Leben in der Warmzeit der Erde (eBook)

Warmzeit und Klimageschichte

Eine Warmzeit ist in der Klimageschichte und auch in der Geologie neutral ein Zeitraum mit im Durchschnitt höheren Temperaturen zwischen zwei Zeitabschnitten mit durchschnittlich tieferen Temperaturen, sogenannten Kaltzeiten. Wenn eine Warmzeit innerhalb eines Eiszeitalters gemeint ist, so spricht man auch von Interglazial oder Zwischeneiszeit, seltener von Zwischenkaltzeit. Gegenwärtig ist die Erde in einem Eiszeitalter, dem känozoischen Eiszeitalter. Dieses gliedert sich wiederum in kürzere Abschnitte von Kaltzeiten und Warmzeiten. Das gegenwärtige Holozän, das seit etwa 12.000 Jahren herrscht, ist eine solche Warmzeit innerhalb eines Eiszeitalters.

Längere Zeitabschnitte der Erdgeschichte mit höheren Temperaturen (etwa von der Länge von Erdperioden) werden auch als Warmklimata bezeichnet. In Zeiten mit Warmklimata gibt es auf der Erde normalerweise keine größeren Vereisungsgebiete, insbesondere auch nicht in den Polregionen.2

Eisfreie Polkappen stellen erdgeschichtlich den Normalzustand dar und machen etwa 80 bis 90 Prozent der Erdgeschichte aus. Beispiele sind die Kreidezeit und das Paläogen (älteres Tertiär). Zeiten mit vereisten Polkappen, die so genannten Eiszeitalter, stellen die Ausnahme dar. Die aktuelle erdgeschichtliche Periode, das Quartär, ist ein solches Eiszeitalter.

Der Begriff Warmzeit ist genauso wie Eiszeit unscharf. Man spricht daher besser von Zwischenkaltzeit (Interglazial). Ein Interglazial kann als mittelskalige Klimaschwankung von etwa 10.000 bis 400.000 Jahren betrachtet werden. Das Holozän, welches bis heute andauert, ist eine solche Warmzeit innerhalb des – in größeren Zeiträumen zu sehenden – aktuellen Eiszeitalters, der pleistozänen Eiszeit.

Die Klimageschichte dokumentiert Entwicklung, Schwankungen und Auswirkungen des irdischen Klimas sowohl in geologischen Zeiträumen als auch in den Epochen der jüngeren Vergangenheit. Je nach zeitlicher Perspektive werden dabei Klimaverläufe über wenige Jahrzehnte bis hin zu einigen Hundert Millionen Jahren analysiert. Die Wissenschaften zur Erforschung des Klimas sind die Paläoklimatologie und die Historische Klimatologie. Letztere verzeichnet auch die verschiedenen Wetteranomalien in historischer Zeit, die unter anderem von heftigen vulkanischen Eruptionen hervorgerufen wurden.3

Zuverlässige und instrumentell ermittelte Temperatur- und Klimadaten stehen auf breiterer Basis erst seit der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts zur Verfügung. Informationen über frühere Zeiträume galten lange als relativ unsicher, können jedoch zunehmend besser und genauer belegt werden. Traditionell werden hierbei so genannte Klimaproxys aus natürlichen Archiven wie Baumringe, Eisbohrkerne oder Pollen verwendet. Zusätzlich kommt in der Forschung ein breites Spektrum verschiedener Isotopenanalysen zum Einsatz, deren jüngste Entwicklungen eine bis vor kurzem unerreichbare Messgenauigkeit ermöglichen. Die Klimageschichte ist auch für die Evolutionsgeschichte von Bedeutung.

Die Klimageschichte beginnt mit der Entstehung der Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren. Im Anfangsstadium der Erde kurz nach der Entstehung betrug die bodennahe Temperatur etwa 180 °C. Die Abkühlung dauerte sehr lange, vor 4 Milliarden Jahren unterschritt die Temperatur das erste Mal die 100-°C-Grenze. Das Klima in dieser Zeit war daher nicht nur heiß, sondern auch sehr trocken. So gab es noch keine Meere, Niederschläge oder sonstiges flüssiges Wasser auf der Erde, und die Zusammensetzung der reduzierenden Uratmosphäre unterschied sich stark von der heutigen Erdatmosphäre. Ungeachtet der Umweltverhältnisse kam zu diesem Zeitpunkt die Chemische Evolution in Gang, bei der sich organische Moleküle bildeten, die als Bausteine der Entstehung von Leben unerlässlich waren.

Mit der fortschreitenden Abkühlung erreichte der Wasserdampf zum ersten Mal in der Geschichte der Erde seinen Kondensationspunkt, sodass sich flüssiges Wasser bilden konnte. Ohne dieses wäre die Entstehung von Leben und die nachfolgende Biologische Evolution auf der Erde unmöglich gewesen.

Nachdem das erste Wasser kondensiert war, entstand allmählich der Wasserkreislauf und damit die Hydrosphäre. Die ältesten Anzeichen für Ozeane auf unserer Erde sind in Gesteinen vorhanden, die inzwischen ein Alter von 3,2 Milliarden Jahren erreicht haben.

