Grönland und sein Eis
Eine Klimageschichte der Erde

Eine neuere Seite zu den Folgen des anthropogenen Treibhauseffekts
Inhaltsverzeichnis:

0 Vorwort
1 Übersicht über Klimaänderungen
1.1 Kalt- und Wärmezeiten
1.2 Ursachen für Klimaänderungen
1.3 Gletscher
2 Forschung im Eis von Grönland
2.1 Temperatur
2.2 Andere äußere Einflüsse
2.3 Altersbestimmung
3 Ergebnisse der Forschung im Eis von Grönland
3.1 Ursachen für die Klimaänderungen
3.2 Schlussfolgerungen
4 Anhang
5 Quellen

0 Vorwort

Auch dieses Jahr haben wir wieder eine Facharbeit in der Schule geschrieben. Diese bereite ich auch wieder für's Internet auf, vielleicht hilft dieser Text ja irgendjemandem.
Die Wissenschaftler bemühen sich, immer mehr über das Klima der Erde herauszufinden und auch über die Vergangenheit zu lernen. Bevor man Theorien über den Verlauf des Klimas aufstellen kann, braucht man natürlich zuersteinmal Daten. Die kann man zum Beispiel aus dem Grönländer Eis gewinnen. Wie diese Daten gewonnen werden und was man daraus schlussfolgern kann, ist in dieser Facharbeit zu finden.
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1 Übersicht über Klimaänderungen

1.1 Kalt- und Wärmezeiten

Das Klima der Erde ist nie so geblieben, wie es war. Immer gab es Veränderungen. Vermut-lich hatte die Erde zu Beginn noch ein relativ gleichbleibendes Klima. Im Eozän (ca. vor 60-40 Millionen Jahren) betrug die Durchschnittstemperatur etwa 21C. In den nächsten Zeitepo-chen wurde das Klima langsam etwas kühler bis etwa vor 3 Millionen Jahren. Ab da entstan-den wellenartige Veränderungen der Erdtemperatur und es gab immer wieder Kalt- und Warmzeiten (vergleiche Wolstedt, S. 8-9; siehe Anhang 1.1.1).
Später gab es immer wieder Wechsel zwischen Warm- und Kaltzeiten, die auch immer wieder unterbrochen werden und es gab plötzliche Änderungen. "Das Weltklima gleicht launischem Aprilwetter " (Internet: http://www.spiegel.de/spiegel/21jh/0,1518,84380,00.html)
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1.2 Ursachen für Klimaänderungen

Geringfügige Änderungen der Erdbahn, die durch den gravitativen Einfluss anderer Planeten entstehen, können große Einflüsse auf das Klima haben. Denn dadurch schwanken die Inten-sität und die Verteilung der Sonneneinstrahlung. Das wirkte sich dann in Klimaperioden von 20 000, 40 000 und 100 000 Jahren aus. Das vermutete Milutin Milandovic während der zwanziger, dreißiger Jahre. Bis zu seinem Tod konnte das nicht bewiesen werden, aber inzwi-schen weiß man durch Klimadaten aus dem Tiefseeboden und dem grönländischen Eis, dass der grundlegende Klimazyklus etwa 100 000 Jahre betrug mit kleineren Variation von 20 000 und 40 000 Jahren (vergleiche Alley, Bender, S. 42).
Vermutlich hat auch die Sonneneinstrahlung großen Einfluß auf das Klima der Erde. Die Helligkeit der Sonne variiert etwas aufgrund von Sonnenflecken und -fackeln. Das sind hellere oder dunklere Gebiete auf der Sonnenoberfläche. Die Sonnenhelligkeit schwankt nicht viel, aber wenn man Klima- und Sonnendaten der Vergangenheit mit den jetzt gewonnenen vergleicht, sieht man, dass sich "Sonnenhelligkeit und Erdtemperatur erstaunlich übereinstimmend" (Fligge, Solanki, S.33) entwickelten (siehe Anhang 1.2.1). Allerdings stimmen die Daten ab etwa 1970 nicht mehr überein, vermutlich aufgrund des Treibhauseffektes.
Auch Wechselwirkungen der Meeresströme der Erde haben großen Einfluss auf das Klima.
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1.3 Gletscher

Der gefallene Schnee wird durch den großen Druck der Schneemassen über ihm zu Eis zu-sammengedrückt. Gletscher transportieren immer etwas von dem Eis ins Meer. Bilden sich im Sommer Schmelzwasserlachen auf der Oberfläche des Eises, kann das Wasser bis zur Basis des Gletschers herunterlaufen. Außerdem wird am Boden des Gletschers Eis durch den hohen Druck zu Wasser. "Dadurch [werden] die Gleitbahnen des Eises an der Gletschersohle ge-schmiert" (Schubert , S. 106) und das Eis rutscht schnell ins Meer (vergleiche Schubert, S. 106; siehe Anhang 1.3.1).
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2. Forschung im Eis von Grönland

