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Dieser Artikel beschäftigt sich mit dem Klimawandel als Phänomen. Zum Klimawandel seit dem 19. Jahrhundert siehe Erderwärmung.

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Temperaturentwicklung der Erde in den letzten 500 Millionen Jahren (vereinfachte Rekonstruktion und hohe Vorhersage bis 2100). Eine genauere Beschreibung finden Sie unter Hier.

Teil einer Artikelserie über Geowissenschaften
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Klimawandel ist die Änderung des mittleren Wetters oder Klima über einen Langen Zeitraum. Die Veränderung äußert sich am deutlichsten in einer Zunahme oder Abnahme des Mittelwertes Temperatur, Änderungen der vorherrschende Windrichtung und von der Wasserkreislauf und mit dem der Wolkendecke und die Menge Niederschlag auf Boden. Diese Änderungen betreffen Desertifikation, Feuchtgebiete, Überschwemmungen durch überlaufende Flüsse und die Größe von Polkappen und Gletscher. Längerfristig wirken sich die Klimaveränderungen auch auf Meeresströmungen, es Meeresspiegel und der Salzgehalt des Meerwassers.

Der Klimawandel trat Ende des 20. Jahrhunderts aufgrund eines beobachteten Een in den Vordergrund Erderwärmung. In dem geologische Vergangenheit es gab Zeiten, in denen es an Land am warmsten und feuchtsten oder sehr heiß und trocken war. Es gab auch Zeiten, in denen es auf der Erde viel kälter war als jetzt, wie zum Beispiel während der Eiszeiten. Die Klimaunterschiede in den verschiedenen Perioden sind am größten in den Polarregionen und herum Breitengrade wo in der neuzeit a gemäßigtes Klima herrscht. Sie sind am kleinsten Äquator und zwischen den Tropen.

Klimawandel und seine Auswirkungen auf die Geschichte des Menschen sind das Thema der Historische Klimatologie. Dies ist ein Teil der Paläoklimatologie, die sich auf den Klimawandel in der gesamten Geschichte der Erde Studien.

Ursachen und Forschung

Kochsonia aus dem Mittelsilur, die älteste bekannte Landpflanze

Das Klima der Erde wird in erster Linie durch die Entfernung von der Erde zum Sonne und der Sonnenaktivität entschlossen. Der Winkel zwischen dem Erdachse und der Erdumlaufbahn, die Verteilung der Kontinente über die Erdoberfläche und den Einfluss der Treibhauseffekt in der Atmosphäre spielen eine wichtige Rolle. Der Klimawandel wird maßgeblich durch die die Kontinente verschieben und Veränderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre. Groß Naturkatastrophen in der Vergangenheit mit ziemlicher Sicherheit den Klimawandel verursacht oder eingeleitet haben. Es sind Faktoren, die nach System Erde miteinander verwandt.

Klima und Klimaveränderungen bestimmen, welche Ökosysteme auf der Erde vorkommen und wie sich Ökosysteme entwickeln. Dies bedeutet, dass sich der Klimawandel zusammen mit den Plattentektonik, wichtige treibende Kräfte hinter der Evolution des Organismen die in den anderen Biotope dieser Ökosysteme. Andererseits beeinflussen die auf der Erde lebenden Organismen das Klima und die Klimaveränderungen. Somit gibt es a Feedback zwischen Bevölkerungen der verschiedenen Organismen und des Klimas und der Ökosysteme, in denen sie leben. Dieses Feedback kann positiv oder negativ sein.

Die Geschwindigkeit des Klimawandels variiert stark. Diese Veränderungen können langsam und allmählich, aber auch schnell und ruckartig sein. Zudem vollzieht sich der Klimawandel nicht überall gleich schnell und gleich. Die Ursachen und Folgen des vergangenen Klimawandels sind Gegenstand vieler the multidisziplinärNaturwissenschaft Forschung. Forschungsfelder, in denen der Klimawandel eine Rolle spielt, sind zum Beispiel Sedimentologie, Paläontologie, Geochemie und atmosphärische Physik. Je weiter man in die Vergangenheit zurückgeht, desto komplizierter und schwieriger wird die Erforschung des Klimawandels, weil die benötigten Daten immer knapper und grobkörniger werden.

