Natürliche Klimazyklen

Ist die seit dem 19. Jahrhundert erfolgte globale Erwärmung menschengemacht oder Ausdruck natürlicher Klimaschwankungen? Sehen wir uns die Fakten an. In den Klimaänderungen sind zyklische Muster erkennbar. Nach ihrem zeitlichen Auftreten unterscheidet man:

Langfristig: Milankovitch-Zyklen

Die von Milutin Milankovitch beschriebenen astronomischen Gesetzmäßigkeiten führen zu langfristigen, wiederkehrenden Änderungen der Sonneneinstrahlung. Es sind dies:

• Neigungsänderung der Erdrotationsachse. Ihr Neigungswinkel (Obliquität) gegenüber der Umlaufbahn der Erde um die Sonne schwankt im Verlauf von 41.000 Jahren zwischen 22° und 24,8°, gegenwärtig beträgt der Neigungswinkel 23,5°. Die Neigung der Erdachse bestimmt den nördlichen und südlichen Wendekreis der Sonne und damit die Energiemengen, welche die hohen Breiten treffen. Je größer der Neigungswinkel, desto größer die Unterschiede im Energieeintrag an den Polen.


• Wackeln der Erdachse. Die Erde vollzieht eine Kreiselbewegung ihrer Rotationsachse (Präzession) mit einer Periodizität von 23.000 Jahren. Deshalb fällt der Punkt des geringsten Sonnenabstandes im Verlauf von Jahrtausenden in unterschiedliche Jahreszeiten, woduch die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen gedämpft oder verstärkt werden.


• Änderung des Radius der Erdumlaufbahn (Exzentrizität). Innerhalb eines Zyklus von 100.000 Jahren ist die Umlaufbahn der Erde um die Sonne mal mehr elliptisch und dann wieder kreisförmiger. Dadurch verändert sich die Entfernung zwischen Sonne und Erde und damit auch die Strahlungsmenge, welche von der Erde empfangen wird. Zur Zeit ist die Orbitalbahn der Erde nicht sehr elliptisch, weshalb der Unterschied in der Sonneneinstrahlung zwischen Sommer und Winter nur 6% beträgt. Wenn die Umlaufbahn elliptischer ist, beträgt diese Differenz 30%. Während die Zyklen von Obliquität und Präzession nur die Energieverteilung auf unserem Planeten beeinflussen, bestimmen die Exzentrizitätszyklen die Energiemenge, die von der Sonne eingestrahlt wird.

Die Milankovitch-Zyklen überlagern sich, wodurch vielfältige Wechselwirkungen entstehen. In den hohen Breiten hat die Obliquität den größten Klimaeinfluss, in niederen Breiten sind hingegen Präzession und Exzentrizität von größerer Bedeutung.

Mittelfristig: 1500-Jahre-Zyklus

Dieser Zyklus wurde erstmals von Willi Dansgaard und Hans Oeschger beschrieben (W. Dansgaard et al., "North Atlantic Climatic Oscillations Revealed by Deep Greenland Ice Cores", in: Climate Processes and Climate Sensitivity, American Geophysical Union, Washington D.C., 1984, 288-98), denen es 1983 erstmals gelungen war, zwei Eisbohrkerne von jeweils 1,5 km Länge aus Tiefbohrungen in der Eiskappe Grönlands zu gewinnen. Die beiden Eissäulen, eine aus dem Norden und die andere aus dem Süden der arktischen Insel, dokumentieren die letzten 250.000 Jahre aus der Klimageschichte der Erde. Niemals zuvor war eine derart lange Zeitspanne in einem Bohrkern verfügbar gewesen.

Dansgaard und Oeschger entdeckten zusätzlich zu den bekannten Eis- und Warmzeiten einen kleineren, gemäßigteren Temperaturzyklus, der sehr regelmäßig während der Eiszeiten verlief, während er in den Wärmeperioden von unterschiedlicher Dauer war. Dieser Zyklus, der sehr gut mit den bekannten Gletschervorstößen und -rückzügen im nördlichen Europa übereinstimmt, hat eine Dauer von durchschnittlich 1.500 Jahren. Innerhalb dieses Zeitraums schwankt die Temperatur in einem Bereich von 4° C im nördlichen Grönland bis zu 0,5° C im Durchschnitt der nördlichen Halbkugel.