Grönland liegt nordöstlich von Kanada und gehört zu Dänemark. Es liegt zwischen 60 n.Br und 82n.Br, und zwischen 72 w.L und 11 w.L. (siehe Anhang 2.0.2).
Grönland hat eine Fläche von 2,18 Millionen km2 und etwa 1,65 Millionen km2 sind eisbedeckt (vergleiche Wolstedt, S. 35).
Aus dem grönländischen Eis kann man viel über das Klima während der Vergangenheit erkennen. Allerdings ist das Eis auch immer etwas in Bewegung und Eis fließt durch die Gletscher in die Meere ab, weshalb es nur wenige Stellen gibt, an denen man ein "lückenloses Klimaarchiv" (Schubert, S. 106) findet. Das älteste Eis, welches man auch Grönland finden kann, ist etwa 250 000 Jahre alt. Älteres Eis ist inzwischen mit den Gletschern ins Meer geflossen (vergleiche Schubert, S. 106).
Der Vorteil von Messungen im Eis ist, dass dort die Jahresschichten viel dicker sind. In den Sedimenten der Meere, in denen man auch Informationen über das Klima der Vergangenheit finden kann, lagern sich an vielen Stellen nur wenige Zentimeter von tausend Jahren Klimageschichte an. Man kann den groben Ablauf des Klimas erkennen, aber kleine Schwankungen kann man nur sehr schwer oder gar nicht erkennen (vergleiche http://www.pik-potsdam.de/~stefan/achterbahn.html).
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2.1 Temperatur

Zur Temperaturbestimmung nutzt man, dass es verschiedene Wasser- und Sauerstoffisotope gibt (siehe Anhang 2.1.1). Es gibt schwerere und leichtere Wassermoleküle. Gewöhnliches Wasser enthält leichte und schwere. "Wenn ein Luftpaket abkühlt, kondensiert die enthaltene Flüssigkeit und es regnet oder schneit." (Alley, Bender, S. 44) Das schwere Wasser konde-siert eher, und ist daher im Niederschlag etwas mehr enthalten. Wenn nun während einer kalten Periode die Luftmassen vom Meer über eine große vereiste Landfläche ziehen, bevor sie im Zentrum ankommen, ist das schwere Wasser zu großen Teilen schon auskondensiert und in der Mitte enthält der Schnee im Verhältnis mehr leichtes Wasser und somit auch das Eis. So kann man an den Anteilen von schwerem und leichtem Wasser die Temperatur der Vergangenheit bestimmen.
Man kann auch einfach die Temperatur des Eises messen. Da Eis ein schlechter Wärmeleiter ist und über dem Eis wieder Eisschichten liegen, also kein Temperaturaustausch mit den Temperaturen der Atmosphäre zu anderen Zeiten stattfinden kann, kann man auch hiermit relativ gute Messergebnise bestimmen, die mit denen der erstgenannten Methode übereinstimmen.
Die Niederschlagsmengen kann man anhand der Dicke der Jahreslagen abschätzen, die bei größeren Niederschlagsmengen dicker sind.(siehe 2.3)
(Vergleiche Alley, Bender, S. 44)
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2.2 Andere äußere Einflüsse

Eingewehtes Material gibt weitere Aufschlüsse über das Klima. Sind zum Beispiel vermehrt große Staubteilchen im Eis vorhanden, lässt das auf große Windstärken schließen. Auf diese Weise kann man auch Windströmungsmuster rekonstruieren, genauso wie man Vulkanasche zur genaueren zeitlichen Einordnung verwenden kann (siehe Anhang 2.2.1).
Auch von Meeresalgen erzeugte Gase können weiteren Aufschluss über die wechselnden Lebensbedingungen der damaligen Zeit geben, obwohl man dabei immer die Menge an solchen Stoffen in Relation zur Dicke der Jahreslagen (siehe 2.3) setzen muss.
Sogar Proben der damaligen Atmosphäre sind noch im Eis enthalten. Im Zwischenraum zwischen mehreren Schneekristallen ist immer etwas Luft. Wird der Schnee dann durch den hohen Druck zusammengepresst, wird die Luft eingeschlossen (siehe Anhang 2.2.2). Anhand der Konzentration bestimmter Gase kann man feststellen, wie die Zusammensetzung der d-maligen Atmosphäre war (vergleiche Alley, Bender, S. 45).
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2.3 Altersbestimmung

