Leben in einem Treibhaus - 3. Beitrag nach den goldigen Geysiren und der Eiszeit

verfasst von Herbi, dem Bremser, 17.08.2002, 01:37

-->Fortsetzung von zwei Beiträgen vom April, etwa am 27. und 29.
Dieser Beitrag war ebenfalls für den April geplant, aber die Börse gab interessantere Themen ab.

Moin Freunde der Erdgeschichte
Moin rodex

Ich hatte neulich die goldigen Geysire übermittelt und auch einen Ausflug in eine der letzten Eiszeiten mit Euch unternommen. Heute, dacht ich mir, könnte ich mit dem Leben in einem Treibhaus einmal alle erwärmten Gemüter über eine weltweit ansteigende Wassertemperatur ein wenig abkühlen.


LEBEN IN EINEM TREIBHAUS

.. Bestimmte Gase in der Atmosphäre haben eine tiefgreifende Wirkung auf die Temperatur der Erdoberfläche. Die wichtigsten dieser Gase sind Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan, Distickstoffoxid, Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) und Ozon. Computergestützte Klimamodelle zeigten, daß die Durchschnittstemperatur der Erdoberfläche ohne diese Gase bei -6 ° C läge statt bei den erwähnten 15 ° C. Bei Ansteigen ihres Gehalts nimmt auch die Temperatur zu und umgekehrt.

Dieser Vorgang wird als Treibhauseffekt bezeichnet, weil die Treibhausgase ähnlich wirken wie ein Treibhaus, in dem die Luft sehr warm ist, um den Pflanzen gute Wachstumsbedingungen zu bieten. Das Vorhandensein von Treibhausgasen in der Atmosphäre ermöglicht erst Leben auf der Erde. Trotzdem ist die in den vergangenen Jahren erfolgte Erwärmung ein besonderes Phänomen. Vor allem der massive Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre dürfte für die globale Erwärmung der letzten 150 Jahre verantwortlich sein. Tatsächlich ergaben Berechnungen, daß die erwartete Verdopplung der heutigen Konzentration an Treibhausgasen in den nächsten 50 Jahren die mittlere Oberflächentemperatur um etwa 2 ° C steigen lassen wird.

Russische Forscher untersuchten die Änderung der Konzentration von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan in der Atmosphäre über der Antarktis während der letzten 150000 Jahre. Die dafür nötigen Informationen erhielten sie durch Bohrungen im Eis an der russischen Station Vostok. Sie analysierten die im Eis eingeschlossenen Gasblasen - also Proben der Luft aus der Zeit, als sich das Eis bildete - und bestimmten anhand der Sauerstoffisotope im Eis außerdem die jeweils herrschende Temperatur. Dabei fanden sie eine verblüffende Verbindung zwischen der Kohlendioxid- und Methankonzentration und der Temperatur. Ihre Ergebnisse führten zu der Theorie, daß der Anteil der Treibhausgase das globale Klima über Jahrmillionen reguliert.

Die Erde durchläuft sogenannte Treib- und Kühlhausstadien, da die Atmosphäre entweder warm oder kalt ist. Aber die wenigen Eiszeiten der Erdgeschichte belegen, daß das Treibhausstadium, »normal« ist, nur gelegentlich unterbrochen von Kühlhausbedingungen,. Robert Berner von der Yale University versuchte, die Theorie durch die Berechnung des Gehalts von Treibhausgasen in der Atmosphäre über längere Zeiträume zu erhärten. Leider gibt es keine direkten Messungen in geologischen Aufzeichnungen für die Zeit vor 150000 Jahren. Bei Berners Untersuchungen stellte sich aber heraus, daß es nur wenige Möglichkeiten gibt, Kohlendioxid zwischen dem festen Teil der Erde und der Atmosphäre auszutauschen. Letztlich scheinen nur die biologische Aktivität und die Konvektion im Erdmantel - die sich an der Erdoberfläche durch die tektonische Plattenbewegung und den Vulkanismus bemerkbar macht - die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre zu kontrollieren.