Vor 2,6 Milliarden Jahren bildete sich im Laufe der Entwicklung der Erdatmosphäre durch die Aktivität von Cyanobakterien der erste Sauerstoff in der Uratmosphäre und erreichte vor circa 2,2 Milliarden Jahren signifikante Konzentrationen. Der Wasserdampf kondensierte größtenteils und wurde als Wasser in Meeren und Seen gebunden. Mit dem Wasserdampf verschwand auch ein großer Teil des Kohlendioxids aus der Atmosphäre. Das Kohlendioxid wurde durch die Cyanobakterien verbraucht, die es im Zuge der Photosynthese als Kohlenstoffquelle nutzten. Der Kohlenstoff wurde dem normalen Kreislauf entzogen, weil die Cyanobakterien nicht von anderen Organismen verstoffwechselt wurden, sondern sich am Meeresboden absetzten, wo sie fein verteilt in den Sedimenten ablagerten oder im küstennahen, lichtdurchfluteten Flachwasserbereich als Stromatolithe fossilisierten. Erst dadurch war der Aufbau einer oxidierenden Sauerstoffatmosphäre möglich, wobei über einen langen Zeitraum keine wesentlichen Konzentrationssteigerungen auftraten, da der freigesetzte Sauerstoff zunächst nur Eisenverbindungen oxidierte. Dieses Eisenoxid resultierte in großen Ablagerungen so genannter Bändererze, die als ergiebige Lagerstätten erhalten blieben und intensiv abgebaut werden. Die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre stieg weiter an, sodass damit aerobes Leben auf der Erde möglich wurde. Die Veränderung der Konzentration der Klimagase und ihrer Zusammensetzung veränderte zudem den Strahlungshaushalt der Erde und brachte den Treibhauseffekt in Gang, der die Erde seitdem erwärmt.

Dieser sehr frühe Teil der Klimageschichte wird in vier Teile aufgeteilt. Das Präkambrium beschreibt dabei den größten Zeitraum von etwa 3,8 bis 0,57 Milliarden Jahren. Er ist bisher noch relativ schlecht rekonstruierbar, weil die Gesteine aus dieser Zeit weitreichenden Veränderungen unterlagen, sodass es nur wenige Daten aus diesem Erdzeitalter gibt, die für die Rekonstruktion des Klimas verwendet werden können. Trotzdem ist der frühe Teil der Klimageschichte besonders interessant, da in ihm die ersten Eiszeitalter lagen. Das erste von ihnen liegt etwa 2,3 Milliarden Jahre zurück. Etwa ab dem Ende des Präkambriums ist es heute möglich, das Klima genügend zu rekonstruieren und zu verstehen. Dieses gelingt vor allem durch die Analyse von Sedimenten.

Die aktuelle Warmzeit

Auch in der aktuellen Warmzeit, dem Holozän, gibt es noch viele relative Klimaveränderungen. In Annäherung an die Jetzt-Zeit gelingt die Rekonstruktion des Klimas immer detaillierter und vielfältiger. Doch sind die ältesten drei Viertel des Holozäns noch weitgehend unerforscht. Erst mit der Entwicklung der ersten Hochkulturen wird die Beobachtung genauer. Forschungen in der Sahara und Seebodenuntersuchungen im Mittelmeer ergaben, dass in Nordafrika vor etwa 10.000 Jahren nicht die heutige Wüste vorherrschend war, sondern eine Grassavanne, die von einer Vielzahl von Tieren bevölkert war und Menschen Lebensraum bot. Davon zeugen fossile Pflanzen ebenso wie Fels- und Höhlenmalereien. Eine These geht von einer zyklischen Begrünung der Wüstengebiete Nordafrikas aus, deren Zykluszeit etwa 22.000 Jahre beträgt. Demzufolge ist eine stetige langfristige Änderung des Klimas Teil eines natürlichen Zyklus, in dem es „Gewinner und Verlierer“ gibt.

Der Wechsel von der letzten Kaltzeit zur aktuellen Warmzeit verlief relativ schnell, dauerte aber trotzdem mehrere tausend Jahre. Dies hing vor allem damit zusammen, dass die großen Eisschilde nicht so schnell schmelzen konnten. Der skandinavische Eisschild war etwa vor 7000 Jahren verschwunden und damit im Vergleich zu den Schilden in Nordamerika und Nordasien relativ schnell abgeschmolzen. Der Laurentische Eisschild in Nordamerika war erst vor 4000 Jahren völlig aufgelöst. Ein Abschmelzen des heutigen Antarktischen Eisschildes würde mindestens 15.000 Jahre dauern.

Vor etwa 8000 bis 4000 Jahren hatte die heutige Warmzeit einen Höhepunkt überschritten, sodass eine langsame Entwicklung zur nächsten Kaltzeit vermutet werden kann. Allerdings ist diese Bewegung so langsam, dass die Temperatur über eine Zeit von tausend Jahren nur rund 0,1 °C abnimmt. Diese geringe Veränderung wird jedoch von so vielen anderen Einflüssen auf das Klima überdeckt, dass sie praktisch nur noch über einen sehr langen Zeitraum im Mittel erkannt werden kann. Auch diese überlagernden Veränderungen haben im Durchschnitt auf einer großen Fläche, etwa über die Südhemisphäre, nicht mehr als etwa 1 °C Temperaturanstieg oder -abstieg zu verzeichnen.

Das „holozäne Temperatur-Optimum“, oder „Atlantikum“ dauerte zumindest auf der Nordhalbkugel etwa von 7000 v. Chr. bis 4000 v. Chr., mit...