Beobachtungstipp im Juni 2013

Der Klimawandel ist wohl das Umweltthema schlechthin. Über kaum etwas Anderes wurde in den letzten Jahren soviel geschrieben und diskutiert, dass man eigentlich der Sache überdrüssig wird. Man bekommt den Eindruck, dass die Staatsmänner in immer kürzeren Abständen zusammensitzen und eine Weltklimakonferenz die andere jagt. Warum sollten sich da die Astronomen auch noch einklinken? Sicher, das Klima und das Wetter geht jeden etwas an und gerade die Astronomie ist ja eine sehr wetterabhängige Beschäftigung...

Die Hauptursache des Klimawandels ist nach allgemeinem Verständnis der zu hohe Ausstoß an Kohlendioxid der Industrienationen. In der Tat messen die Wissenschaftler eine Anreicherung des Spurengases Kohlendioxid in der Atmosphäre, einhergehend mit dem Anstieg der Durchschnittstemperatur des Planeten. Der Kohlendioxidhaushalt der Erde ist aber ein sehr komplexes System und neben den industriellen Emittenten fällt auch aus natürlichen Quellen Kohlendioxid an. Auf der anderen Seite wird das Kohlendioxid durch die Photosynthese in Pflanzen der Luft entnommen. Auch die Ozeane nehmen in gelöster Form das Kohlendioxid auf und lassen es auf den Meeresgründen für einige Jahrhunderte verschwinden. Hinzu kommen Rückkopplungseffekte. Das wärmere Klima lässt Permafrostböden tauen, die anschließend das noch wirksamere Treibhausgas Methan freisetzen. Und zu allem Übel nehmen die erwärmten Ozeane nicht mehr soviel Kohlendioxid auf.

Dort gibt es also viel Spielraum für Spekulationen über die Ursache des Klimawandels. Politik und Wissenschaft sind dem hausgemachten Klimawandel auf der Fährte und das nicht ganz ohne Kritik. Von anderer Seite kommen oft die Aussagen, dass das Klima der Erde noch nie stabil war und das Temperaturschwankungen an der Tagesordnung sind und eine ganz natürliche Eigenschaft unseres Planeten widerspiegeln. Insbesondere weisen die Astronomen daraufhin, dass Schwankungen der Sonnenaktivität durchaus einen großen Einfluss auf das Erdklima haben können. Und da stehen wir gerade erst am Anfang der Erkenntnisse über das Zusammenspiel des Ökosystems Erde-Sonne-Weltall.

Ein internationales Forscherteam rekonstruierte den Verlauf der Sonnenaktivität der letzten 12.000 Jahre. Genaue Wetterdaten und Aufzeichnungen über die Aktivität der Sonnenflecken liegen uns leider nur von einem Zeitraum der letzen 400 Jahre vor. Doch nichts was auf der Welt passiert, hinterlässt keine Spuren, schon gar nicht das Klima. So taten Forscher andere Klimaarchive auf und rekonstruierten das Geschehen. Eine übliche Methode ist die Untersuchung der Jahresringe von Bäumen. Frühjahrsholz ist hell und weitporig, Sommerholz hingegen dunkel und dichter. Die Wachstumsphase und damit die Dicke der Ringe hängen empfindlich von den äußeren Einflüssen ab. Zudem kann man gut erhaltene fossile Bäume noch auswerten. Überlappung der einzelnen Jahresringe geben Aufschluss über die Lebenszeit des Baumes. Eine weitere Methode ist die Untersuchung von Eisbohrkernen an den Polen. Dort kann man neben der Kalt- und Warmphasen auch noch die kleinen Luftbläschen untersuchen, die im ewigen Eis gefangen sind. Die Rekonstruktion des Klimas auf der Erde ist somit im begrenzten Maße möglich und tatsächlich gab es immer Kalt- und Warmzeiten, die sich auch schon mal schneller abwechselten. So gab es zum Beispiel im Mittelalter eine länger anhaltende Warmperiode, die dann durch die kleine Eiszeit im 17. Jahrhundert unterbrochen wurde. Auch nach der Eiszeit vor 10.000 Jahren gab es eine längere Warmphase, also so betrachtet, kein Grund zur Besorgnis.

Es stellt sich aber die Frage, wie die Astronomen eine Rekonstruktion der Sonnenaktivität gelang. Hierzu griffen die Astronomen tief in die Trickkiste. Erst in den letzten Jahren beschäftigen sich Astronomen mit dem Zusammenhang kosmischer Strahlung, die aus den Tiefen des Weltraums zu uns kommt und der Aktivität der Sonne. Während der Aktivphasen der Sonne gelingt es den kosmischen Teilchen nicht, so tief in das innere Sonnensystem einzudringen. Somit steht auch die Erde weniger unter dem kosmischen Bombardement der hochenergetischen Teilchen. Bemerkbar macht sie dies auch in den Baumrinden der untersuchten Bäume. Wenn die Sonne weniger aktiv ist und viele Teilchen der kosmischen Strahlung auf die Erde treffen, so erhöhen sich auch die Anteile radioaktiver Isotope. Ganz besonders interessant ist dabei das Isotop Kohlenstoff 14, dass auch gerne zur Altersdatierung herangezogen wird. Findet man in den Jahresringen einen erhöhten Anteil an Kohlenstoff 14, so kann man von einer geringen Sonnenaktivität ausgehen. Zeigt dann dieser Jahresring auch eine Phase geringen Wachstums, so ist der Zusammenhang zwischen Wetter und Aktivität der Sonne hergestellt.

