Ein Klimawandel findet dann statt, wenn der Strahlungsantrieb verändert wird. Im Moment strahlt die Erde weniger langwellige Infrarotstrahlung ins All ab, weil der Strahlungsantrieb durch eine deutliche Erhöhung der Konzentration von Treibhausgasen erhöht wurde. Abrupte Klimawechsel können durch Asteroiden, Vulkanausbrüche oder durch Rückkopplungsprozesse im Klimasystem ausgelöst werden.

Klimaänderungen im Lauf der Klimageschichte

Temperaturveränderungen der letzten 12.000 Jahre

Temperaturänderungen der letzten 2000 Jahre

Ursachen für natürliche Klimaveränderungen

Klimaveränderungen können viele verschiedene Ursachen haben. Zahlreiche zyklische und nicht-zyklische Prozesse und Ereignisse wirken auf das Erdklima ein und verstärken oder neutralisieren sich gegenseitig. Einige dieser Einflussgrößen sind mittlerweile wissenschaftlich genau verstanden und allgemein akzeptiert, andere sind als grundsätzlicher Wirkungszusammenhang plausibel aber noch nicht quantifiziert, wieder andere sind aufgrund von guten Korrelationen der vermuteten Einflussgrößen mit bestimmten Klimadaten naheliegend, ihre Wirkungszusammenhänge sind aber noch nicht genau verstanden.

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→ Hauptartikel: Milanković-Zyklen

Sowohl die Erdbahn um die Sonne als auch die Neigung der Erdachse und damit die Einstrahlwinkel der Sonnenstrahlen in verschiedenen Breiten der Erde unterliegen verschiedenen Zyklen mit einer Dauer von 25.800 bis etwa 100.000 Jahren, die zuerst von dem serbischen Astrophysiker und Mathematiker Milutin Milanković untersucht und berechnet wurden und daher heute als Milanković-Zyklen bezeichnet werden. Die durch die Milanković-Zyklen verursachten Schwankungen der Energieeinstrahlung in die Atmosphäre sind zum Teil sehr groß und werden heute unter anderem für den Eiszeitenzyklus verantwortlich gemacht.

Die Sonne

Die Sonne und die von ihr ausgestrahlte Solarenergie sind die treibende Kraft für den energetischen Antrieb des irdischen Wetters und Klimas. Offenbar hängen sowohl langfristige Klimaveränderungen als auch unser tägliches Wetter eng mit den Aktivitäten unserer Sonne zusammen.

Zudem kommt von der Sonne ein ständiger Sonnenwind, der aus einem beständigen Strom elektrisch geladener Teilchen besteht und dessen Stärke stark variiert. Die Erfassung der Wechselwirkung zwischen der sich ändernden Sonnenaktivität und dem Magnetfeld unseres Planeten untersucht die Wissenschaft unter dem Begriff „Weltraumwetter“.

Die solaren Schwankungen lassen sich durch regelmäßige Änderungen im Magnetfeld der Sonne erklären. Das magnetische Verhalten der Sonne unterliegt wiederkehrenden zyklischen Schwankungen. Ein solcher Sonnenfleckenzyklus, also der Zeitraum zwischen einem Solarmaximum und einem erneuten Solarmaximum, dauert etwa elf Jahre. Auf dem Zyklus-Höhepunkt, der das letzte Mal 2001 erreicht worden ist, wird der Sonnenwind zu einem regelrechten Sonnensturm. Auf der Sonnenoberfläche ereignen sich dann gewaltige Eruptionen, die große Mengen energiereicher Partikel ins All schleudern. Die dabei freigesetzten Urgewalten entsprechen dabei etwa der Explosion von 66 Milliarden Hiroshima-Bomben. Die ersten Beobachtungen der Sonnenflecken gehen auf das Jahr 1610 zurück. Damals wurden diese unter anderen von Galileo Galilei mit einem Fernrohr gemacht. Regelmäßige Zählungen gibt es seit 1860 vom astronomischen Observatorium in Zürich.

