Das globale Ökosystem

Die Klimageschichte der Erde

Das Klima der Erde hat sich im Laufe der Erdgeschichte immer wieder dramatisch geändert; blieb aber seit der Entstehung des Lebens immer in einem Bereich, der Leben ermöglichte. Die Geschichte der Erde kann nur verstehen, wer die Klimageschichte versteht; und auch der gegenwärtige Klimawandel muss in diese Geschichte eingeordnet werden: Ist er Teil natürlicher Zyklen oder vom Menschen verursacht?

Schwache Sonne, warme Erde
Das Rätsel der Erdfrühzeit

Die Sonnenstrahlung entsteht aus Fusionsreaktionen im Sonneninneren, und alle Berechnungen zeigen, dass die Sonne nach Beginn der Sonnenzündung (Die Entstehung von Sonne und Erde) etwa 30 Prozent schwächer gestrahlt hat als heute und dass die Strahlung dann mehr oder weniger gleichmäßig zugenommen hat. Bei dieser schwachen Strahlung hätte die Erde eigentlich 20 Grad kälter sein sollen – und damit vereist. Das war sie aber nicht, wie alleine die Geschichte des Lebens beweist. Wir verfügen nicht über Proben der damaligen Luft, so dass über die Gründe für die vergleichsweise hohen Temperaturen Indizien Auskunft geben müssen. Den Stand der Forschung haben Kasting und Catling (850) zusammengefasst; nach ihrer These lagen die damaligen hohen Temperaturen an den Treibhausgasen (hier) Kohlendioxid und Methan – beide kamen wohl auf der frühen Erde in deutlich höherer Konzentration als heute vor. Eine entscheidende Rolle bei der Temperaturregulation der Erde spielte demnach der anorganische Kohlenstoffkreislauf: Regenwasser und Kohlendioxid aus der Luft bilden Kohlensäure und die Kohlensäure im Regenwasser lässt Gesteine verwittern; die dabei entstehenden Karbonate gelangen ins Meerwasser und durch Sedimentation teilweise in die Erdkruste – sie werden dem Kohlenstoffkreislauf der Atmosphäre und der Meere entzogen. Durch die Vorgänge der Plattentektonik (Plattentektonik) wird ein Teil dieses Kohlendioxids wieder freigesetzt, vor allem durch Vulkane. Die Verwitterung und damit die Sedimentation von Kohlendioxid ist stärker bei höheren Temperaturen und langsamer bei kälteren Temperaturen, so dass sie langfristig als temperaturausgleichender Regelkreis wirkt (allerdings ist dieser Regelkreis viel zu langsam, um Einfluss auf die vom Menschen verursachte Erhöhung der Kohlendioxidkonzentration zu haben). Ein anderes wichtiges Treibhausgas der Erdfrühzeit dürfte Methan gewesen sein; in einer sauerstofffreien oder sauerstoffarmen Atmosphäre verbleibt Methan viel länger in der Atmosphäre als heute. Allerdings widersprechen Gesteinsanalysen den Thesen von Kasting und Catling: Eisenoxide und Eisenkarbonate, die sich in Gesteinen aus dieser Zeit finden, sprechen gegen eine hohe Kohlendioxid- Konzentration in der Atmosphäre. Minik Rosing und seine Mitarbeiter (851) haben gezeigt, dass auch die geringere Reflexion von Sonnenstrahlung eine Erde, auf der Meere noch eine größere Fläche eingenommen haben, und eine verringerte Wolkenbildung durch weniger von Lebewesen ausgestoßene Kondensationskeime ausreichen würden, um ein Einfrieren der Erde zu verhindern.

Schneeball Erde
Die Beinahe-Katastrophe vor 750 Millionen Jahren

Dass es Eiszeiten auf der Erde gab, ist seit der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts, vor allem dank der Arbeiten des Geologen Louis Agassiz, bekannt. Eiszeiten kann man unter anderem an geologischen Ablagerungen wie Tillit und Geschiebemergel erkennen. Eine erste, relativ kurz anhaltende Eiszeit gab es vor 2,9 Milliarden Jahren (860) – möglicherweise wurde sie durch Methan ausgelöst, das in der Stratosphäre zu großen Kohlenwasserstoff-Molekülen reagierte, die die Sonnenstrahlung absorbierten. Eine länger andauernde Eiszeit (Huronische Eiszeit) folgte vor 2,4 – 2,2 Milliarden Jahren – diese hat vermutlich mit dem Zerbrechen des Superkontinents Kenorland zu tun: durch die stärkere Verwitterung von Gestein wurde Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt; und außerdem reagierte der durch Cyanobakterien freigesetzte Sauerstoff (mehr) mit dem Treibhausgas Methan zu Kohlendioxid (das ebenfalls ein Treibhausgas, aber ein weitaus schwächeres als Methan, ist). Vor dem Kältetod “gerettet” wurde die Erde dann vermutlich durch Vulkanausbrüche, die zu erhöhter Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre führten.