Pflanzen entziehen der Atmosphäre Kohlendioxid. Sterben sie ab und werden sie schnell eingebettet, entsteht ein Verlust an Kohlendioxid in der Atmosphäre. Wenn die Überreste der Organismen dann aufgeheizt oder durch Erdbewegungen freigesetzt werden, gelangt das Kohlendioxid wieder in den Kreislauf. Ausbrechende Vulkane stoßen große Mengen Kohlendioxid aus, das letztlich aus dem Erdmantel stammt. Ein umkehrbarer Prozess, die sogenannte Urey-Reaktion (benannt nach dem Wissenschaftler, der diese Reaktion zum ersten Mal beschrieb), hat einen wichtigen Einfluss auf die Anteile des Kohlendioxids in der Atmosphäre.

Im Niederschlagswasser gelöstes Kohlendioxid reagiert mit den Silikatgesteinen der Erdoberfläche. Endprodukte dieser Reaktionen sind Magnesium oder kalziumreiches Kalkgestein, zu deren Bestandteilen auch Kohlendioxid aus der Atmosphäre gehört. Wenn das Kalkgestein anschließend tief in die Erdkruste eingebettet und aufgeheizt wird, kehrt sich der Prozess um, und das Kohlendioxid wird wieder an die Atmosphäre abgegeben.
Robert Berners Berechnungen zeigen Überzeugende Zusammenhänge zwischen langfristigen Klimaveränderungen und dem Gehalt an atmosphärischem Kohlendioxid auf. So könnte die Eiszeit am Ende des Präkambriums (vor 700 bis 600 Millionen Jahren) auf eine globale Abkühlung zurückgehen, die durch einen massiven Niederschlag von Kohlendioxid verursacht wurde. Dies geschah zu einer Zeit, als Einzeller anfingen, sich im seichten Meerwasser anzusiedeln. Wenig später war die Konzentration an Kohlendioxid zehnmal höher als heute. Als sich bis vor rund 280 Millionen Jahren der Anteil wieder auf ein Maß reduziert hatte, das etwa dem heutigen Gehalt entspricht, bedeckten große Eisdecken Teile des Superkontinents Gondwana, der die kontinentalen Massen der südlichen Hemisphäre umfasste.

Vor 100 Millionen Jahren war die Kohlendioxidkonzentration etwa fünfmal höher als heute. In dieser warmen Periode der Erdgeschichte lebten auf dem Festland Dinosaurier, und die Polargebiete waren bewaldet. Seither gab es lange Perioden starken Abkühlens. Dies geht mit einem generellen Absinken des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre einher - ein Rückgang der atmosphärischen Anteile dieses wichtigen Treibhausgases würde ein globales Abkühlen verursachen. Zur selben Zeit bildeten sich durch Plattenbewegungen in Asien der Himalaya und das Hochland von Tibet sowie in Südamerika die Anden. Die amerikanischen Klimatologen Maureen Raymo und William Ruddiman glaubten nicht an einen Zufall - sie vermuteten, daß das Kohlendioxid aus der Atmosphäre stammte, als Folge der Urey-Reaktion, die während langfristiger Erosionsvorgänge und Verwitterung in diesen Gebirgen stattfindet. Der Prozess setzt sich mit dem Anheben des Gesteins während der Gebirgsbildung fort; Kohlendioxid aus der Atmosphäre bindet sich mit den Verwitterungsprodukten des Gesteins. Diese werden dann ins Meer eingetragen, wo sie für mehrere Millionen Jahre bleiben. Seit Beginn der Industrialisierung gelangen große Mengen an Kohlendioxid wieder in die Atmosphäre, die ihr lebende Organismen vor 100 Millionen Jahren entzogen hatten. Dies ist ein wesentlicher Beitrag zur gegenwärtigen globalen Erwärmung.

EIN FEHLER IM SYSTEM

Viele Klimatologen sind davon überzeugt, daß Treibhauseffekt und Klimaveränderung so noch nicht ausreichend erklärt sind. Ein Problem ist, daß die Atmosphäre wie ein gekoppeltes System arbeitet, das so vielfältig mit der Erdoberfläche verbunden ist, daß Ursache und Wirkung nur schwer auseinander zu halten sind. In manchen Fällen ist es wahrscheinlich, daß die globale Abkühlung die Abnahme von Treibhausgasen wie Kohlendioxid auslöst und nicht umgekehrt.

