Erdbahnparameter

Aus Klimawandel
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Als Erdbahnparameter (auch Erdbahnelemente) werden die Eigenschaften der Umlaufbahn der Erde um die Sonne bezeichnet. Die Erde bewegt sich nicht gleichmäßig wie ein Uhrwerk um die Sonne, sondern weist aufgrund der Anziehungskraft durch andere Planeten und den Mond regelmäßige Abweichungen davon auf, die verschiedenen Zeitskalen folgen und sich für die nächsten etwa 5 Millionen Jahre vorausberechnen lassen. Dadurch unterliegt auch die Strahlung der Sonne Richtung Erde gewissen Schwankungen, die sich wiederum auf das irdische Klima auswirken. So wird die eigentliche Ursache für die verhältnismäßig regelmäßigen Schwankungen zwischen Kalt- und Warmzeiten im Quartär in der Variabilität der Erdbahnparameter gesehen. Diese Erklärung wird nach dem Pionier der Erforschung des orbitalen Antriebs auch als Milankovitch-Theorie bezeichnet.

1 Exzentrität, Obliquität und Präzession

Skizze der wesentlichen Änderungen in Position und Umlaufbahn der Erde mit den jeweiligen Periodendauern

Es gibt zum einen die Abweichung der elliptischen Erdbahn von der Kreisbahn, die sog. Exzentrität, die mit 2,4 W/m2 der Solarkonstanten den geringsten Effekt auf die Solarstrahlung hat, der sich allerdings auf den gesamten Globus und nicht nur auf bestimmte Breiten auswirkt. Einen größeren Einfluss hat mit ca. 20 W/m2 bei z.B. 50 °N die Variation in der Neigung der Erdachse gegen die Erdbahnebene, die Obliquität, allerdings nur in den höheren Breiten und so, dass die Effekte auf Nord- und Südhalbkugel sich weitgehend ausgleichen. Noch größer ist mit 70 bis 100 W/m2 bei 50 °N der Effekt der Präzession, die die Jahreszeiten auf der Erdbahn um die Sonne wandern lässt, so dass manchmal der Nord-Winter den sonnenächsten Punkt (Perihel) durchläuft wie gegenwärtig, manchmal der Nord-Sommer wie zu Beginn des Holozäns, was damals das Abtauen der eiszeitlichen Gletscher begünstigte.

In der Summe kommt es zu komplizierten Überlagerungen und Abhängigkeiten der einzelnen Effekte. So ist die Präzession von der Exzentrizität abhängig und verstärkt deren Wirkung, so dass der Wechsel von Warm- und Kaltzeiten im wesentlichen die 100.000-Jahresperiode der Exzentrizität widerspiegelt. Obliquität und Präzession sind für die globale Temperatur allein wenig wirksam, da die gegensätzlichen Wirkungen auf Nord- und Südhemisphäre sich im globalen Mittel aufheben und die atmosphärische und ozeanische Zirkulation für einen verhältnismäßig raschen Energieausgleich sorgt. Um eine Eiszeit herbeizuführen ist z.B. nicht die mittlere Bestrahlung entscheidend, sondern die winterliche Einstrahlung auf der Nordhalbkugel. Im Winter ist es ohnehin kalt genug für Eis in der Arktis. Wenn zusätzlich aber die Sommer so kalt sind, dass weniger Eis schmilzt als sich im Winter gebildet hat, kommt es zu einer Eiszeit.

2 Verstärkungseffekte

Der orbitale Antrieb kann jedoch nicht als einzige Ursache für den Beginn des Eiszeitalters und das Auslösen der einzelnen Kaltzeiten gesehen werden, da es in der Erdgeschichte auch lange Perioden ohne großflächige Eisschilde gegeben hat. Die Variationen der Erdbahnparameter waren Auslöser und geeignete Randbedingungen, deren Wirkung aber noch durch andere Faktoren verstärkt wurden. So werden als eine Ursache für den Beginn sowohl der antarktischen wie der nordhemisphärischen Vereisung tektonische Vorgänge und deren Einfluss auf die ozeanische Zirkulation angenommen.[1] Außerdem spielte der CO2-Gehalt der Atmosphäre eine wesentliche Rolle, der mit den Temperaturschwankungen eine enge Kopplung aufweist, wie verschiedene Untersuchungen von Eisbohrkernen der Antarktis und Grönlands belegen.[2] Danach soll die Konzentrationsabnahme des Treibhausgases Kohlendioxid (zusammen mit Methan und Distickstoffoxid) für fast die Hälfte der Temperaturveränderung zwischen Warm- und Kaltzeit stehen.[3] Andere positive Feedbackprozesse wie die Eis-Albedo-Rückkopplung und die Variabilität des Wasserdampfgehaltes in der Atmosphäre spielten eine zusätzliche Rolle. Für die Schwankungen innerhalb der Kaltzeiten zwischen sogenannten Stadialen und Interstadialen werden Rückkopplungseffekte im Zusammenhang mit der thermohalinen Zirkulation angenommen.

3 Einzelnachweise

  1. Haug, G., R. Tiedemann und R. Zahn (2002): Vom Panama-Isthmus zum Grönlandeis, Spektrum der Wissenschaft Dossier 1/2002, 50-52
  2. neuerdings über die letzten 8000000 Jahre: Dieter Lüthi, Martine Le Floch, Bernhard Bereiter, Thomas Blunier, Jean-Marc Barnola, Urs Siegenthaler, Dominique Raynaud, Jean Jouzel, Hubertus Fischer, Kenji Kawamura und Thomas F. Stocker (2008): High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000–800,000 years before present, in: Nature, Vol. 453, S. 379-382, online
  3. Hansen, J. et al. (2008): Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity Aim?

4 Siehe auch

5 Unterricht


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