In ihren Ausmaßen wurden diese ersten Eiszeiten aber übertroffen von einer Serie gewaltiger Eiszeiten vor 750 bis 580 Millionen Jahren, bei der das Leben auf der Erde möglicherweise nur knapp seiner Vernichtung entkommen ist. Sie wurden unter dem Namen “Schneeball Erde” (861) populär: Damals sollen selbst Gebiete am Äquator vereist gewesen sein, die Erde wäre nicht blau gewesen, sondern weiß. Diese Eiszeit könnte durch das Zerbrechen des Superkontinents Rodinia mit verursacht worden sein: am neu entstandenen Rücken traten große Mengen Magma aus und hoben den Ozeanboden an, wodurch der Meeresspiegel stieg und große, warme Flachmeere entstanden. Die hierdurch zunehmende Verdunstung brachte erhöhte Niederschlage mit sich, die auf den kleineren Kontinenten größere Festlandflächen erreichten und so zunehmende chemische Gesteinsverwitterung mit sich brachten. Diese könnte zuerst zu einer Algenblüte geführt haben, aber schließlich über die Umwandlung in Bikarbonat (Der Kohlenstoffkreislauf) große Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid gebunden haben. Die Erde wurde kühler, und mit wachsenden Eisflächen kam eine sich selbst verstärkende ("positive") Rückkoppelung des Eises dazu: Eis reflektiert das Sonnenlicht, und die Netto-Wärmeeinstrahlung geht zurück. Hat es erst einmal eine gewisse Ausdehnung erreicht, verstärkt sich der Effekt von selbst: Durch die Abkühlung bildet sich noch mehr Eis, schließlich vereist die ganze Erde.

Dass die Erde nach einer solchen Vereisung überhaupt wieder erwärmen kann, hat wieder mit Kohlendioxid zu tun: Durch Vulkane freigesetztes Kohlendioxid kann sich auf einer vereisten Atmosphäre nicht mit Kalzium zu Kalkstein verbinden, sondern sammelt sich an – bis die Konzentration dieses Treibhausgases zu einer Erwärmung führt, die die Eisdecke abschmelzen lässt. Möglicherweise wurde die Erwärmung auch noch durch größere Mengen aus den Ozeanen freigesetzten Methans beschleunigt. Der durch die Erwärmung freigelegte Gesteinsschutt gibt aber wieder soviel Kalzium frei, dass sich dicke Kalksteinablagerungen auf dem Gletscherschutt bilden – die wieder Kohlendioxid binden. Damit kühlt die Erde wieder ab, und der Zyklus wiederholte sich. In der Zeit von vor 750 bis 580 Millionen Jahren gab es mindestens drei Eiszeiten: die Sturtische Eiszeit, die ihren Höhepunkt vor etwa 720 Millionen Jahren erreichte, die Marinoische Eiszeit vor 650 Millionen Jahren und die (schon weniger ausgedehnte) Gaskiers-Eiszeit vor 580 Millionen Jahren. Der Zyklus endete erst, als die Kontinente durch die Plattentektonik in höhere Breiten gelangten, wo die Gesteinsverwitterung langsamer verlief und nicht mehr so drastische Folgen hatte.

Wie weit die Vereisung der Erde während dieser Eiszeiten aber tatsächlich ging, insbesondere, ob die Erde selbst am Äquator vereist war, ist aber immer noch umstritten: Für die Befürworter einer solchen Hypothese sprechen insbesondere Bändereisenerze aus dieser Zeit dafür, deren Bildung mit Sauerstoffmangel im vereisten Ozean, der aus hydrodermalen Quellen austretendes zweiwertiges Eisen erhielt, bis die Meere auftauten und das Eisen oxidiert wurde, erklärt wird. Kritiker weisen aber darauf hin, dass Sedimentstrukturen aus dieser Zeit auf offene Meere hindeuten (862).