Die Temperaturschwankungen in diesem Zyklus sind abrupt, wobei manchmal die Hälfte der zyklischen Änderung in einem Jahrzehnt erreicht wird. Da der Kreislauf in zwei Bohrkernen feststellbar war, die aus fast 2.000 km voneinander entfernten Bohrlöchern stammten, und er überdies mit der Gletschergeschichte Nordeuropas und den Daten aus Meeressedimenten westlich von Irland (N.G. Pisias et al., "Spectral Analysis of Late Pleistocene-Holocene Sediments", Quaternary Research, 1973, 3-9) übereinstimmte, stellte sich die Frage nach seinen Ursachen. Vulkane können als verursachender Faktor ausgeschlossen werden, da es keinen derartigen Zyklus in der vulkanischen Aktivität gibt. Es bleibt nur ein externer Klimafaktor. Dansgaard und Oeschger schrieben: "Since the solar radiation is the only important input of energy to the climatic system, it is most obvious to seek an explanation in solar processes." (Dansgaard et al., op. cit.)

Die Existenz eines 1500-Jahre-Zyklus wurde auch am anderen Ende der Welt, in einem Eisbohrkern aus dem Vostok Gletscher der Antarktis, durch ein russisch-französisches Forscherteam unter der Leitung von Claude Lorius nachgewiesen (C. Lorius et al., "A 150,000-year Climatic Record from Antarctic Ice", Nature 316, 1985, 591-96).

Lloyd Keigwin von der Woods Hole Oceanographic Institution entdeckte einen 1500-Jahre-Zyklus in der Temperatur des Oberflächenwassers des Sargasso Meeres südlich der Bermuda-Inseln. Er schrieb: "Sea surface temperature was 1° C cooler than today 400 years ago (the Little Ice Age) and 1700 years ago, and 1° C warmer than today 1000 years ago (the Medieval Warm Period). Thus, at least some of the warming since the Little Ice Age appears to be part of a natural oscillation." (Lloyd Keigwin, "The Little Ice Age and Medieval Warm Period in the Sargasso Sea", Science 274, 1996, 1503-508)

Eine weitere Bestätigung des 1500-Jahre-Zyklus lieferte Gerard Bond vom Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University, indem er Gesteinsreste analysierte, die von schmelzenden Eisbergen im südlichen Nordatlantik abgesetzt worden waren. Er schrieb: "Evidence from North Atlantic deep-sea cores reveals that abrupt shifts punctuated what is conventionally thought to have been a relatively stable Holocene climate. During each of these episodes, cool, ice-bearing waters from north of Iceland were advected as far south as the latitude of Britain. At about the same times, the atmospheric circulation above Greenland changed abruptly ... Together, they make up a series of climatic shifts with a cyclicity close to 1470 years (plus or minus 500 years). The Holocene events, therefore, appear to be the most recent manifestation of a pervasive millennial-scale climatic cycle operating independently of the glacial-interglacial climate state." (Gerard Bond et al., "A Pervasive Millennial Scale Cycle in North Atlantic Holocene and Glacial Climates", Science 278, 1997, 1257-1266)

Gerard Bond wies nach, dass es eine Verbindung zwischen den Erwärmungs- und Abkühlungsphasen des Zyklus und der Aktivität der Sonne gibt, indem er Kohlenstoff-14 und Beryllium-10 Isotopen als inverse Indikatoren für Sonnenaktivität nutzte. So war z. B. während des Maunder Solarminimums (1645-1715), der kältesten Periode der Kleinen Eiszeit, die Menge der beiden Isotope auf einem historischen Höchststand. Bond stellte fest, dass die Mengenänderungen dieser Solaraktivitätsindikatoren sehr gut mit den Zyklen der Eisbergablagerungen korrelierten, die er untersucht hatte. Es handelt sich hierbei um neun Kreisläufe, die sich über einen Zeitraum von 12.000 Jahren erstrecken (Gerard Bond, "Persistent Solar Influence on North Atlantic Climate during the Holocene", Science 294, 2001, 2130-2136).