Um mit den Temperatur- und Wetterdaten auch etwas anfangen zu können, muss man natür-ich noch wissen, wie alt das Eis ist. Zur Altersbestimmung gibt es verschiedene Methoden. Im Sommer sind die Schneekristalle größer als im Winter. Dadurch bilden sich "Jahreslagen ähnlich den Baumringen" (Alley, Bender, S. 43). An diesen kann man das Alter des Eises abzählen.
Im Laufe des Jahres gibt es auch eine unterschiedliche Verteilung von Staubteilchen im Eis. Im Frühling und Herbst sind mehr Staubteilchen im Eis, weil in diesen Jahreszeiten kräftigere Winde wehen. Mithilfe eines Lasers und dessen Streuung im Eis kann man auch hierbei wieder Jahreslagen erkennen, die man auszählen muss.
Auch ist im Sommerschnee die Säurekonzentration aus unerklärlichen Gründen etwas höher als im Sommer. Dadurch bilden sich auch wieder Schichten, die man dann zur Altersbestimmung auszählen muss.
Aber in tieferen Schichten, ab einem Alter von 100 000 Jahren, sind die Schichten nur noch schwer erkennbar, weil das Eis unter dem Druck der über ihm liegenden Schichten beginnt zur Seite zur fließen und die Jahreslagen werden gewellt, verwischen oder verschwinden sogar völlig. Deshalb kann man in solchen Tiefen das Alter des Eises nicht mehr abzählen. Danach vergleicht man Proben der eingeschlossenen Luft mit Luftproben, deren Alter bekannt ist. Da die Atmosphäre zu einer Zeit überall auf der Erde gleich ist und die selben Konzentra-tionen von bestimmten Gasen enthält, kann man damit relativ gut das Alter vergleichen (vergleiche Alley, Bender, S. 42 ff).
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3 Ergebnisse der Forschung im Eis von Grönland

Bevor man im Eis von Grönland ein genaues Klimaarchiv gefunden hatte, dachte man, dass sich das Klima in langsamen Zyklen (100 000 Jahreszyklen nach Milandovic) verändert. Durch die Ergebnisse im grönländer Eis erfuhr man jedoch, dass es immer wieder drastische Klimaumschwünge gab. So sind zum Beispiel mehrmals Klimasprünge zu finden, bei denen in nur wenigen Jahren das Klima sich um acht bis zehn Kelvin erhöht hat und erst nach mehreren Jahrhunderten zum ursprünglichen Eiszeitklima zurückgekehrt ist. Allein in der letzten Eiszeit gab es etwa 20 solcher Sprünge. Man nennt sie Dansgaard-Oeschger-Ereignisse (vergleiche Rahmstorf, S. 48).
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3.1 Ursachen für die Klimaänderungen

Auch in den Proben aus Tiefseeschlamm kann man inzwischen schon sehr genau Daten ablesen. Dabei wurde deutlich: "Mit jedem Klimawechsel in Grönland mussten sich auch die großräumigen Strömungen in den Ozeanen deutlich geändert haben." (Rahmstorf, S.48). Änderungen in der Strömung des Atlantiks hatten und haben also großen Einfluss auf das Klima der Nordhalbkugel. Es gibt drei unterschiedliche Strömungszustände im Atlantik, die sich aus den Tiefseeproben ablesen lassen: Die Strömung ist ganz ausgefallen (siehe Anhang 3.1.1), die Strömung hört südlich von Island auf (siehe Anhang 3.1.2) oder der warme Nordatlantikstrom reicht bis nach Skandinavien (siehe Anhang 3.1.3).
Nur der zweite Strömungszustand war stabil. Die beiden anderen andern entstanden zwar bei bestimmten Störungen, blieben aber nur einige Jahrhunderte bestehen; danach gab es wieder die normale Strömung. In einer Warmzeit, so wie zur Zeit, sind die beiden Zustände, die zur Eiszeit instabil waren, beständig und den "dominierenden Eiszeitzustand" gibt es gar nicht. Die Strömungsmuster hängen davon ab, wo welches Wasser nach unten sinkt. Nach unten sinkt das Wasser mit der größeren Dichte, also das salzigere. Wieviel absinkt hängt "vom Süßwassereinstrom [...], also von der Gesamtmenge aus Niederschlag, Fluss- und Schmelzwasser abzüglich der Verdunstung." (Rahmstorf, S.48) ab. In der Eiszeit haben vermutlich schon kleine Änderungen im Süßwasserzufluss des Atlantiks das Strömungsmuster verändert. Was diese kleinen Auslöser waren, ist allerdings noch unbekannt.
Mithilfe der Dansgaard-Oeschger-Ereignisse kann man zum Beispiel die "kleine Eiszeit" im 16.-18. Jahrhundert erklären. Denn der Abstand zwischen zwei Dansgaard-Oeschger-Ereignisse beträgt ca. 1500 Jahre. Das Holozän (die jetzige Warmzeit) ist allerdings in dieser Hinsicht sicherer, die Änderungen im Klima sind nicht so schwerwiegend (vergleiche Rahmsdorf, S.48f).
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3.2 Schlussfolgerungen