Im Wesentlichen erforschen die Wissenschaftler drei Mechanismen, die den Zusammenhang zwischen Sonnenaktivität und der Wetter- und Klimaentwicklung auf der Erde erklären könnten:

• Erstens haben die Intensitätsschwankungen der von der Sonne abgegebenen UV-Strahlung Folgen für die Ozonbildung in der Erdatmosphäre. Dies führt zu Veränderungen in der Ozonschicht und hat so Rückwirkung für die globale Zirkulation der Luftmassen.
• Zweitens verändern sich unter dem ankommenden Sonnenwind die elektrischen Eigenschaften der äußeren Erdatmosphäre, was sich auch auf die unteren Schichten der Atmosphäre auswirkt. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass dieser vom Sonnenwind beeinflusste kosmische Partikelregen die Wolkenbildung der Erdatmosphäre begünstigt. Zunehmende Bewölkung schirmt zwar einerseits die Sonneneinstrahlung ab, behindert aber andrerseits die Abstrahlung („Treibhauseffekt“).
• Drittens ist die Erdatmosphäre während des Sonnenminimums verstärkt kosmischer Strahlung ausgesetzt. Die Teilchen des Sonnenwindes schirmen in solchen Phasen die Erde weniger gegen den Schauer der schwereren und sehr energiereichen Partikel ab, die als kosmische Strahlung aus dem Weltraum auf unseren Planeten treffen.

Noch weiß man wenig über die Bedeutung, die den einzelnen Mechanismen zukommt. Auch ist kaum bekannt, ob es zwischen den Mechanismen Wechselwirkungen gibt. Neben dem schon angesprochenen elfjährigen Zyklus wurden noch weitere beobachtet. So gibt es beispielsweise den Gleißberg-Zyklus, der alle 80 bis 90 Jahre wiederkehrt, oder einen anderen Zyklus von etwa 208 Jahren. Weiter kann die Sonne auch jahrzehntelang eine verringerte Aktivität aufweisen. Edward Maunder untersuchte 1890 die historisch beobachteten Sonnenflecken und entdeckte eine „Pause“ in den elfjährigen Zyklen zwischen 1695 und 1720 (Maunderminimum), die auffallend mit der „Kleinen Eiszeit“ zusammenfällt.

Die Kontinentaldrift

Kontinentaldrift der letzten 150 Millionen Jahre

Die wohl wichtigste und anerkannteste Erklärung für die starke zeitliche Veränderung der mittleren Globaltemperatur – in Bezug auf sehr lange Zeitskalen – ist die Kontinentaldrift, also die Bewegung der Landmassen auf der Erde. Die Anordnung der Kontinente war nicht immer so, wie wir sie heute kennen. So bildeten das heutige Südamerika, Afrika, die arabische Halbinsel, Indien, Australien und die Antarktis bis vor 150 Millionen Jahren den großen Urkontinent Gondwana beziehungsweise Gondwania, welcher am geografischen Südpol lag. Es gab also damals Eis im Gebiet der heutigen Sahara.

Die Theorie, die die Kontinentaldrift als Grundlage hat, besagt, dass der Niederschlag an den Polen verstärkt eine Chance hat, Eis oder Schnee zu bilden, wenn sich dort Land befindet, da Land sehr viel mehr Sonnenstrahlen reflektiert als Wasser. Durch die stärkere Reflexion des Lichts kommt es dort zu einer lokalen Abkühlung und es entsteht Eis. Dieses Eis ist aufgrund seiner hohen Albedo noch besser dazu geeignet, Sonnenstrahlen zu reflektieren. Es kommt zu einer positiven Rückkopplung mit sinkenden Temperaturen und einer immer weiter fortschreitenden Eisbildung. Durch das im Eis gebundene Wasser sinkt jedoch auch der Meeresspiegel. Damit verbunden ist eine kleinere Wasseroberfläche und es kann daher aus den Meeren auch weniger Wasser verdunsten. Dies führt dazu, dass die Niederschläge im globalen Mittel zurückgehen und das Eis in der Folge auch weniger schnell wächst. Liegen die Pole im gegensätzlichen Fall über dem Meer, so ist es nur bei sehr tiefen Temperaturen möglich, dass sich Meereis bildet. Die gegenüber dem Meereswasser höhere Albedo führt auch hier zu einer sich selbst verstärkenden Eisbildung.

Die sich selbst verstärkende weltweite Abkühlung kommt erst dann zur Umkehr, wenn der CO₂-Gehalt der Atmosphäre stark angestiegen ist. Dieser natürliche Treibhauseffekt entsteht dadurch, dass das von Vulkanen ausgestoßene CO₂ wegen der großflächigen Vereisung weniger stark in Gesteinen und Biomasse gebunden wird und somit klimawirksam wird.