Eine weitere Bestätigung des 1500-Jahre-Zyklus lieferte Peter de Menocal, der vor der Küste Mauretaniens in Tiefseebohrkernen die selben Klimazyklen vorfand, die andere vor ihm schon in grönländischen Eisbohrkernen, im Oberflächenwasser des Sargasso Meeres und in Ablagerungen von Eisbergen im südlichen Nordatlantik entdeckt hatten (P. de Menocal et al., "Coherent High- and Low-Latitude Climate Variability during the Holocene Warm Period", Science 288, 2000, 2198).

Die bisher vorliegenden Forschungsergebnisse weisen nach, dass dieser mittelfristige Klimazyklus folgende Eigenschaften hat:

1. Er ist global, denn er kann in Grönland, im Nordatlantik, in tropischen Gewässern vor Afrika, im Arabischen Meer, in Alaska, auf den Philippinen und in der Antarktis gefunden werden.


2. Er ist natürlichen Ursprungs, denn er ist über mehr als eine Million Jahre nachweisbar und existierte deshalb schon lange vor jedem menschlichen Einfluss auf das Klima.


3. Er ist mächtig, denn die ihn antreibende Kraft ist groß genug, um sich sogar während der Eiszeiten bemerkbar zu machen.

Nur die Sonne ist in der Lage, einen derartigen Klimazyklus zu unterhalten. Ein sonnengetriebener 1500-Jahre-Zyklus kann entstehen, wenn der solare Gleißberg-Zyklus von 87 Jahren und der solare de Vries/Süss-Zyklus von 210 Jahren sich überlagern. "Both numbers are close to prime factors of 1470. Seven of the longer 210-year solar cycles and seventeen of the shorter 87-year solar cycles fit neatly into the Earth's 1470-year climate cycle. If those two independent cycles were occurring simultaneously, they might either add to or cancel each other out, creating the longer and more complex 1470-year climate shift." (Fred Singer und Dennis Avery, "Unstoppable Global Warming Every 1500 Years", Rowman & Littlefield Publishers, Lanham, Maryland, 2008, S. 26)

Die seit dem 19. Jahrhundert erfolgte globale Erwärmung ist nicht menschengemacht, sondern Ausdruck eines natürlichen Klimazyklus. Syun-Ichi Akasofu vom International Arctic Research Center der University of Alaska in Fairbanks schreibt dazu: "There seems to be a roughly linear increase of the temperature from about 1800, or even much earlier, to the present. This warming trend is likely to be a natural change; a rapid increase of CO₂ began in about 1940 ... Thus, there is a possibility that only a fraction of the present warming trend may be attributed to the greenhouse effect resulting from human activities. This conclusion is contrary to the IPCC (2007) Report, which states that 'most' of the present warming is due to the greenhouse effect. One possible cause of the linear increase may be that the Earth is still recovering from the Little Ice Age." (S. Akasofu, "Is the Earth still recovering from the 'Little Ice Age'? A possible cause of global warming")

Die folgende Grafik (Akasofu, op. cit., Seite 2) zeigt, dass der gesamte Temperaturanstieg seit 1880 durch natürliche Klimaänderungen erklärbar ist:

Kurzfristig: PDO und AMO

Zusätzlich zu den lang- und mittelfristigen Klimazyklen wirken auch noch mehrere kurzfristige Klimakreisläufe, wie z. B. die Pacific Decadal Oscillation (PDO) und die Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO), die ebenfalls überhaupt keine Korrelation mit den Treibhausgasen erkennen lassen. Die Ursachen dieser Zyklen sind noch weitgehend unbekannt, aber wir wissen, dass sie eine messbare Wirkung auf das Klima haben. Nicht nachweisbar hingegen ist ein Einfluss des Menschen auf irgendeinen Klimazyklus.