Geowissenschaften

Klimawandel - Beweise für den Klimawandel

Beweise für den Klimawandel

Alle Geschichtswissenschaften haben ein gemeinsames Problem: Je weiter sie in der Zeit zurückreichen, desto mehr sind sie auf fragmentarische und indirekte Beweise angewiesen. Die Geschichte des Erdsystems ist keine Ausnahme. In den meisten Teilen der Welt gibt es hochwertige Instrumentalaufzeichnungen aus dem letzten Jahrhundert, aber die Aufzeichnungen werden im 19. Jahrhundert spärlich, und nur wenige Aufzeichnungen stammen aus der Zeit vor dem späten 18. Jahrhundert. Manchmal können auch andere historische Dokumente verwendet werden, darunter Schiffsprotokolle, Tagebücher, Gerichts- und Kirchenbücher sowie Steuerrollen. In strengen geografischen Kontexten können diese Quellen Informationen zu Frösten , Dürren , Überschwemmungen , Meereis und den Daten des Monsuns liefernund andere klimatische Merkmale - in einigen Fällen bis vor mehreren hundert Jahren.

Glücklicherweise hinterlässt der Klimawandel auch in der Natur eine Vielzahl von Signaturen. Das Klima beeinflusst das Wachstum von Bäumen und Korallen , die Häufigkeit und geografische Verteilung von Pflanzen- und Tierarten, die Chemie von Ozeanen und Seen , die Ansammlung von Eis in kalten Regionen sowie die Erosion und Ablagerung von Materialien auf der Erdoberfläche. Paläoklimatologen untersuchen die Spuren dieser Effekte und entwickeln clevere und subtile Methoden, um Informationen über vergangene Klimazonen zu erhalten. Die meisten Beweise für den Klimawandel in der Vergangenheit sind Indizien, also Paläoklimatologieerfordert viel Ermittlungsarbeit. Wo immer möglich, versuchen Paläoklimatologen, mehrere Beweislinien zu verwenden, um ihre Schlussfolgerungen zu überprüfen. Sie werden häufig mit widersprüchlichen Beweisen konfrontiert, aber dies führt, wie in anderen Wissenschaften, normalerweise zu einem besseren Verständnis des Erdsystems und seiner komplexen Geschichte. Neue Datenquellen, Analysewerkzeuge und Instrumente werden verfügbar, und das Feld bewegt sich schnell. Seit den 1990er Jahren hat sich das Verständnis der Klimageschichte der Erde revolutionär verändert, und die kommenden Jahrzehnte werden viele neue Erkenntnisse und Interpretationen bringen.

Laufende Klimaveränderungen werden durch Sensornetzwerke im Weltraum, auf der Landoberfläche sowie auf und unter der Oberfläche der Weltmeere überwacht. Die Klimaveränderungen der letzten 200 bis 300 Jahre, insbesondere seit Beginn des 20. Jahrhunderts, werden durch Instrumentenaufzeichnungen und andere Archive dokumentiert. Diese schriftlichen Dokumente und Aufzeichnungen enthalten Informationen über den Klimawandel an einigen Orten in den letzten hundert Jahren. Einige sehr seltene Aufzeichnungen stammen aus über 1.000 Jahren. Forscher, die Klimaveränderungen vor der Instrumentenaufzeichnung untersuchen, verlassen sich zunehmend auf natürliche Archive, bei denen es sich um biologische oder geologische Prozesse handelt, die einen Aspekt des vergangenen Klimas erfassen. Diese natürlichen Archive, die oft als Proxy- Beweise bezeichnet werden, sind außerordentlich vielfältig. Sie umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Fossilienbeständevon früheren Pflanzen- und Tierverteilungen, sedimentären und geochemischen Indikatoren früherer Zustände von Ozeanen und Kontinenten sowie Landoberflächenmerkmalen, die für vergangene Klimazonen charakteristisch sind. Paläoklimatologen untersuchen diese natürlichen Archive, indem sie Kerne oder zylindrische Proben von Sedimenten aus Seen, Mooren und Ozeanen sammeln . durch Untersuchung von Oberflächenmerkmalen und geologischen Schichten; durch Untersuchen von Baumringmustern aus Kernen oder Abschnitten lebender und toter Bäume; durch Bohren in marinen Korallen und Höhle Stalagmiten ; durch Bohren in die Eisplatten der Antarktis und Grönlands und in die Hochgletscher des Hochplateaus von Tibet , den Andenund andere montane Regionen; und durch eine Vielzahl anderer Mittel. Techniken zur Extraktion paläoklimatischer Informationen werden kontinuierlich weiterentwickelt und verfeinert, und neue Arten natürlicher Archive werden erkannt und genutzt.