In unserer heutigen Zeit liegt der geografische Südpol auf einem Kontinent, der Antarktis. Als vor rund 25 Millionen Jahren eine Öffnung zwischen der Antarktis und Südamerika entstand, bildete sich der Antarktische Zirkumpolarstrom und eine verstärkte Vereisung setzte ein. Deshalb liegen heute rund 90 Prozent des irdischen Eises in der bis zu 4500 Meter dicken Eisdecke der Antarktis.

Der Vulkanismus

Große Vulkanausbrüche können zu einer mehrjährigen Abkühlung der erdoberflächennahen Luft führen. Gase und Asche werden dann weit hinauf in die Atmosphäre geschleudert. Insbesondere die Gase können dabei bis in die Stratosphäre (17 bis 50 km Höhe) gelangen. Durch photochemische Prozesse in der Atmosphäre können sich aus den Gasen winzige Partikel (Aerosole) bilden, die die Sonnenstrahlen reflektieren und damit die Einstrahlung von Wärmeenergie verhindern. Die Folge ist eine Abkühlung.

Der Vulkanausbruch des Laki-Kraters auf Island im Sommer 1783 hat wahrscheinlich zu dem extrem kalten Winter 1783/84 in Nordeuropa und Nordamerika sowie zu Überschwemmungen in Deutschland im Frühjahr 1784 geführt (siehe Vasold 2004, unter Literatur). Im April 1815 brach der Vulkan Tambora auf Sumbawa, einer Insel, die heute in Indonesien liegt, aus und verursachte offenbar das „Jahr ohne Sommer“ (1816).

Siehe auch: Liste großer historischer Vulkanausbrüche

Weitere wichtige Faktoren

Globales Förderband der Meeresströmungen

Weitere Faktoren, die das Klima beeinflussen können, sind

• der Treibhauseffekt,
• atmosphärische Schwebstoffe, sogenannte Aerosole,
• Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation, Monsun,
• Veränderungen der Meeresströmungen: globales Förderband, Nordatlantische Oszillation, Southern Oscillation Index, El Niño (ENSO),
• der Wärmeinhalt der Ozeane,
• der Mond durch seinen Einfluss auf die Gezeiten und damit die großen Meeresströmungen.
• der Wasserdampfgehalt der Atmosphäre und Wolkenbildung.

Menschengemachte Klimaveränderung

→ Hauptartikel: Globale Erwärmung

Neben natürlichen Faktoren kann auch der Mensch das Klima beeinflussen. So kam die „Zwischenstaatliche Sachverständigengruppe für Klimaveränderungen“ (Intergovernmental Panel on Climate Change) (IPCC), die den Stand der Wissenschaft im Auftrag der Vereinten Nationen zusammenfasst, 2007 zu dem Schluss, dass die Erwärmung der Erdatmosphäre seit Beginn der Industrialisierung hauptsächlich durch die Anreicherung von Treibhausgasen durch den Menschen hervorgerufen wird. Der IPCC schreibt in seinem 2013 erschienenen fünften Sachstandsbericht, es sei extrem wahrscheinlich, dass die beobachtete Erwärmung zu mehr als 50 % vom Menschen verursacht wird. Da der direkt wärmende Effekt der Treibhausgase nur ca. ein Drittel der erwarteten Erwärmung ausmacht und der größte Teil eine Folge nicht genau quantifizierbarer Rückkopplungsvorgänge ist, ist das Ausmaß der erwarteten Erwärmung Teil der Kontroverse um die globale Erwärmung.

Siehe auch

• Abrupter Klimawechsel
• Treibhauseffekt, Globale Erwärmung
• Klimageschichte, Klimatologie
• Klimaschutz
• Temperaturextrema
• Wetteranomalie von 535/536, Mittelalterliche Warmzeit, Jahr ohne Sommer (1816), Hitzewelle 2003