Es gelang den Wissenschaftlern das Klima und die Sonnenaktivität seit der letzten Eiszeit zu rekonstruieren. Auch wenn es erstaunlich erscheint. Die Aktivität der Sonne ist so groß wie in den letzten 8.000 Jahren nicht mehr. Und die Forscher gehen davon aus, dass dieser Zustand nicht von Dauer sein wird. In den letzten Jahren durchlief die Sonne ihr Minimum und zeigt keine sehr hohe Aktivität. Die Sonnenforscher sind zur Zeit etwas verunsichert, was die Aktivität der Sonne angeht. Die Sonne könnte statistisch betrachtet aktiver sein. Dennoch besteht kein Grund zur Besorgnis. Der 11-Jahreszyklus ist nicht so zuverlässig, wie er im Lehrbuch steht. Es steht noch nicht fest, wie intensiv das nächste Aktivitätsmaximum ausfallen wird. Während die eine Partei einen normalen Verlauf der Aktivität vorhersagen, gibt es auch ein anderes Lager, welches eine eher ruhige Zukunft für das Zentralgestirn sieht. Man hat in derlei Hinsicht keine Erfahrung, nur die Statistik der letzten Jahre. Dennoch hat die Aktivität der Sonne Einfluss auf unser Klima. Und so liegen die Kritiker des hausgemachten Klimawandels nicht unbedingt daneben, wenn sie den solaren Einfluss auf das Klima verdächtigen. Die aktive Sonne der letzten Jahre konnte wirksam die kosmische Strahlung abwehren. Die aktive Sonne zeigt einen stärkeren Sonnenwind, der weit draußen, weitab der Plutobahn, auf das interstellare Medium trifft. Die elektrisch geladenen Teilchen bilden eine Schockfront und wehren somit die interstellare Strahlung ab. Dieser Effekt wird Forbrush-Effekt genannt. Dem Forbrush-Effekt verdanken wir, dass der Partikelstrom des interstellaren Raums die Atmosphäre nicht zu sehr radioaktiv kontaminiert. Die kleinen kosmischen Partikel werden auch als Kondensationskeime für Wolkenbildung angesehen.

Das führt zum Zusammenhang zwischen Klima und kosmischer Strahlung und der Sonnenaktivität. Höhere Sonnenaktivität bedeutet weniger kosmische Strahlung, weniger Wolkenbildung und somit ein wärmeres Klima. Umgekehrt führt die erhöhte kosmische Strahlung infolge niedriger Sonnenaktivität zu einer dichteren Wolkendecke und zur Abkühlung des Klimas. Bestes Beispiel ist die kleine Eiszeit in der Neuzeit, die durch das Maunderminimum hervorgerufen wurde. Diese Sonnenfleckenlose Zeit im 17. und 18. Jahrhundert wird als Ursache für das besonders kalte Klima zu dieser Zeit betrachtet.

Das Klima der Erde wird also von vielen Faktoren bestimmt und verschiedene Faktoren können selbstverstärkende Effekte haben. Höhere Temperaturen zum Beispiel setzen viel Methan und Kohlendioxid frei, weil unter anderem die Permafrostböden auftauen. Methan ist ein sehr gutes Treibhausgas und sorgt für eine weitere Erwärmung. Im Gegensatz dazu führt ein kaltes Klima zur Vereisung der Polkappen. Das weiße Eis erhöht das Albedo, also die Rückstrahlung der Erde. Es wird also weniger Wärme auf der Erde gespeichert. Dies führt zu weiterer Abkühlung.

Wir beobachten eine Klimaerwärmung in den letzten 30 Jahren, die die mittlere Temperatur um etwa 1 Grad Celsius angehoben hat. Und das obwohl die Sonnenaktivität in den letzten 5 Jahren eher stagnierend ist. Man darf sich aber davon nicht auf die falsche Spur locken lassen. Klimasysteme unterliegen einer bestimmten Trägheit. So bedeutet ja ein kalter Winter nicht unbedingt, dass wir im Sommer zu wenig Auto gefahren sind.

Eine interessante Entdeckung wurde Ende 2009 von den beiden Voyager-Sonden der NASA gemacht. Die beiden Raumfahrzeuge, die mittlerweile über 30 Jahre unterwegs sind, senden immer noch Daten vom Rande des Sonnensystems. Die Sonden messen ein recht starkes Magnetfeld, das durch die interstellare Materie hervorgerufen wird. Schon lange ist es bekannt, dass die Sonne innerhalb ihrer Raumblase in einer dünnen interstellaren Wolke fliegt. Die Dichte der Wolke beträgt nur ein Atom auf 4 Kubikzentimeter Raum. Die Temperatur wird mit 6000K gemessen. Die Wolke, die man die lokale Flocke nennt, ist zwar dünn aber recht heiß. Das gemessene Magnetfeld ist mit 400 bis 500 picoTesla stärker als erwartet. Es ist zu vermuten, dass das Magnetfeld auch Schwankungen unterliegt. Je stärker das Magnetfeld, desto größer ist auch der Einfluss der interstellaren Strahlung auf das Sonnenmagnetfeld. Somit hat die Stärke des interstellaren Magnetfelds, das natürlich mit den Eigenschaften der Lokalen Flocke zusammenhängt, auch Einfluss auf das Klima der Erde.

Interessant wäre auch festzustellen, ob das Wechselspiel der Warm- und Kaltzeiten des Erdklimas im Zusammenhang mit der Durchquerung solcher Wolken oder Magnetfelder in Einklang zu bringen sind. Unsere lokale Flocke wird auf etwa 30 Lichtjahre im Durchmesser geschätzt und wir durchwandern sie seit etwa 150.000 Jahren. In 20.000 Jahren werden wir sie wieder verlassen und unsere Nachfahren werden dann vielleicht mit einem viel schlimmeren Klimawandel zu kämpfen haben.

Sternfreundlicher Gruß,
Christian Overhaus