GAIA wird erwachsen
Das Leben wird zum Kohlenstoff-Speicher

Auf den “Schneeball Erde” folgten zwei weitere Eiszeiten (vor 440 und 280 Millionen Jahren). In dieser Zeit gab es bereits mehrzellige Tiere, die Skelette aus Carbonaten besaßen (Die Entwicklung des Lebens): Damit wurde das Leben selbst zum Kohlenstoffspeicher. Durch Sedimentation ging ein Teil dieses Kohlenstoffs in den Langfristspeicher der Gesteine ein, und als vor über 300 Millionen Jahre das Plankton entstand, verstärkte sich dieser Mechanismus noch. Auch im Karbon, als sich die ersten Wälder bildeten und viele der heutigen Kohlelagerstätten entstanden, wurden riesige Kohlenstoffmengen aus der Atmosphäre entfernt. (Dieser Kohlenstoff wird heute bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe wieder freigesetzt, Der Klimawandel.)

Mit der Ausbreitung moderner Korallenriffe vor 55 Millionen Jahren wurden wiederum enorme Mengen an Kohlenstoff gebunden. Seit die Wissenschaft das Thema der Klimaregulation durch das Leben untersucht, finden sich immer neue Regelkreise: Die Ausbreitung der Gräser vor sechs bis acht Millionen Jahren förderte Brände, und diese griffen auf die Wälder über: damit beschränkten Gräser die Ausbreitung von Wäldern – Wälder haben aber andere Auswirkungen auf das Klima als Grasländer. Erwärmung fördert wiederum die Entstehung von Bränden, so war ein neuer Regelmechanismus entstanden.

Klimawandel vor 55,8 Millionen Jahren
Treibhauseffekt durch Methangas?

Insgesamt wurde die Erde nach dem Ende der Eiszeit vor 280 Millionen Jahre stetig wärmer, in der Kreidezeit vor 140 bis 65 Millionen Jahren war das Erdklima tropisch warm. Danach kam es zu einer Abkühlung, die letztlich zu den Eiszeiten führte, die vor 2,6 Millionen Jahren begannen. Aber diese Abkühlung wurde vor 55,8 Millionen Jahren durch eine in geologischen Maßstäben sehr plötzliche Erwärmung um 5 bis 6 Grad Celsius unterbrochen, dem Paläozän-Eozän Temperaturmaximum (PETM). Aus der Analyse von Kalkschalen wurde deutlich, dass damals riesige Mengen Kohlenstoff freigesetzt wurden, die Konzentration an Kohlendioxid in der Luft hat sich nahezu verdoppelt. Hierdurch nahm der Treibhauseffekt zu, die Erde erwärmte sich, die Meere versauerten und es kam zu einem massiven Artensterben in den Ozeanen (mehr).

Wo kam das Kohlendioxid her, war hat also diesen prähistorischen Klimawandel ausgelöst? Die Analyse der Kalkschalen zeigte auch, dass dieser zum größten Teil aus Organismen stammen dürfte (866). Vermutlich ist bei einem Vulkanausbruch vor Norwegen Magma mit diesen Methaneisvorkommen in Kontakt gekommen, wodurch sich das Methaneis erwärmt und Methangas freigesetzt hat. Solche Methaneis-(auch: Methanhydrat-)vorkommen gibt reichlich am Meeresboden, das hier gebundene Methan geht auf methanbildende Lebewesen (Archaeen) zurück. Das durch die Erwärmung freigesetzte Methan reagierte mit Sauerstoff im Meerwasser zu Kohlendioxid – Die Folgen werden heute als der geologische Übergang vom Paläozän zum Eozän beschrieben. Und doch dürften sie im Vergleich zum menschengemachten Klimawandel heute milde sein: Zum einen zog sich der Anstieg der Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre wohl über einige Tausend Jahre hin, zum anderen traf die Erwärmung damals auf eine an Wärme angepasste Biosphäre, während die heutige Biosphäre in einer Kältephase geformt wurde. Nach etwa 50.000 Jahren begann die Kohlendioxid-Konzentration wieder zu sinken, um nach weiteren 150.000 Jahren etwa wieder den vorherigen Wert zu erreichen. Es waren wohl die geologischen Vorgänge der Verwitterung (der durch gelöstes Kohlendioxid saure Regen löst Kalzium aus Gesteinen, das in den Meeren Kalziumkarbonat bildet, das als Sediment ausfällt und langfristig zu Kalkstein wird), mit denen der Kohlendioxid in Gestein gebunden wurde, die die alten Verhältnisse wieder herstellten.