Dazu kann es kommen, weil das Abkühlen der Atmosphäre wesentlich schneller erfolgt als das der Ozeane: Die Abkühlung der Atmosphäre resultiert in einem Anstieg des Temperaturgradienten in den Oberflächenschichten der Meere, was wiederum heftige Meeresströmungen in den obersten Schichten der Ozeane bewirkt. Das aufgewühlte Meerwasser ist mit Sauerstoff angereichert, was zu einer besseren Nährstoffverteilung führt und die Vermehrung kleiner planktonischer Organismen fördert. Diese nehmen während ihres Wachstums viel Kohlendioxid auf und setzen somit eine biologische Pumpe in Bewegung, die der Atmosphäre Kohlendioxid entzieht und damit die globale Abkühlung beschleunigt.

Es gibt noch einige weitere kleine Schönheitsfehler in der Treibhaustheorie. Ein Problem etwa ergibt sich, wenn Computermodelle die Auswirkungen der Treibhausgase darstellen. Die Modelle tendieren dazu, eine generelle Erwärmung des Klimas in allen geographischen Breiten vorherzusagen, wenn die Konzentration der Treibhausgase ansteigt, während die vorhandenen klimatischen Indikatoren wie fossile Pflanzen und die Auswertung der Sauerstoffisotope auf eine wesentlich komplexere Situation schließen lassen. Hier zeigt sich nämlich einheitlich eine größere Erwärmung an den Polen, jedoch eine geringere in den äquatornahen Tropen. Das deutet darauf hin, daß in den klimatischen Veränderungen eine weitere Schlüsselfunktion wirksam ist - vielleicht das System der Meeresströmungen, die die Wärme so wirkungsvoll über die Erde verteilen. Meeresströmungen können das Wachstum von Eisdecken beeinflussen, indem sie die Temperatur der Atmosphäre verändern. Es gibt eine Tendenz, daß äquatoriales warmes Oberflächenwasser durch Winde in polnähere Breiten transportiert wird. Mit dem Golfstrom gelangt oberflächennahes, warmes Wasser vom Äquator in die hohen Breiten des Nordatlantiks, weshalb an der Westseite Nordeuropas ein gemäßigtes Klima herrscht. Weltweit verteilt ein System von Meeresströmungen in den größeren Tiefen der Ozeane das Wasser in anderen Richtungen als das Oberflächenwasser. Diese Strömungen kommen durch die Dichteunterschiede im Wasser zustande und durchziehen die großen Ozeane. Im Nordatlantik, in der Nähe von Island, verdunstet das Oberflächenwasser unter sehr kalten Bedingungen, oder es gefriert. Beide Prozesse lassen den Salzgehalt im Oberflächenwasser lokal ansteigen, wodurch es ungewöhnlich dicht wird. Das dichte Wasser sinkt ab und strömt in Richtung Süden durch den Atlantik bis zur Antarktis, wo es mit einer tiefen Strömung kalten und salzigen Wassers zusammentrifft. Die kalten Strömungen fließen weiter, erwärmen sich leicht und steigen im Indischen oder Pazifischen Ozean schließlich auf ein seichteres Niveau. Dieser Prozess wird auch thermohaline (an Temperatur und Salzgehalt gebundene) Zirkulation genannt.

Die globale Strömung des kalten und salzigen Tiefenwassers setzt Meeresströmungen aus mittleren Wassertiefen in Bewegung. Im Nordatlantik und im Meer um die Antarktis, wo das kalte und salzige Wasser zum Meeresboden hin absinkt, kommt warmes Wasser aus den mittleren Zonen an die Oberfläche, um dieses zu ersetzen. Dieses Emporsteigen wühlt nicht nur die Nährstoffe und den Sauerstoff in den Ozeanen auf, was reiche Fischgründe zur Folge hat, sondern erwärmt auch die Atmosphäre, wobei erstaunliche Mengen an Energie frei werden. Das ist besonders im Nordatlantik wichtig, wo das aufsteigende Wasser das nordeuropäische Klima erwärmt. Klimatologen machten eine Folge von Ereignissen gegen Ende der letzten maximalen Vereisung aus, die die Bedeutung der thermohalinen Zirkulation für das Klima hervorheben. Die Auswertung der Sauerstoffisotope in Eisbohrkernen aus dem Zentrum der grönländischen Eisdecke zeigt eine stetige Erwärmung nach dem letzten glazialen Maximum vor ungefähr 13000 Jahren. Danach wurde das Klima abrupt kälter. Dieser Zeitraum wird als Jüngere Dryas bezeichnet; der Name ist von der arktischen Pflanze Dryas octopetala abgeleitet. Vor etwa 11500 Jahren begann ein rascher Anstieg der mittleren Lufttemperatur in Grönland; er betrug in den folgenden 50 Jahren insgesamt 7 °C, was global eine mittlere Erwärmung um 4 °C über die gesamte Periode bedeutet. Vergleicht man dies mit der heutigen globalen Erwärmung von etwa 0,1 °C pro Dekade [entsprechend nur 0,5 °C in jenen 50 Jahren], läßt sich erahnen, wie gewaltig die Temperaturänderungen vor 11500 Jahren gewesen sein müssen.

