Wie man aus den wissenschaftlichen Fakten entnehmen kann, haben die wechselnden Temperaturen im Laufe der Erdgeschichte viele Ursachen. Diese wirken entweder erdgeschichtlich längerfristig und oft nicht in menschlichen Lebenszeiträumen oder in historischen Zeitabschnitten.
Dazu gehören Effekte aufgrund von Änderungen der Sonnenaktivitäten, Änderungen der Kosmischen Strahlung oder Meteoriteneinschläge größeren Ausmaßes, Klimaphänomenen wie El Nino, Vulkanausbrüche, die auch innerhalb der menschlichen Generationszeit von 25 Jahren zu beobachten sind.

Eine wichtige Ursache langfristiger Klimaänderungen sind die Milankovitch-Zyklen. Dies sind zyklische Änderungen der Wärme auf der Erde entsprechend dem Wasserzyklus. Der serbische Astrophysiker Milutin Milankovitch lieferte 1941 Formeln zur Berechnung dieser zyklischen Vorgänge, die 35 Jahre später bewiesen wurden.
Dieser Wasserzyklus hat mehrere Komponenten. Am besten kennen wir den Wasserzyklus, der mit dem Verdampfen zu Wolken und dem anschließenden Niederschlag zu tun hat.
Es gibt ebenfalls einen Zyklus von Meeresströmungen, die stark das Wetter von Küstenregionen bestimmen (z.B. der Golfstrom bringt warmes Wasser aus der Karibik nach England, das dadurch ein wesentlich wärmeres Klima erhält.

Ein anderer Aspekt der Wasserzyklen sind die Eiszeiten, die innerhalb tausender bzw. Millionen Jahre auftreten.
Die Ursache für die Zyklen in den letzten 450 000 Jahren ist in den Milankovitch Zyklen zu sehen.
Wie die obige Zeichnung zeigt dreht sich die Erde um ihre Achse und taumelt wie ein Kreisel um eine weitere, größere Achse. Diese Kreiselbewegung erscheint alle 26,000 Jahre.

Ebenfalls gibt es eine kleine Änderung der Neigung der Erdachse (von ca. 24.5° zu 22.5°), mit einer Periodendauer von ca. 41 000 Jahren.

Beispiel: Das Mittelalterliche Optimum von ca. 900 - 1450 n. C. wurde vermutlich durch eine Änderung der Erdachsenneigung mitverursacht.

Beweis: Alte Seekarten des ausgehenden Mittelalters ermöglichen eine Berechnung einer veränderten Erdachsenneigung. Der Äquator war damals 3°40´N nördlicher, d.h. z.B. Grönland lag ca. 400 km südlicher.(15) Historische Archive in Oslo über die größten Grundbesitzer Grönlands von 1408 berichten über Lage, Beschaffenheit und Größe der Besitztümer. Danach war Grönland von Frühjahr bis Herbst eine grüne Insel, auf der riesige Schafs- und Rinderherden auf saftigen Wiesen weideten. Viele andere historische Quellen belegen das wärmere Klima damals ebenfalls.

Letztlich ist ein Effekt festzustellen, der alle ca 100 000 Jahre auftritt. Die Form der Umlaufbahn ändert sich von elliptisch auf annähernd kreisförmig. Als Nettoeffekt ergibt sich eine langsame Änderung der Erdachsenorientierung. Zur Zeit neigt sich die nördliche Hemisphäre im Winter weg von der Sonne, wo die Erde der Sonne normalerweise am nähsten ist. In ca 11,500 Jahren wird das genau umgekehrt sein. Milankovitch folgerte, daß das Erscheinen der Eiszeiten Folge dieser Effekte sind und dies die aktuelle Wärme in bestimmten Erdzonen bewirkt.
Die Kombination der Effekte ist für die relative Stärke von Sommer und Winter verantwortlich und kontrolliert die Bildung und Abschmelzung von Eisschichten ( 1).

Der arktische Ozean samt Eisschicht spielt eine bedeutende Rolle in der globalen Wärmebilanz. Den Zusammenhang gibt das "Arctic Ocean Model" wieder.

Ist der arktische Ozean gefroren wie heute, verhindert er die Verdunstung des Wassers in die Atmosphäre und dessen Rückkehr als Schnee. Wenn dann weniger Schnee vorhanden ist, um die arktische Eiskappe wiederaufzufüllen schrumpft diese. Dies ist wahrscheinlich mit der Grund für die derzeitige Situation.

Schmilzt die Eiskappe, wenn sich die Erde erwärmt, öffnet sich wieder der arktische Ozean. Dadurch kann mehr Strahlung absorbiert werden und die Temperatur steigt weiter (=Albedo/Temperatur feedback loop) . Irgendwann ist dann wieder genügend Wasser für die Verdunstung da und das Wasser kommt als Schnee wieder zurück, die Eiskappe vergrößert sich wieder. Dadurch kann auch mehr Wärmestrahlung an der Eisoberfläche reflektiert werden. Dadurch sinkt die Temperatur, ein neuer Zyklus und ein neues Eiszeitalter beginnt (2).