Literatur

• Marita Vollborn, Vlad Georgescu: Prima Klima. Wie sich das Leben in Deutschland ändert. Lübbe, Bergisch Gladbach 2008, ISBN 978-3-7857-2319-7.
• Kurt Brunner: Ein buntes Klimaarchiv. Malerei, Graphik und Kartographie als Klimazeugen. In: Naturwissenschaftliche Rundschau. 56, Nr. 4, 2003, ISSN 0028-1050, S. 181–186.
• Kurt Brunner: Karten als Klimazeugen. In: Mitteilungen der Österreichischen Geographischen Gesellschaft. Nr. 147, 2005, S. 237–264.
• Elmar Buchner, Norbert Buchner: Klima und Kulturen. Die Geschichte von Paradies und Sintflut. Greiner, Remshalden 2005, ISBN 3-935383-84-3.
• Tillmann Buttschardt: Klimaänderung. Was weiß die Wissenschaft? In: Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung. 17, Nr. 3, 2005, ISSN 0934-3504, S. 166–170.
• Johann Feichter: Aerosole und das Klimasystem. In: Physik in unserer Zeit. 34, Nr. 2, 2003, ISSN 0031-9252, S. 72–79.
• Jörg F.W. Negendank: Gehen wir in eine neue Kaltzeit? In: Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung. 17, Nr. 4, 2005, ISSN 0934-3504, S. 242–247.
• Christian-D. Schönwiese: Globaler Klimawandel im Industriezeitalter. In: Geographische Rundschau. 56, Nr. 1, 2004, ISSN 0016-7460, S. 4–9.
• Klaus Heine, Hans-Peter Niller: Die Anden Südamerikas: Geoarchive für Umweltveränderungen und Klimawandel. In: Geographische Rundschau. 56, Nr. 3, 2004, ISSN 0016-7460, S. 4–13.
• Manfred Vasold: Die Eruptionen des Laki von 1783/84. Ein Beitrag zur deutschen Klimageschichte. In: Naturwissenschaftliche Rundschau. 57, Nr. 11, 2004, ISSN 0028-1050, S. 602–608.
• Christian-D. Schönwiese: Globaler und regionaler Klimawandel. Indizien der Vergangenheit, Modelle der Zukunft. In: Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung. 17, Nr. 3, 2005, ISSN 0934-3504, S. 171–175.
• Axel Tillemans: Die Erde Schwankt im Eiszeittakt. In: Bild der Wissenschaft. 10/2005. Leinfelden-Echterdingen 2005, S. 42 (Online [abgerufen am 28. März 2013]). 
• Jahn-Peter Frahm: Moose als Indikatoren des Klimawandels. In: Gefahrstoffe, Reinhaltung der Luft. 67, Nr. 6, 2007, ISSN 0949-8036, S. 269–273.
• Claudia Kemfert: Gutes Klima fürs Geschäft. Wirtschaftsinnovation statt Klimadepression. Murmann, Hamburg 2008, ISBN 978-3-86774-047-0.
• Harald Kohl: Der Mensch ändert das Klima. Vierter Sachstandsbericht des IPCC. In: Physik in unserer Zeit. 39, Nr. 4, 2008, ISSN 0031-9252, S. 176–182.
• Stefan Rahmstorf & Hans Joachim Schellnhuber: Der Klimawandel: Diagnose, Prognose, Therapie. 7. vollst. überarb. & aktualis. Aufl. 2012. C. H. Beck, München 2012. ISBN 978-3-406-63385-0 [Buch]; ISBN 978-3-406-63593-9 [eBook]
• Wei-Yin Chen, Maximilian Lackner et al.: Handbook of Climate Change Mitigation. Springer, 2012. ISBN 978-1-4419-7990-2 [Print]; ISBN 978-1-4419-7991-9 [eBook]

Weblinks

Sammelportale

• Informationsportal Klimawandel der Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik
• Forschung zum Klimawandel – Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung
• Klimawandel – Verschiedene Artikel zu Klimaänderungen und ihren Ursachen auf dem Bildungswiki klimawiki.org
• Klimawandel – Warum ändert sich unser Klima? UmweltWissen – Bayerisches Landesamt für Umwelt (PDF-Datei, 326 kB)
• Das Klima der Vergangenheit UmweltWissen – Bayerisches Landesamt für Umwelt (PDF-Datei, 269 kB)
• Klimawandel auf dem Informationsportal zur politischen Bildung
• Klimawandel in einem Themen-Special bei GEO.de
• Klimawandel – Verbraucherportal rund um das Thema globale Erwärmung und Klimaschutz
• Klima und Klimawandel in den Umweltgesamtrechnungen