Der Ozeanograph Wallace Broeker glaubt, daß das stückweise Vorwärtskommen der thermohalinen Zirkulation die Jüngere Dryas auslöste. Als die Eisdecken am Ende des letzten glazialen Maximums schmolzen, gelangte eine gewaltige Menge an kaltem Süßwasser ins Meer. Durch diese Zufuhr von Süßwasser wurde das Oberflächenwasser des Nordatlantiks vor 13000 Jahren so verdünnt, daß es nicht mehr salzig genug war, um auf den Ozeanboden zu sinken. Das schränkte die globale thermohaline Zirkulation ein, bis sie zum Stillstand kam. In Nordeuropa fehlte die Erwärmung durch die aufsteigende thermohaline Zirkulation, und das Klima kühlte plötzlich ab. Als die Zufuhr an Schmelzwasser abklang, sammelte sich wieder genug Salz im Nordatlantik, um die thermohaline Zirkulation erneut in Gang zu setzen, was die starke Erwärmung zum Ende der Jüngeren Dryas vor 11500 Jahren verursachte. Wenn Veränderungen der Meeresströmungen kurzzeitige Veränderungen des globalen Klimas bewirken können, dann haben sie vielleicht auch einen Langzeiteffekt.

Möglicherweise wurde beispielsweise die globale Abkühlung vor 15 Millionen Jahren dadurch ausgelöst, daß Plattenbewegungen die Antarktis von Südamerika trennten und es zur zirkum-antarktischen Meeresströmung kam. Diese Strömung blockiert die Zufuhr von warmen Wasser aus dem Süden in den Pazifischen und den Indischen Ozean und hält so die Sommertemperaturen in der Antarktis niedrig. Das Schließen des Isthmus von Panama als Folge der Plattenbewegungen in der Karibik bewirkte ebenfalls eine Barriere der äquatorialen Verbindung zwischen dem Pazifischen und dem Atlantischen Ozean, wodurch sich die Bewegungen der Meeresströmungen änderten. Dies löste vielleicht die Abkühlung vor 2,5 Millionen Jahren aus, die zur Vereisung weiter Teile der Nordhalbkugel führte.

Es gibt noch andere Faktoren, die sich tiefgreifend auf das globale Klima auswirken. Staubpartikel von Vulkanausbrüchen, die in die obere Atmosphäre gelangen, reflektieren Sonnenstrahlen stärker und können eine globale Abkühlung fördern. Hohe Gebirgsregionen können die Funktion der Atmosphäre beeinflussen, indem sie die Luft ableiten und höhere Bereiche der Troposphäre aufwärmen. Es scheint auch, daß die Anhebung des Hochlands von Tibet um mehr als 5000 Meter vor 8 Millionen Jahren den indischen Monsun beeinflusste.

Die Plattentektonik übt einen weiteren interessanten Einfluss aus. Es gibt einen Zusammenhang zwischen den Eiszeiten und den Perioden der Erdgeschichte, als sich Kontinente an den Polen konzentrierten. So existierten während der frühen Eiszeiten (vor cirka 600 Millionen Jahren) und auch während der späteren (vor etwa 280 Millionen Jahren) am Südpol Superkontinente. Dies wirkte sich wahrscheinlich doppelt auf das Klima aus. Zum einen bieten Landmassen eine Oberfläche, auf der sich Schnee ansammeln kann. Der Schnee absorbiert das einfallende Sonnenlicht nicht wie die Ozeane, sondern reflektiert den größten Teil der Strahlung sofort zurück ins All. Eine höhere Kontinentalmasse an den Polen führt also dazu, daß es dort kälter ist als gewöhnlich. Zum anderen können sich Eisdecken an Land weiter ausbreiten. Heute entspricht die Grenze der großen antarktischen Eisdecke mehr oder weniger dem Rand des antarktischen Kontinents. Schwimmendes Eis, das sich darunter ausdehnt, bricht ab und schmilzt. Auf der Nordhalbkugel hingegen breiten sich Eisdecken während einer glazialen Periode über Tausende von Kilometern nach Süden aus.

