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Direkte Messungen von Klimaparametern sind erst seit einigen Jahrzehnten bekannt:
Eine solche Meßzeit ist nicht geeignet, längere Zyklen der Parameter von Jahrhunderten oder Jahrtausenden zu erfassen. Um Klimadaten der Vergangenheit zu erhalten, greift man deshalb auf sogenannte Proxydaten zurück. Diese erhält man durch die Analyse natürlicher klimaabhängiger Vorgänge wie: Jahresringe von Bäumen, Eisbohrkerne, fossile Pollen, marine Sedimente, Korallen und historische Daten (1). Historische Daten von Klimaindikatoren
Eisbohrkerne In der Abb. 49 ist
die Temperaturentwicklung und die Schneeanhäufung in Grönland
der letzten 20 000 Jahre dargestellt. Vor ca. 12 000 Jahren gab
es eine abrupte Temperaturänderung (Dryas), in der innerhalb
50 Jahren ein Anstieg um fast 10 °C zu verzeichnen war.
Daten aus der Vergangenheit erhält man durch Gesteinsuntersuchungen oder Analysen von Eis-Bohrkernen aus der Antarktis oder Grönland. Die dort eingeschlossenen Gase, in Zusammenhang mit Altersbestimmungen geben Aufschluß über z. B. die Atmosphäre in früheren Erdepochen.
Rechts ist der Bohrturm der Antarktisstation Vostok abgebildet, der 1999 die bisher tiefste Eisbohrung (3623 m) vorgenommen hat. Aus der Analyse kann man die lokale Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit ableiten. Außerdem erhält man aus Gasblasen Information über O2, CO2 oder Methan, Überreste von Meeresorganismen, und Vulkanausbrüchen usw.
Die Analysen werden mit Hilfe bestimmter Isotopen gemacht, deren Zerfallseigenschaften man über die Zeit kennt. Verwendet werden u.a.
Das Eis in 3623m Tiefe hat ein Alter von ca. 400 000 Jahren. In Abb. 52 sind die Ergebnisse der Analysen der Eisbohrung in Vostok für die letzten 160 000 Jahre aufgeführt. Die Gasanalysedaten aus Eisbohrkernen sind allerdings problematisch, da durch Gasverluste durch Bakterien und bei der Gewinnung und festgestellter Differenzen des Eisalters im Vergleich zum Gasalter von bis zu 6000 Jahren zu niedrige Werte berechnet werden. (siehe Jaworowski 2004, Beck 2007 ) Andere Proxydaten Neben den Eisbohrkernen gibt es noch andere Indikatoren,
die auf Klima- und andere Umweltdaten der Vergangenheit hinweisen.
Dazu analysiert man klimaabhängige Relikte aus der Vergangenheit
wie: Historische Daten:
Die Kurve zeigt, daß im Mittelalter mehr Wein geerntet wurde, was unter anderem auf bessere klimatische Bedingungen hinweist. Jahresringe von Bäumen (Dendrochronologie): Oft werden Baumringe als Beweis für Klimavariationen herangezogen, da ma diese direkt ablesen kann. Die Wissenschaft, die sich mit der Analyse der Daten beschäftigt heißt Dendrochronologie. Diese Wissenschaft nutz verschiedene voraussetzende Prinzipien wie das Uniformitätsprinzip, um verläßliche Ergebnisse zu erhalten. Darunter versteht man, daß heute dieselben biologischen, chemischen und physikalischen Gesetzmäßigkeiten gelten wie in der Vergangenheit. Nachfolgend ein Querschnitt durch einen Stamm einer Gelbkiefer (Pinus ponderosa) aus Oregon (USA), deren Jahresringe in der Zeit zwischen 1600 und 1700 sehr eng sind: ein Zeichen für Wachstumsreduktion. Damals herrschte die kleine Eiszeit mit mittleren Temperaturen die ca. 1,5° niedriger waren wie heute (siehe Klimageschichte Mitteleuropas, Prof. Glaser).
Höhlenablagerungen (Speleotherme; Stalagmiten/Stalagtiten) Speleotheme
sind mineralische Ablagerungen aus Grundwasser in unterirdischen
Höhlen. Solche Stalagmiten
und Stalaktiten zeigen jährliche
Bänderungen oder enthalten Mineralstoffe, die radiometrische
bestimmt werden können. Die Dicke der Ablagerungen oder der
Gehalt an Isotopen zeigt Klimavariationen an.
Bei Steleothermen spielt meist das Kalkgleichgewicht eine Rolle. Die zugrunde liegende Reaktionsgleichung: CaCO3
+ CO2
(aq) + H2O ist eine Gleichgewichtsreaktion, die durch höhere Temperaturen nach links in Richtung Abscheidung von Kalkstein (CaCO3) verschoben wird. Je höher die Temperatur, desto stärke die Abscheidung. Paläozeanographie (Ozeanische Sedimente, Planktonfossilien usw.) Die obersten Schichten der Meeresböden enthalten Überreste von Organismen aus der Erdgeschichte. Wichtige Vertreter sind einzellige Tiere mit Kalkschalen z.B. Foraminiferen, die als Plankton noch heute die Meere besiedeln. Da die Foraminiferen im Laufe der Erdgeschichte eine intensive Evolution durchlaufen haben, eignen sich viele von ihnen, die nur eine relativ kurze Zeitspanne (in der geologischen Zeitskala) existierten, hervorragend als "Index"-Fossilien für die Altersbestimmung (Biostratigraphie). So kann man mit Plankton-Foraminiferen die Schichtenfolge der Kreide- und Tertiärzeit weltweit in über 100 einzelne Zonen untergliedern.
Für die Rekonstruktion der Ablagerungsbedingungen in der geologischen Vergangenheit liefern sie ebenfalls wichtige Hinweise (Paläoenvironment). Bei guter Erhaltung liefern die Kalkschalen der Foraminiferen zudem ausgezeichnete Signale zur Isotopen-Stratigraphie (16O/18O; 12C/13C). Durch Vergleich der heute lebenden Arten mit denen aus früheren geologischen Zeiten ist es möglich, Rückschlüsse auf damals herrschende Wassertemperaturen (Paläo-Ozeanographie) und damit Klimabedingungen (Paläoklima) zu ziehen.
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