Im Eis von Grönland sieht man, dass das Klima der Erde immer wechselhaft war. Man kann davon ausgehen, dass auch in Zukunft sich das Klima wieder verändern wird. Und es konnte auch festgestellt werden, dass schon kleine Änderungen (z. B. der Süßwasserzufluss) große Auswirkungen auf das Klima haben können. Was für Auswirkungen die vom Menschen geschaffenen Änderungen durch den Treibhauseffekt, Verschmutzung der Umwelt und damit verbundene Folgen u.ä. haben, kann man noch nicht abschätzen, aber da das Klimasystem der Erde relativ empfindlich ist, sollte man das Wissen über die wechselhafte Vergangenheit des Klimas als Anlass nehmen, vorsichtiger mit der Natur und dem Klima der Erde umzugehen.
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4 Anhang

1.1.1
Diagramm über den Temperaturverlauf vom Eozän bis zu Pliozän
Im Diagramm sieht man die Durchschnittstemperatur der Erde vom Eozän an. Vom Eozän bis zur Hälfte vom Pliozän, wo die Temperatur noch keinen großen Schwankungen unterliegt, ist die Linie gewellt, weil es wahrscheinlich auch schon damals kleine Temperaturumschwünge gab.
Quelle: Wolstedt, S.9
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1.2.1
Diagramm: Sonnenaktivität - Erdtemperatur
Die Sonnenhelligkeit und die Temperatur im Vergleich seit 1880
Quelle: Fligge, Solanki, S.33
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1.3.1
Funktionsweise eines Gletschers
Das Bild zeigt das Fließen der Gletscher der Antarktis, aber Grönlands Gletscher funktionieren genauso.
Quelle: Rémy u. Ritz, S.70
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2.0.1
Ein Eisbohrkern im Querschnitt
Ein Eisbohrkern im Querschnitt.
Quelle: Alley, Bender, S.43
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2.0.2
Karte von Grönland
Karte von Grönland mit Eisbedeckung (von 1954)
Quelle: Wolstedt, S. 36
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2.1.1
verschiedene Wasserisotope
Die verschiedenen Isotope im Regen.
Quelle: Alley, Bender, S.43
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2.2.1
gefaltete Jahresschichten im Eis
Eingewehtes Material im Eis. Die Schichten sind gefaltet.
Quelle: Alley, Bender, S.43
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2.2.2
Eingeschlossene Luftblasen
Eingeschlossene Luftblasen.
Quelle: Alley, Bender, S.43
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3.1.1
völlig abgerissene Strömung
Der völlig abgerissene Strömungszustand
Quelle: Rahmsdorf, S.49
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3.1.1
bis island
Die Strömung hört vor Island auf
Quelle: Rahmsdorf, S.49
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3.1.3
bis um den Atlantik
Die Strömung geht bis um den Atlantik herum
Quelle: Rahmsdorf, S.49
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5 Quellen

Bücher:

Schubert Dr., Thomas: Klimafakten. Der Rückblick - Ein Schlüssel für die Zukunft. 2. Auflage. Stuttgart: E. Schweizbart'sche Verlagsbuchhandlung. 2000

Wolstedt, Paul: Das Eiszeitalter. Grundlinie einer Geologie des Quartärs, Erster Band. 2. Auflage. Stuttgart: Ferdinand Enke Verlag. 1954

Zeitschriften:

Alley, Richard B., Bender, Michael L., 2002. Grönlands eisiges Klima-Archiv. Spektrum der Wissenschaft- Dossier 1/2002, 42-47

Fligge, Marcel, Solanki, Sami K., 2002. Sonnenhelligkeit und Klima. Spektrum der Wissenschaft- Dossier 1/2002, 32/33

Rahmsdorf, Stefan, 2002. Warum das Eiszeitklima Kapriolen schlug. Spektrum der Wissenschaft- Dossier 1/2002, 48/49

Rémy, Frédérice, Ritz, Catherine, 2002. Schmelzen die Polkappen? Spektrum der Wissenschaft- Dossier 1/2002, 68-75

Internet:

"Die Welt fährt Achterbahn (Süddeutsche Zeitung, 3_-4_ Juli 99)" http://www.pik-potsdam.de/~stefan/achterbahn.html 23.01.2002

"4_1_ Klima auf der Kippe EXPEDITION IN DIE EISZEIT - DER SPIEGEL - SPIEGEL ONLINE" http://www.spiegel.de/spiegel/21jh/0,1518,84380,00.html 23.01.2002

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