Ursachen des Klimawandels

Es ist viel einfacher, die Beweise für Klimavariabilität und den Klimawandel in der Vergangenheit zu dokumentieren, als die zugrunde liegenden Mechanismen zu bestimmen. Das Klima wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, die in Zeiträumen von Stunden bis zu Hunderten von Millionen von Jahren wirken. Viele der Ursachen des Klimawandels liegen außerhalb des Erdsystems. Andere sind Teil des Erdsystems, aber außerhalb der Atmosphäre. Wieder andere beinhalten Wechselwirkungen zwischen der Atmosphäre und anderen Komponenten des Erdsystems und werden gemeinsam als Rückkopplungen innerhalb des Erdsystems beschrieben. Rückmeldungen gehören zu den zuletzt entdeckten und herausfordernden kausalen Faktoren, die untersucht werden müssen. Dennoch wird zunehmend anerkannt, dass diese Faktoren eine grundlegende Rolle bei der Klimavariation spielen. Die wichtigsten Mechanismen werden in diesem Abschnitt beschrieben.

Sonnenvariabilität

Die Leuchtkraft oder Helligkeit der Die Sonne hat seit ihrer Entstehung stetig zugenommen. Dieses Phänomen ist wichtig , um das Klima der Erde, weil die Sonne die liefert Energie zum Antrieb der atmosphärischen Zirkulation und bildet den Eingang für die Erde Wärmehaushalt. Die geringe Sonnenhelligkeit während der präkambrischen Zeit liegt dem schwachen Paradoxon der jungen Sonne zugrunde , das im Abschnitt Klimazonen der frühen Erde beschrieben wird .

Die Strahlungsenergie der Sonne ist aufgrund von Sonnenstürmen und anderen Störungen in sehr kleinen Zeiträumen variabel , aber Schwankungen der Sonnenaktivität, insbesondere der Häufigkeit von Sonnenflecken , werden auch in dekadischen bis tausendjährigen Zeiträumen dokumentiert und treten wahrscheinlich auch in längeren Zeiträumen auf. Das "Maunder - Minimum “eine Periode drastisch reduziert sunspot Aktivität zwischen ad 1645 und 1715, wurde als entscheidender Faktor für die vorgeschlagene Kleine Eiszeit . ( Siehe unten Klimatische Variation und Veränderung seit dem Aufkommen der Zivilisation .)

Volcanic activity

Volcanic activity can influence climate in a number of ways at different timescales. Individual volcanic eruptions can release large quantities of sulfur dioxide and other aerosols into the stratosphere, reducing atmospheric transparency and thus the amount of solar radiation reaching Earth’s surface and troposphere. A recent example is the 1991 eruption in the Philippines of Mount Pinatubo, which had measurable influences on atmospheric circulation and heat budgets. The 1815 eruption of Mount Tambora on the island of Sumbawa had more dramatic consequences, as the spring and summer of the following year (1816, known as “the year without a summer”) were unusually cold over much of the world. New England and Europe experienced snowfalls and frosts throughout the summer of 1816.