Die Verwitterung war auch die wichtigste Ursache der nach dem PETM einsetzenden dauerhaften Abkühlung der Erde: Der Kontinentaldrift führte nämlich zu dieser Zeit dazu, dass die Indische mit der Kontinentaleuropäischen Kontinentalplatte kollidierte und die Entstehung des Himalaya begann. Diese neu entstehende, riesige Gebirgskette wurde durch Gletscher und Regen kräftig abgetragen, so dass reichlich Gestein verwitterte. So wurde im Laufe der Zeit der Luft durch die oben dargestellten Prozesse in Folge der Verwitterung immer mehr Kohlendioxid entzogen; der Treibhauseffekt wurde weniger bedeutend und die Temperatur der Erde ging zurück. Dies waren geologische Vorgänge, aber nach rund 20 Millionen Jahren, also vor rund 35 Millionen Jahren, war die Abkühlung so stark, das sich – unterstützt durch weitere Verschiebungen von Kontinenten, die die Entstehung einer Meeresströmung rund um die Antarktis ermöglichten und diese von warmen Meeresströmungen vom Äquator isolierte – erste Eisschilde auf der Antarktis bildeten. Diese Eisschilde verstärkten die Abkühlung weiter, da ihre helle Oberfläche das Sonnenlicht stärker reflektierte als die unvereiste Landoberfläche zuvor. Vor 20 bis 15 Millionen Jahre entstanden auch Eisschichten auf Grönland (auf der Nordhalbkugel erfolgte die Vereisung so viel später, da die isolierende Wirkung der Meeresströmungen rund um die Antarktis fehlte und sich zudem das Wasser, das den Nordpol bedeckt, viel langsamer erwärmt hat als die Landmassen der Antarktis). Auch hier verstärkte die Reflektion der Eisschichten die Abkühlung, bis diese schließlich in den Eiszeiten des Pleistozän mündete.

Die Eiszeiten

Vor 2,6 Millionen Jahren nämlich geriet die Erde in einen neuen, instabilen Zustand: ein neues Eiszeitalter – das Pleistozän der Erdgeschichte. In diesem wechseln sich (bisher 40 bis 50) Eiszeiten mit wärmeren Phasen, den "Zwischeneiszeiten" (oder "Interglazialen") ab. Die Geschichte dieser Eiszeitalters ist wohl das am besten untersuchte Beispiel für das Verhalten der Erde als komplexes System. Ausgelöst wurde es letztendlich wohl durch den Zusammenstoß Nord- und Südamerikas: dadurch wurde die Verbindung zwischen Pazifik und Atlantik, die zuvor zwischen diesen Kontinenten bestand, geschlossen, und es entstand der warme "Golfstrom", der warmes Wasser aus der Karibik in den Nordatlantik bringt. Warmes Wasser bedeutete mehr Verdunstung, und dieses Wasser fiel im Norden als Schnee: Die so entstehenden großen weißen Oberflächen reflektierten wie die Eisschichten auf der Antarktis und Grönland das Sonnenlicht, und so führte die geänderte Wärmeverteilung zu einer Abkühlung und der Entstehung dauerhafter Eisflächen auch auf dem Nordpolarmeer. Dazu kam eine besonders “kalte” Stellung der Erde, die auf ein Phänomen zurückgeht, das auch erklärt, warum zumindest in diesem Eiszeitalter die Kaltzeiten regelmäßig von den Zwischeneiszeiten unterbrochen werden: die Milanković-Zyklen. Benannt sind diese nach dem serbische Astronomen Milutin Milanković (880). Dieser hat sich eingehend mit der Bahn der Erde um die Sonne beschäftigt. Diese kreist nicht einfach um die Sonne, sondern die Bewegung ist wesentlich komplizierter. Vereinfacht gesagt, bewegen sich sowohl die Sonne als auch die Erde auf einer Ellipsenbahn um einen gemeinsamen Schwerpunkt, und für das Klima der Erde sind, wie Milanković zeigte, drei Parameter der Erdbahn entscheidend: Erstens schwankt die Abweichung der Ellipsenbahn von der Kreisform (ihre Exzentrizität) in Perioden von ca. 413.000 Jahren und ca. 100.000 Jahren; zweitens schwankt die Neigung der Erdachse in Perioden von ca.  41.000 Jahren; und drittens taumelt die Erdachse in Perioden von ca. 26.000 Jahren.

