Proxydaten Klima: Definition & Erklärung


Spuren aus der Vergangenheit
– Proxydaten
Direkte Messungen von Klimaparametern
sind erst seit einigen Jahrzehnten bekannt:

KlimaparameterZeitdauer der Messungen
Eisvolumen20 Jahre
Satellit25 Jahre
Atmosphärische Zusammensetzung40 Jahre
Temperatur der tiefen Ozeane50 Jahre
Oberflächentemperatur der Ozeane70 Jahre
Merresspiegel100 Jahre
Temperaturen rund um die Erde140 Jahre

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

KlimaindikatorZeitdauer der Messung
Landwirtschaftl. Daten aus Europa700 Jahre
Kirschblüte in Japan1200 Jahre
Überflutungen des Nils5000 Jahre

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.
Sie werden sich fragen, woher man Werte aus der Steinzeit hat?
Die Frage stellt sich übrigens ebenfalls beim Thema Evolution.
Voraussetzung ist die Tatsache, daß die Naturgesetze auch
früher gegolten haben.
Dies weiß man durch die Astronomie,
die den Weltraum untersucht. Das Licht ist von dort teilweise länger
unterwegs, als wie die Erde alt ist. Egal wie alt das Licht ist,
es hat immer die Eigenschaften, die man kennt. (Uniformitätsprinzip)

dryas3

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.

 

icecore1
Eisbohrkern
http://idaho.usgs.gov/projects/icecore/

slide33

 

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.

Taylor6

Die Analysen werden mit Hilfe bestimmter Isotopen
gemacht, deren Zerfallseigenschaften man über die Zeit kennt.
Verwendet werden u.a.

  • Beryllium-10 (10Be)
    (Halbwertszeit 1,600,000 Jahre); entsteht in der oberen Atmosphäre,
    wenn kosmische Strahlung N2 und O2-Moleküle trifft. Die Produktion
    von 10Be folgt dem 11-jährigen Sonnenzyklus
    .—>Rückschlüsse
    auf Sonnenaktivitäten
  • Sauerstoff-18 (18O).
    Das Verhältnis 18O/16O
    ändert sich beim Kondensieren in einer Wolke in Abhängigkeit
    der Temperatur: je kälter die Wolke, desto niedriger das
    Verhältnis.
    –> Rückschluß auf
    Temperatur
  • Kohlenstoff-13 (13C)/14C:
    Halbwertszeit 5700 Jahre) Fossile Brennstoffe enthalten kein 14C
    und weniger 13C als Luft; das Verhältnis 13C/12C
    ist in Pflanzen niedriger als in der Luft und in Meeren.
    —> Rückschluß auf
    Herkunft

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 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
)

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:
Jahresringe von Bäumen, Eisbohrkerne, fossile Pollen, marine
Sedimente, Korallen, historische Überlieferungen, Stalagmiten
und andere. Man nennt diese Daten Proxydaten.
Anbei eine kleine Auswahl:

Historische Daten:

grNASA

Die Kurve zeigt, daß im Mittelalter mehr
Wein geerntet wurde, was unteranderem 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 voraussetztende Prinzipien wie das Uniformitätsprinzip,
um verläßliche Egebnisse zu erhalten. Darunter versteht
man, daß heute dieselben biologischen, chemischen und physikalischen
Gestzmäßigkeiten 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).

trering1

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.


speleo2

speleo1

Bei Steleothermen spielt meist das Kalkgleichgewicht
eine Rolle. Die zugrunde liegende Reaktionsgleichung:

CaCO3
+ CO2
(aq)
+ H2Oukp
Ca2+(aq)
+ 2 HCO3-
(aq) DH°=-17
KJ

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.

palsed

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.

 

 

 

 

 


Abb. 49

Spuren der Vergangenheit
 
In der jüngeren Dryas-Zeit fand eine abrupte Klimaänderung
innerhalb von wenigen Jahrzehnten mit einem Temperaturwechsel
von ca. 10 Grad Celsius statt.Als Ursache werden Schwankungen
der Erddrehung vermutet. 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 50

Eisbohrkern

 

 

 

 

 


Abb. 51

Vostok – Antarktis
 
 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 52
Ergebnis der Eisbohrung
 

 

 


Abb. 53
Winterbilder von Pieter Bruegel
(1528 – 1569) 

 

pb02

pb1

pb03

Die Kanäle Hollands waren damals zugefroren, heute ist
das nicht mehr der Fall. In diese Zeit fallen die kalten Winter
der kleinen Eiszeit.

kgme

Das Buch “Klimageschichte Mitteleuropas” von Prof.
Glaser wertet die Archive Europas bezüglich klimatischer
Ereignisse der Geschichte aus.

 


Abb. 54
Weintraubenernten in Paris zwischen 1350 und 1900

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 55
Jahresringe von Bäumen
Je nach
Weite der Jahresringe bei Bäumen kann man auf bessere oder
schlechtere klimatische Bedingungen schließen. Im Beispiel
zeigen sich kältere Bedingungen im Jahrundert des 30 jährigen
Krieges.(kleine Eiszeit)

 

 


Abb. 56
Schichtung von Stalagtiten

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 57
Planktonfossilien aus Meeressedimenten
fora

sedi

Weiterführende
Quellen:

CO2 Satelliten
http://www.aoml.noaa.gov/ocd/oaces/co2/
Auswirkung von CO2
(Fragen und Antworten)
http://cdiac.ESD.ORNL.GOV/cdiac/pns/faq.html
CO2 aus Eisbohrungen
http://www.uio.no/~tomvs/esef/esef3.htm
und http://nicl.usgs.gov/
Meeresspiegelschwankungen
http://www.geologie.uni-stuttgart.de/edu/msp/msp_pop1.html
Isotope
in Eisbohrkernen
http://idaho.usgs.gov/projects/icecore/beryl-10.html
http://www.uoregon.edu/~dogsci/dorsey/geo103/lect3.html

http://www.up.ac.za/academic/medicine/anatomy/antro/c-cycle.htm
Gasblasen-Analyse
in Eisbohrkernen
http://www.vancouver.wsu.edu/fac/brook/icecore.htm
Jaworowski 2004: http://www.john-daly.com/zjiceco2.htm
Eisbohrungen
und Klimawechsel
Eisbohrungen in der Antarktis
Analyse von Eisbohrungen
http://www.agu.org/sci_soc/vostok.html
http://www.talkorigins.org/faqs/icecores.html
http://www.antcrc.utas.edu.au/antcrc/
http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/taylor/taylor-glacial.html
http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/co2/vostok.htm
Eisbohrungen und Klimawechsel
Eisbohrungen in der Antarktis
Analyse von Eisbohrungen
http://www.agu.org/sci_soc/vostok.html
http://www.talkorigins.org/faqs/icecores.html
http://www.antcrc.utas.edu.au/antcrc/
http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/taylor/taylor-glacial.html
http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/co2/vostok.htm
Historische
Daten
http://de.geocities.com/huegelland2004/kleieneiszeit.htm
Daten
aus Pollen
http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/pollen.html
Speleothermehttp://www.gees.bham.ac.uk/people/fairchildresearch/speleothems.htm
http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/speleothem.html
Paläoozeanographiehttp://www.ngdc.noaa.gov/paleo/paleocean.html

Jahresringe

http://www.ltrr.arizona.edu/

http://www.arts.cornell.edu/dendro/
http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/treering.html
http://web.utk.edu/~grissino/gallery.htm
Hat dir dieser Artikel geholfen?

Comments on this entry are closed.