EINE VERÄNDERLICHE WELT

Das globale Klima gründet sich also auf äußerst komplexen Zusammenhängen, die immer noch nicht bis ins letzte Detail erklärt sind. Das sollte nicht überraschen, denn wir haben es mit einem höchst komplizierten System zu tun, auf das die unterschiedlichen Faktoren wie das Verhalten der Atmosphäre, der Ozeane, des Landes und der Umlaufbahn unseres Planeten um die Sonne einwirken. Aufgrund der sich verdichtenden Anzeichen für eine globale Erwärmung beschäftigt sich die Forschung heute intensiver mit den Wechselwirkungen in diesem System. Sicher ist jedenfalls, daß die Klimaveränderung keine Anomalie und kein Defekt des Planeten ist; sie gehört zu seinem natürlichen Verhalten.

Die Wikinger in Grönland wurden ebenso wie die Eisläufer auf der gefrorenen Themse zu Beginn des 19. Jahrhunderts Zeugen dieser natürlichen Veränderungen. Während der Übergangszeit, wenn ein Glazial endet und sich die Erde wieder erwärmt, wird die Landschaft durch geologische Aktivitäten neu belebt. Gletscher und Eisdecken schmelzen, und gewaltige Wassermassen fließen über die Oberfläche der Kontinente. Die dem Wasser innewohnende Kraft formt einen großen Teil der Landschaft auf dieser Welt und transportiert große Mengen an Gesteinsschutt. Dann ergießt sich das Wasser in die Ozeane und läßt den Meeresspiegel ansteigen. Im Laufe der Zeit zeigt sich das stetige Ansteigen und Abfallen des Meeresspiegels in der Anordnung der Sedimentschichten, die sich an den Rändern der Kontinente angesammelt haben.
Klimaschwankungen hatten die tiefgreifendsten Auswirkungen auf die Evolution des Lebens. Sehr langsame, über mehrere Millionen Jahre ablaufende Veränderungen bilden den Hintergrund für die Evolution der Arten. Schnell ablaufende Temperaturveränderungen, die sich über maximal ein paar tausend Jahre erstrecken, führen zum Aussterben der nicht anpassungsfähigen Gattungen. Die Temperaturveränderung in der Jüngeren Dryas (vor etwa 11500 Jahren) war nur von kurzer Dauer, so daß sie keinen Schaden anrichtete. Aber seither scheint das Klima während des Holozäns ungewöhnlich stabil gewesen zu sein. Vielleicht war die Entwicklung der Menschheit nur aufgrund dieser kurzen Stabilität möglich. Sicher ist, daß es in der Zukunft ähnlich große Veränderung des globalen Klimas geben wird, wie sie in der Vergangenheit bereits erfolgten - unabhängig vom Einfluss des Menschen auf die Erde.

[wiederum ex DIE ERDGESCHICHTE, ISBN 3-8290-5026-7]

Gruß
Herbi

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• Leben in einem Treibhaus - 3. Beitrag nach den goldigen Geysiren und der Eiszeit - Herbi, dem Bremser, 17.08.2002, 01:37
  • Besten Dank... - Zardoz, 17.08.2002, 02:51
  • Danke für den Beitrag! Was mich bei der massenmedialen Verflachung des Themas - kingsolomon, 17.08.2002, 10:42
  • Ergänzender Beitrag. Hab Kapitel kopiert. - SchlauFuchs, 17.08.2002, 12:46
    • Re: nochn erstklassiger beitrag! prima klima heute (owt) (owT) - tas, 17.08.2002, 16:21
  • Re: erstklassiger beitrag! - tas, 17.08.2002, 16:15
    • Bei der sogenannten Ã-kosteuer... - Zardoz, 17.08.2002, 17:31
      • Re: Bei der sogenannten Ã-kosteuer... - SchlauFuchs, 17.08.2002, 17:39
        • Werter Schlaufuchs... - Zardoz, 17.08.2002, 18:45
          • Re: Werter Schlaufuchs... - rodex, 17.08.2002, 19:43
            • Re: Werter Rodex...Steuern sind nicht ein Zeichen von Fortschritt, im Gegenteil - Baldur der Ketzer, 17.08.2002, 19:59
            • Immer cool bleiben... - silvereagle, 17.08.2002, 22:12