Klimaänderungen in der geologischen Vergangenheit

Weitere Informationen zur Erforschung des Klimas in früheren Zeiten finden Sie im Artikel über Paläoklimatologie.
Weitere Informationen zur Geschichte und Entwicklung der Erde finden Sie im Artikel Geschichte der Erde.

Logarithmische Temperaturgeschichte der Erde über die letzten 542 Millionen Jahre, vom Beginn des Kambriums bis heute. Das Präkambrium fehlt im Bild.

Geologische Zeitskalen

Ein Felsen mit einem geologischen Schichtung: Steamboat Rock im 'Garten der Götter, ein Naturpark in Colorado Springs (USA)

Die Klassifizierung der geologische Zeitskala basiert auf der Ablagerungen in Boden und Gestein, Funde von Fossilien und Dating davon. Die Entwicklung fossiler Flora und Fauna im Gestein gibt Hinweise auf die Klimaentwicklung. Direktere Beweise werden aus dem Verhältnis von stabilen Isotope in Gesteinsschichten. Diese zeigen, wie sich die Zusammensetzung der Atmosphäre in der Vergangenheit verändert hat.

Die Evolution der Flora hat in der Erforschung der Atmosphärenentwicklung mehr Gewicht als Pflanzen Sauerstoff produzieren und es Treibhausgase Kohlendioxid einfangen. Pflanzen spielen eine wichtige Rolle in der Kohlenstoffzyklus und haben damit einen wichtigen Einfluss auf die Zusammensetzung der Atmosphäre.

Präkambrium

Stromatolithen aus dem Präkambrium in der Siyeh-Formation, Glacier-Nationalpark (Montana, USA)

Es Präkambrium, zwischen 4.560 und 542 Millionen Jahren, umfasst einen Zeitraum von etwa vier Milliarden Jahren, das sind mehr als 85 % der Zeit, in der die Erde existiert hat. Zu Beginn des Präkambriums Erdkruste gebildet. Diese Zeit war vor allem zu Beginn geprägt von großen vulkanisch Aktivität und Auswirkungen von Meteoriten und Komm essen. Im Laufe der Zeit entwickelte sich das erste Leben, nach dem primitiv Algen das Kohlendioxid, von denen ein Großteil der frühen Atmosphäre existierte, durch Photosynthese begann sich in zu verwandeln Sauerstoff und organische Verbindungen, wie Kohlenhydrate, Fettsäuren und Aminosäuren.

Archäisch

Das Klima während der Archäisch, zu Beginn des Präkambriums zwischen 4.560 Millionen Jahren bis vor 2.500 Millionen Jahren, zunächst während der Hadeanwaren sehr heiß. Aus den ersten 400 Millionen Jahren der Erde wurden bisher keine Gesteine ​​gefunden. Am Ende des Hadeans, der Lithosphäre kühlte stark ab und wurde relativ stabil. Die Atmosphäre bestand wahrscheinlich aus einem Gemisch von Gasen einschließlich Wasserdampf, Stickstoff-, Wasserstoff, Methan, Schwefelwasserstoff, Ammoniak, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid.

Kontinente waren noch nicht vorhanden und die dünne instabile Kruste bestand aus Kratonen die größtenteils unter Wasser standen. Der Weltozean war voll von kleinen Inseln. Das Klima war daher wohl relativ homogen. Die Atmosphäre enthielt relativ hohe Konzentrationen Treibhausgase wie Kohlendioxid, Methan und Ammoniak. Obwohl die Sonnenaktivität relativ niedrig war, war es teilweise aufgrund des Vorhandenseins dieser Treibhausgase warm. Die ersten Lebensformen entstanden wahrscheinlich vor etwa 4,0 bis 3,6 Milliarden Jahren, auf halbem Weg durch das Archäische Zeitalter. Es betraf das erste Primitiv extremophil Typen Bakterien Das Archaeen werden genannt. Der älteste Stromatolithen Hinweise auf Leben wurden in Westaustralien und Kanada gefunden und sind wahrscheinlich 3.500 Millionen Jahre alt.