Die Abbildung oben zeigt die Entwicklung des Eisvolumens der Arktis zwischen 1951 und 2000 (10). Die Dicke variiert zeitabhängig. Insgesamt ist eine Reduktion von ca. 4%/Dekade zu verzeichnen.

Eismassenausbreitung in der Arktis (12)

Die Ursache liegt an der verlängerten Sommerzeit und widerspricht den CO₂-abhängigen Modellen.(11). Die Eismasse der Antarktis nimmt dagegen zu.

Gemäß der NASA haben natürliche “ups und downs” im Wettersystem nahe Island mit dem Islandtief zu den regionalen Variationen und der Abnahme der arktischen Seeeisbedeckung der letzten 20 Jahre geführt. (13)

Neben der normalen Sonnenstrahlung, die UV, sichtbares Licht und Wärmestrahlung enthält, sendet die Sonne auch Partikelstrahlung in den Weltraum (= Sonnenwind), die zyklisch variiert. Weiterhin variiert die Umlaufbahn um das Massezentrum des Sonnensystems ebenfalls in Zyklen. Die variierenden Sonnenaktivitäten wurden schon beim Kapitel Wärme beschrieben. Sie werden durch die kosmische Strahlung moduliert. Hier nochmals eine Zusammenstellung der gemessenen Aktivitäten im Vergleich mit den Erdtemperaturen (3).

Die oben genannte Variation der Aktivitäten der Sonne (Sonnenflecken, Sonnenwind) spiegeln sich z.B. in den Radiocarbon-Daten aus den unterschiedlichsten Quellen. Beispiel: Jahresringe von Bäumen (4).

Jahresringe von California Bristle Cone Pine-Bäumen. (5)

Das Ausmaß der 14C-Produktion in der Atmosphäre aus 14N2 hängt u.a. von der variierenden Stärke des Sonnenwindes ab. (6) Da auch 14C in CO2 verstoffwechselt wird und die Konzentrationen in lebendem Material bekannt ist, kann in fossilem Material über den 14C-Gehalt auf die Sonnenaktivitäten bis maximal ca. 50 000 Jahre in der Vergangenheit geschlossen werden. (Halbwertszeit 14C = 5730 Jahre) Die Variation der C14 Produktion wird durch die Änderung der solaren Aktivität verursacht. Ist die Sonnenaktivität hoch wird wenig C14 produziert entsprechend dem Abschirmeffekt des Sonnenwindes vor den kosmischen Strahlen.

Oben ist die Änderung der 18O-Isotop-Konzentration aus Torf-Cellulose in Nordostchina über 6000 Jahre zu sehen, die mit aktuellen 14C-Jahresringen verglichen wurden. Es fällt ein nahezu identischer Kurvenverlauf der 18O mit den 14C-Werten auf. Die Autoren schließen daraus, daß die Temperatur in den letzten 6000 Jahren hauptsächlich durch die solare Variabilität gesteuert wurde. Links ist die 14C-Variaton für die letzten 1000 Jahre zu sehen.

Dasselbe Ergebnis erhält man aus den verschiedensten Daten rund um die Welt.

Oben ist eine Stalagmitenanalyse aus Südafrika zu sehen. Wiederum zeigen sich die bekannten Maxima und Minima der vergangenen 1000 Jahre: die Warmzeit im Mittelalter und die kleine Eiszeit um 1700, bzw. der Anstieg danach.

Den Zusammenhang der kosmischen Strahlung und des Sonnenwindes mit Klimaparametern auf der Erde kann man in unzähligen wissenschaftlichen Arbeiten nachlesen. Dabei wurden meist kosmogene Isotope 14C und 10Be in Sedimenten oder Eisbohrkernen untersucht, die durch die Wechselwirkung der kosmischen Strahlung in der oberen Atmosphäre entstehen. Ein Vergleich mit aus 18O rekonstruierter Feuchtigkeits- bzw. Temperaturschwankungen ergab eine verblüffende Korrelation sowohl im Nordatlantik als auch in anderen Gegenden der Welt. Dies kann sowohl in kürzeren als auch längeren erdgeschichtlichen Zeitabschnitten nachgewiesen werden. Seit der letzten Eiszeit zeigen dies z.B. die Bondzyklen in Form abrupter Klimazyklen.

Die nachfolgende Abbildung kennen wir schon aus dem Kapitel Globale Erwärmung früher. Hier wurden alle bisherigen Proxydaten zur Temperaturrekonstruktion zusammengefaßt. Als Ergebnis sieht man seit dem Kambrium eine auf hohem Niveau liegende Globaltemperatur, durch 4 Kaltzeiten unterbrochen, die ca. 150 Millionen Jahre auseinanderliegen.