Schema der Milanković-Zyklen: a) Die Umlaufbahn ist mal mehr, mal weniger exzentrisch, b) die Neigung der Erdachse schwankt zwischen 21,5° und 24,5°, c) die Erdachse taumelt, daher ist mal die Nordhalbkugel, mal die Südhalbkugel der Sonne zugewendet.

Nur die Schwankung der Exzentrizität ändert die Menge der eingestrahlten Energie, die beiden anderen Zyklen ändern die geographische Verteilung der Einstrahlung im Verlauf des Jahres, und auch dieses kann Auswirkungen auf das Klima haben. Fällt etwa im Sommer mehr Sonnenlicht auf die Nordhalbkugel mit ihren großen Landmassen, reagiert die Erde mit stärkerer Temperaturerhöhung. Der Temperaturverlauf der letzten 740.000 Jahre konnte mit der Untersuchung von Eisbohrkernen relativ genau nachvollzogen werden, und bestätigte die Bedeutung der Milanković-Zyklen für die Erdtemperatur eindrucksvoll. Die folgende Abbildung zeigt eine Rekonstruktion der Klimadaten der letzten 400.000 Jahre aus dem russischen Wostok-Eisbohrkern:

Klimadaten aus dem Wostok-Eisbohrkern: Temperaturverlauf (rot) und Kohlendioxid-Gehalt (gelb) der Atmosphäre in den letzten 400.000 Jahren. Weiß dargestellt: Veränderungen der Exzentrizität der Erdumlaufbahn. Quelle der Wostok-Daten: http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/icecore/ antarctica/vostok/vostok.html

Mittlerweile wurde mittels der Untersuchung von Tiefseesedimenten sogar gezeigt, dass das Klima der letzten zwei Millionen Jahre von den Milanković-Zyklen beeinflusst war (884). Dabei zeigte sich aber, dass es beim Eisvolumen der Erde einen Übergang gab: bis vor ca. 1 Mio. Jahre hat der 100.000-Jahres-Zyklus einen deutlichen Einfluss, seither der 41.000-Jahre-Zyklus. Insofern ist die Orbitalbahn der Erde zwar der Taktgeber, aber nicht der einzige Faktor, der das Erdklima bestimmt. Das zeigt sich auch bei der genauen Betrachtung der letzten Eiszeit: Vor rund drei Millionen Jahren kamen alle Zyklen so zusammen, dass die kühlsten möglichen Sommer folgten. Allerdings konnte die Änderung der Sonneneinstrahlung selbst bei Berücksichtigung der Auswirkungen der Veränderung des Golfstroms die beobachteten Temperaturabweichungen nicht alleine erklären – auch dies sprach dafür, dass es weitere Faktoren geben musste, die diese verstärkten.

Es sind die oben schon erwähnte Veränderung des Albedo (der Reflektion der Sonnenstrahlung) der Erde durch mehr Schnee und Eis sowie ein Einfluss dieses Eises auf den Wasserdampfgehalt der Luft: Je mehr Wasser im Eis gebunden ist, desto weiter sinkt der Meeresspiegel und die Ausdehnung der Meere über dem Kontinentalsockel. Damit sinkt aber auch die Verdunstung über dem Meer und die Menge an Wasserdampf in der Luft – Wasserdampf ist aber wie Kohlendioxid ein Treibhausgas, und sinkende Konzentration bedeuten daher sinkende Temperaturen. Der wichtigste Faktor ist aber noch ein anderer, und auch diesen zeigt die Abbildung oben: Erkennbar wird der enge Zusammenhang zwischen Temperatur und Kohlendioxidgehalt der Luft. Offenbar lösen die geringen Änderungen der ankommenden Sonnenstrahlung, die mit den Milanković-Zyklen beschrieben werden, eine Änderung der Temperatur und diese eine Änderung des Kohlendioxid-Gehalts der Luft aus, der mit seinem Treibhauseffekt diese Temperaturänderung wiederum verstärkt. Schmilzt bei einer Erwärmung dann das arktische Meereis, wird zudem weniger Sonnenlicht reflektiert; und dieses verstärkt wiederum den Temperatureffekt. Wenn die Temperatur sinkt, fällt auch der Kohlendioxid-Gehalt wieder.