Volcanoes and related phenomena, such as ocean rifting and subduction, release carbon dioxide into both the oceans and the atmosphere. Emissions are low; even a massive volcanic eruption such as Mount Pinatubo releases only a fraction of the carbon dioxide emitted by fossil-fuel combustion in a year. At geologic timescales, however, release of this greenhouse gas can have important effects. Variations in carbon dioxide release by volcanoes and ocean rifts over millions of years can alter the chemistry of the atmosphere. Such changeability in carbon dioxide concentrations probably accounts for much of the climatic variation that has taken place during the Phanerozoic Eon. (See below Phanerozoikum Klima .)

Tektonische Aktivität

Tectonic movements of Earth’s crust have had profound effects on climate at timescales of millions to tens of millions of years. These movements have changed the shape, size, position, and elevation of the continental masses as well as the bathymetry of the oceans. Topographic and bathymetric changes in turn have had strong effects on the circulation of both the atmosphere and the oceans. For example, the uplift of the Tibetan Plateau during the Cenozoic Era affected atmospheric circulation patterns, creating the South Asian monsoon and influencing climate over much of the rest of Asia and neighbouring regions.

Tectonic activity also influences atmospheric chemistry, particularly carbon dioxide concentrations. Carbon dioxide is emitted from volcanoes and vents in rift zones and subduction zones. Variations in the rate of spreading in rift zones and the degree of volcanic activity near plate margins have influenced atmospheric carbon dioxide concentrations throughout Earth’s history. Even the chemical weathering of rock constitutes an important sink for carbon dioxide. (A carbon sink is any process that removes carbon dioxide from the atmosphere by the chemical conversion of CO2 to organic or inorganic carbon compounds.) Carbonic acid, formed from carbon dioxide and water, is a reactant in dissolution of silicates and other minerals. Weathering rates are related to the mass, elevation, and exposure of bedrock. Tectonic uplift can increase all these factors and thus lead to increased weathering and carbon dioxide absorption. For example, the chemical weathering of the rising Tibetan Plateau may have played an important role in depleting the atmosphere of carbon dioxide during a global cooling period in the late Cenozoic Era. (See below Cenozoic climates.)

Orbital (Milankovich) variations

The orbital geometry of Earth is affected in predictable ways by the gravitational influences of other planets in the solar system. Three primary features of Earth’s orbit are affected, each in a cyclic, or regularly recurring, manner. First, the shape of Earth’s orbit around the Sun, varies from nearly circular to elliptical (eccentric), with periodicities of 100,000 and 413,000 years. Second, the tilt of Earth’s axis with respect to the Sun, which is primarily responsible for Earth’s seasonal climates, varies between 22.1° and 24.5° from the plane of Earth’s rotation around the Sun. This variation occurs on a cycle of 41,000 years. In general, the greater the tilt, the greater the solar radiation received by hemispheres in summer and the less received in winter. The third cyclic change to Earth’s orbital geometry results from two combined phenomena: (1) Earth’s axis of rotation wobbles, changing the direction of the axis with respect to the Sun, and (2) the orientation of Earth’s orbital ellipse rotates slowly. These two processes create a 26,000-year cycle, called precession of the equinoxes, in which the position of Earth at the equinoxes and solstices changes. Today Earth is closest to the Sun (perihelion) near the December solstice, whereas 9,000 years ago perihelion occurred near the June solstice.

Diese Orbitalvariationen verursachen Änderungen in der Breiten- und Saisonverteilung der Sonnenstrahlung, die wiederum eine Reihe von Klimavariationen auslösen. Orbitalvariationen spielen eine wichtige Rolle bei der Stimulation von glazial-interglazialen und Monsunmustern. Ihre Einflüsse wurden in Klimaveränderungen über einen Großteil des Phanerozoikums identifiziert. Beispielsweise scheinen Zyklotheme , bei denen es sich um eingebettete Meeres-, Fluss- und Kohlebetten handelt, die für die Pennsylvanian Subperiod (vor 318,1 bis 299 Millionen Jahren) charakteristisch sind, Milankovitch-bedingte Veränderungen des mittleren Meeresspiegels darzustellen .