Dieser langfristige globale Klimazyklus konnte nun durch Prof. Veizer und Dr. Shaviv (7 ) geklärt werden. Er wird durch zyklische Schwankungen der kosmischen Strahlung ( H⁺-Ionen, Helium-Kerne) verursacht.

Strahlungspartikel erzeugen beim Auftreffen auf z.B. Wasserdampf in der Atmosphäre auf bisher nicht ganz geklärte Weise sog. Keime, die zur Kondensation und somit zur Wolkenbildung führen (siehe Kapitel Wärme/Wolken).

Diese Kausalität steht in Einklang mit den Ergebnissen von Satellitenbeobachtungen der letzten Jahre. Wolken schirmen die Erde vor der Sonnenwärme ab, indem sie die thermische Energie ins All zurückstrahlen (Albedo). Umgekehrt bilden sich bei geringer kosmischer Strahlung weniger Wolken, die Sonne kann die Erde erwärmen.

Der Einfall kosmischer Strahlung auf der Erde hängt neben der Beeinflussung durch die Sonnenaktivitäten davon ab, wo in der Galaxie sich unser Sonnensystem gerade befindet. Die Strahlung ist dort am stärksten, wo sich neue Sterne bilden, was in den spiralförmigen Armen der Milchstraße der Fall ist. Wenn wir etwa alle 150 Mio. Jahre einen solchen Arm passieren, steigt die Strahlungsintensität an und es kommt zu einer Kälteperiode. Die Klimavariationen durch diese Passagen sind ca. zehnmal so stark wie die durch die Sonne verursachten.

Bei größerer Sonnenaktivität wächst auch das Magnetfeld der Sonne und kosmische Strahlung wird von der Erde weglenkt. Es treffen also weniger kosmische Partikel auf die Atmosphäre, es entwickeln sich weniger Wolken und es wird wärmer. Die Paläodaten für CO2 zeigen keine Korrelation mit dem 150 Millionen Jahre- Zyklus. Dazu müßte die damalige CO2-Konzentration um 100- 1000 fach höher gewesen sein, was nicht nachgewiesen werden konnte.

Noch 2001 schrieb das IPCC im Zwischenbericht (http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/246.htm ):

"We conclude that mechanisms for the amplification of solar forcing are not well established. Variations in ultraviolet and solar-induced changes in O3 may have a small effect on radiative forcing but additionally may affect climate through changing the distribution of solar heating and thus indirectly through a dynamical response. At present there is insufficient evidence to confirm that cloud cover responds to solar variability."

Dies wurde geschrieben, obwohl schon 2000 Baliunas und Soon den Zusammenhang zwischen der kosmischen Strahlung und der Wolkenbildung aufgezeigt haben. (http://www.heartland.org/archives/environment/aug00/milky.htm)

Diese neuen Funde (2003) belegen die große Bedeutung des Wasserkreislaufs als Klimafaktor, die kosmische Strahlung als Ursache und stellen die weitverbreitete Annahme infrage, dass CO₂ die treibende Kraft der Erderwärmung sei. (siehe auch: http://www.env.leeds.ac.uk/publications/ias/pdf/Science_cosmics.pdf)

Fazit: Die obigen Daten zeigen, aus unterschiedlichsten Messungen rund um den Globus ( Proxy und Astronomie): das 20. Jahrhundert ist keinesfalls einzigartig. Der Temperaturverlauf wird langfristig und kurzfristig solar bzw. durch kosmische Strahlung gesteuert! Wasser spielt die wichtigste Rolle.

Quellen:

(1) http://deschutes.gso.uri.edu/~rutherfo/milankovitch.html und http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/milankovitch.html und http://www.homepage.montana.edu/~geol445/hyperglac/time1/milankov.htm
(2) http://www.acs.ohio-state.edu/researchnews/archive/nowarm.htm
(3) http://www.brighton73.freeserve.co.uk/gw/solar/solar.htm
(4) http://www.john-daly.com/hockey/hockey.htm
(5) Tkachuk, 1983
(6) http://www.sunspot.noao.edu/sunspot/pr/answerbook/sunspots.html
(7) http://www.pm.ruhr-uni-bochum.de/pm2003/msg00202.htm
(8) Cronin, J.W., 1999 Review of Modern Physics 71 5165.
(9) http://www.marshall.org/;
http://idw-online.de/public/pmid-27936/zeige_pm.html
http://www.co2science.org/journal/2001/v4n22c1.htm
(10) http://www.awi-bremerhaven.de/Modelling/SEAICE/icethick.html
(11) High interannual variability of sea ice thickness in the Arctic region
SEYMOUR LAXON, NEIL PEACOCK & DOUG SMITH
Nature 425, 947–950 (2003); doi:10.1038/nature02050 (http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v425/n6961/abs/nature02050_fs.html&dynoptions=doi1067587838)
(12) http://nsidc.org/sotc/sea_ice.html
(13) http://www.spacedaily.com/news/arctic-01a.html
(14) http://www.ecology.com/ecology-today/earth-warms/
(15) Gavin Mencies: http://www.1421.tv