Was genau die Änderungen des Kohlendioxid-Gehalts in der Luft verursacht, war lange nicht gekannt. In den letzten Jahren konnte man mit Klimasystemmodellen, die zur Aufklärung des Klimawandels entwickelt wurden (890), auch zeigen, wie diese Schwankungen des Kohlendioxid-Gehalts entstehen könnten. Zu Beginn einer Kältezeit spielen demnach vor allem physikalische Faktoren eine Rolle: Die sinkende Temperatur führt zu einer Abkühlung des oberflächennahen Meerwassers, und kühles Wasser kann mehr Kohlendioxid aufnehmen, wodurch die Konzentration in der Luft sinkt. Außerdem führt die Abkühlung dazu, dass die obere Schicht des globalen Förderbandes dünner wird, und dadurch kann mehr (kühleres und salzigeres) Wasser aus dem südlichen Ozean in den Nordatlantik gelangen. In diesem ist mehr anorganischer Kohlenstoff enthalten, so dass hierdurch ein größerer Anteil von Kohlenstoff in die Tiefsee transportiert wird. Im weiteren Verlauf der Kaltzeit spielen dann biogeochemische Faktoren eine zentrale Rolle. So führt dann unter anderem ein sinkender Meeresspiegel dazu, dass von freigelegten Landflächen mehr eisenhaltiger Staub ins Meer geweht wird, der als Dünger für das Phytoplankton wirkt, das wiederum durch gesteigerte Photosynthese mehr Kohlendioxid verbraucht und so die Kohlendioxid-Konzentration weiter senkt. Geht dann die Kaltzeit zu Ende, kehren sich diese Prozesse um: So führt reduzierter Düngereintrag zu einer zurückgehenden Produktivität der Meeresorganismen, wodurch die Kohlendioxid-Konzentration in der Luft ansteigt; und auch der Kohlendioxid-Transport in die Tiefsee verlangsamt sich wieder.

Im Laufe der Eiszeiten folgte die Kohlendioxid-Konzentration in der Luft also zumeist den steigenden Temperaturen und verstärkte damit den Einfluss der geänderten Einstrahlung. Diese Rückkoppelung ist für uns heute besonders relevant: Während der vergangenen 740.000 Jahre bewegte sich der Kohlendioxid-Gehalt immer zwischen 180 und 280 ppm; erst in der Folge der Verbrennung fossiler Brennstoffe seit der Industriellen Revolution stieg er auf mittlerweile über 410 ppm – der wichtigste Grund für den gegenwärtigen Klimawandels. Die Reaktion des Klimasystems auf Änderungen des Strahlungshaushaltes, die anhand der Daten aus der Untersuchung der Eiszeiten möglich ist, erlaubt es auch, die Empfindlichkeit des Klimasystems für die Erhöhung des Kohlendioxid-Gehalts in der Atmosphäre abzuschätzen (die sogenannte “Klimasensitivität”) – und ist damit eine wichtige Datengrundlage zur Abschätzung der Folgen des Klimawandels (mehr dazu hier).

In den letzten Jahrzehnten wurde noch eine weitere Abweichung vom alleinigen Einfluss der Sonnenstrahlung erkannt: Vor allem in Nordeuropa kam es während der letzten Eiszeiten mehrfach zu teils abrupten Klimawechseln, bei denen die Temperatur in Grönland in nur einem Jahrzehnt um bis zu 10 °C anstieg. (Klimaforscher kennen diese als Dansgaard-Oescher-Ereignisse [894] und Heinrich-Ereignisse [896].) Ursache waren wahrscheinlich Änderungen der Meeresströmungen, die Wärme in den Nordatlantik bringen (Der Ozean und das Erdklima). Hinter den Heinrich-Ereignissen stehen vermutlich Teile des Nordamerikanischen Kontinentaleises, die abbrachen und ins Meer rutschten und dann die Atlantikströmung vorübergehend zu Erliegen brachten. Die Dansgaard-Oescher-Ereignisse gehen vermutlich auf Aktivitätszyklen der Sonne zurück. Auch dieses muss in Zusammenhang mit dem Klimawandel beunruhigen: Die Auslöser für diese Änderungen waren offenbar minimal; und eine erneute, diesmal vom Menschen ausgelöste Änderung scheint durchaus möglich (Die Folgen des Klimawandels). Vor 15.000 Jahren begannen die Temperaturen zu steigen (die Allerödzeit der Archäologen), Auslöser war eine durch die damaligen Parameter der Erdbahn verstärkte Sommersonne im hohen Norden. Vor etwa 13.000 Jahren gab es noch einmal einen Rückschlag (ein weiteres Beispiel für einen abrupten Klimawechsel): Vermutlich verursacht von abbrechenden Teilen des Nordamerikanischen Kontinentaleises, das ins Meer rutschte und das globale Förderband unterbrach (also ein Heinrich-Ereignis), kam zu einer letzten Kaltzeit, der Jüngeren Dryas. Als vor 11.700 Jahren das Förderband wieder einsetzte und das Eis sich zurückzog, begann eine ausgedehnte Warmzeit, die bis heute anhält: Der lange Sommer, in dem die weitere menschliche Geschichte sich entfalten sollte. Der Mensch ist historisch gesehen ein Kind der Eiszeiten; die Gattung Homo ist vor gut zwei Millionen Jahren entstanden, hat also ihre biologische Evolution während der Eiszeiten durchlaufen (Die Entwicklung des Menschen) – erst nach den Eiszeiten aber wurde sie zur beherrschenden Art auf der Erde.

Der lange Sommer

Seit 11.700 Jahren leben wir also in einer Zeit mit warmem, relativ stabilem Klima (dem Holozän der Geologen). Klimatisch ist dieses wohl “nur” eine Zwischeneiszeit, also eine wärmere Phase zwischen den Kaltzeiten des immer noch andauernden Eiszeitalters; aber eine Warmzeit, die in den 413.000-jährigen Milanković-Zyklus fällt und daher noch lange andauern sollte: Die entsprechende Warmzeit vor gut 400.000 Jahren hat jedenfalls 26.000 Jahre angedauert. Auch in dieser Zwischeneiszeit schwankte das Klima, aber wesentlich weniger als zuvor. Die erste Hälfte war sogar wärmer als heute (diese Phase wird “holo­zänes Optimum” genannt, unterbrochen wurde diese jedoch durch eine kleinere Abküh­lung vor 8.200 Jahren, das “8k-Event”: Offenbar hat sich die Eisdecke über Nordamerika so weit zurückgezogen, dass ein riesiger Schmelzwasser-See, der Agassizsee, in den Nord­atlantik strömte und das globale Förderband unterbrach. Diese Abkühlung dauerte nur etwa 200 Jahre, danach kehrte das wärmere Klima zurück. Alle weiteren "größeren" Schwankun­gen scheinen nach heutigem Wissen keine globalen, mitunter aber ausgedehnte regionale Phasen gewesen zu sein: auf die wärmere Phase nach dem 8k-Event folgte auf der Nord­halbkugel eine Abkühlung, die vor 6.000 Jahren in südlichen Gebieten zur Austrocknung der Sahara führte und in Mesopotamien zur Ausweitung der Bewässerung zwang. Auf diese bronzezeitliche Abkühlung folgte eine “römische Warmzeit” von etwa 400 vor Christus bis 200 nach Christus, und von 300 bis 600 eine erneuter Temperaturrückgang, die als einer Auslöser der Völkerwanderung gilt. Auf diese folgte auf der Nordhalbkugel die “mittel­alterliche Warmzeit”, eine im 8. Jahrhundert beginnende und bis ins 13. Jahrhundert andauernde wärmere Periode. Diese wurde dann von der von 1500 bis 1850 dauernden “kleinen Eiszeit” abgelöst (auch diese ist vermutlich auf die Nordhalbkugel beschränkt gewesen).

Die aktuelle Zwischeneinzeit (für die der Archäologe Brian Fagan den Begriff “langer Sommer” geprägt hat) ermöglichte zwei grundlegende Entwicklungen, die die menschliche Geschichte bestimmen sollten: Es entstanden die Ökosysteme, wie wir sie heute kennen (Die Lebensräume der Erde), und sie trug dazu bei, dass der Mensch zur Landwirtschaft überging (Das Zeitalter der Landwirtschaft) – wobei möglicherweise die Landwirtschaft selbst das Erdklima beeinflusste (Klimafaktor Landwirtschaft?). Die Landwirtschaft schuf die Voraussetzungen für die Industrielle Revolution, deren Ergebnisse heute unser Leben – und unsere Umwelt – prägen (Das Zeitalter der Industrie).

In neuerer Zeit beginnt man auch damit, den Einfluss von Klima- und Umweltveränderungen auf die menschliche Geschichte zu untersuchen – denn das Klima der Warmzeit war zwar im erdgeschichtlichen Vergleich stabil, aber auch seine vergleichsweise geringen Schwankun­gen hatten offenbar einen tief greifenden Einfluss auf die menschliche Geschichte. So wird etwa die Völkerwanderung mit einer kälteren Phase, die in den zentralasiatischen Steppen zu Trockenheiten führte, in Verbindung gebracht. Während der mittelalterlichen Warmzeit, die bessere Ernten und zunehmende Bevölkerungszahlen ermöglichten, fanden die Aus­breitung des Islam, die Kreuzzüge und die Eroberungen der Türken und der Mongolen statt. Andererseits wird das Verschwinden alter Kulturen in Amerika, etwa der Anasazi, der Nasca und der Maya, mit trockenen Zeiten in Verbindung gebracht. In Mitteleuropa ließ sich zeigen, dass im frühen 17. Jahrhundert Hexenprozesse und -hinrichtungen immer dann zunahmen, wenn klimatische Besonderheiten wie kalte Sommer auftraten: Offenbar erklär­ten sich die Menschen das Wettergeschehen mit dem Einfluss der Hexen. Missernten führten auch zu Auswanderungsschüben nach Amerika, dessen Besiedlung so beschleunigt wurde.

“Das Klima hat sich schon immer geändert” –
Spricht dies gegen einen vom Menschen ausgelösten Klimawandel?

Der Überblick oben zeigt es: Das Klima der Erde war einerseits seit Milliarden von Jahren stabil genug, um Leben auf der Erde zu erhalten; andererseits gab es aber Klimaschwan­kun­gen, durch die das Leben wohl mehr als einmal auf der Kippe stand. Warum dann also heute die Aufregung um einen Temperaturanstieg von "nur" einem Grad? Zum ersten, weil diesmal die natürlichen Gründe wie Erdumlaufbahn, Neigung der Erdachse, Sonnenaktivität oder auch Naturkatastrophen diesen Temperaturanstieg nicht erklären können; der heutige Klimawandel von uns Menschen selbst verursacht (siehe Der Klimawandel). Das bedeutet aber: Er ist kein Schicksalsschlag, er wäre vermeidbar gewesen und ist, wenn wir jetzt handeln, zumindest in seinen Auswirkungen zu begrenzen.

Denn zum zweiten zeigt die Klimageschichte, dass es nicht nur wärmer wird, sondern hö­here Temperaturen Folgen haben: Zum Beispiel steigt der Meeresspiegel. Und die abrupten Klimawechsel in Grönland während der letzten Eiszeiten etwa machen klar, dass das Klima auch sehr empfindlich reagieren kann: Es gibt “Schalter” im Klimasystem (wie die Änderung von Meeresströmungen), deren Umlegen zur in der Vergangenheit das Gesicht der Erde mehrfach verändert hat. Zwei Beispiele nur aus der Klimageschichte: Das Paläozän-Eozän Temperaturmaximum vor 56 Millionen Jahren führte zum Aussterben von zwei Dritteln aller Arten in den Meeren und auf dem Festland zum Aufstieg der Säugetiere; im Pliozän, vor den Eiszeiten, war es zwei bis drei Grad wärmer als heute und der Meeresspiegel lag 15 bis 25 Meter höher. Damals gab es aber noch keine menschliche Zivilisation mit Landwirtschaft und Millionenstädten an der Küste. Das Leben an sich würde zweifellos – wenn auch ver­ändert – den menschengemachten Klimawandel überstehen; ob dies aber auch für komplexe menschliche Zivilisationen gilt, ist eine andere Frage. Mit den Worten von Leibniz-Preis­träger Gerald Haug vom Geoforschungszentrum Potsdam: “Wir sind auf dem Weg zurück ins Pliozän... Die Frage ist: Wollen wir wirklich dorthin?”

Manche “Klimaskeptiker” (Menschen, die an einen vom Menschen verursachten Klima­wandel nicht glauben oder seine Folgen für nicht so schlimm halten) nennen die wechsel­volle Klimageschichte als Grund, den Klimawandel nicht als Problem zu sehen. Bei genauem Hinsehen lehrt die Klimageschichte aber das genaue Gegenteil: Klimaänderungen können sich mit großer Geschwindigkeit vollziehen, die heute für die Menschheit katastrophale Fol­gen hätten. Eigentlich ein gutes Argument dafür, den vom Menschen gemachten Klima­wandel nicht ungebremst weitergehen zu lassen. Mehr dazu hier.

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Die Erde als Ökosystem
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Klima
Lebensraum Ozean
Lebensräume des Festlandes

siehe auch:
Der Klimawandel

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