Paläoproterozoikum

Eisenoxidschichten in Gesteinen aus dem Paläoproterozoikum

Es Paläoproterozoikum dauerte 2.500 bis 1.600 Millionen Jahre (ma) vor. Die Huronische Eiszeit ist die älteste bekannte Eiszeit und dauerte vor 2.400 bis 2.100 Millionen Jahren während der Siderium und der Rhyacium zu Beginn des Paläoproterozoikums. Diese Eiszeit war wahrscheinlich das Ergebnis der ersten „Sauerstoffkrise“.

Anfangs fast alle primitiven Cyanobakterien produzierten Sauerstoff, der an das Eisen gebunden war, das während dieser Zeit noch in Wasser gelöst vorhanden war. Immerhin war das Eisen auf der Erdoberfläche oxidiert die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre nahm zu. fast alles Methan verschwand auch durch Oxidation aus der Atmosphäre, wodurch sich die Atmosphäre erheblich abkühlte. Methan ist ein starkes Treibhausgas.

Neoproterozoikum

Der umstrittene Superkontinent Pannotia

In der letzten Periode des Präkambrium, es Neoproterozoikum von 900 bis 542 Millionen Jahren (ma) vor, wusste das Boden während der Kryogenium zwei Eiszeiten. Während der letzten Zeit war fast die gesamte Erde mit Eis bedeckt, dem sogenannten Schneeball Erde ab etwa 650 Ma und möglicherweise vor 710 oder 750 Ma. Das meiste Kohlendioxid stammte aus der Atmosphäre verschwunden und im Eis Gerettet. Aufgrund der hohen Reflexion die von der Sonne eingehende Wärmeenergie war um etwa 8% zurückgegangen. In dieser Zeit ist die erste Metazoen und Bilateria, die Vorfahren der meisten Tiere.

Die kontinentale Masse befand sich laut einigen Forschern vor 600 bis 540 Millionen Jahren hauptsächlich um den heutigen Südpol auf dem Superkontinent. pannotia. Die Lage eines großen Kontinents an oder um einen der Pole kann in Kombination mit der stark reduzierten Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre das Auftreten der Eiszeiten während des Kryogeniums erklären.

Während des Präkambriums fanden große Veränderungen im Klima, in der Zusammensetzung der Erdkruste und in der Evolution aufgetreten. In diesem Zeitraum wurden die aktuellen Öl- und Gasreserven geschaffen.

Paläozoikum

Während der Paläozoikum, Der Erste Epoche von dem Phanerozoikum zwischen 542 und 251 Millionen Jahren ein großer Evolutionäre entwicklung Platz. Für die klimatische Entwicklung ist die Eroberung des Landes durch lebende Organismen von größter Bedeutung. Diese Eroberung des Festlandes fand vor etwa 450 bis 300 Millionen Jahren statt.

Kambrium bis Karbon

Als das Eis am Ende des Präkambriums vor 542 Millionen Jahren schmolz, wurde das Kohlendioxid aus dem Eis freigesetzt und das Klima veränderte sich von einem „Kühlschrank“ zu einem „Gewächshaus“. Es wird angenommen, dass dieser geologisch plötzliche Klimawandel zu Beginn des Kambrium das Kambrische Explosion hat verursacht. Der Meeresboden war mit einfachen Algen und Korallen bedeckt und wurde von Weichtierarten bevölkert.

Vor 488 Millionen Jahren, nach dem Kambrium Ordovizian die mit einem hohen Meeresspiegel warm begann und nach einer Abkühlung in einer Eiszeit während der Hirnantien. Während der Silur, vor 443,7 auf 416 Millionen Jahre stieg die Temperatur wieder an und das Klima war warm und feucht. Das Biodiversität in den Weltmeeren stark gewachsen. Es gibt Hinweise darauf, dass das Klima dominiert wurde von dominated Sturm. Das Meer wurde von Fischen bevölkert, die in einer Algenvegetation schwammen. Die ersten primitiven Pflanzenarten entstanden an Land, wie z Moose und Farne, und primitive Insekten wie Springschwänze.

Mittendrin Devon, vor 416 bis 359,2 Millionen Jahren änderte sich das Klima von feucht und warm zu trocken und heiß. Die ersten Urwälder entstanden an Land. Am Ende des Devons die Aussterben des späten Devon Es wird angenommen, dass es das Ergebnis des Klimawandels war, der aus dem Rückgang der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen resultiert. Dieser Rückgang der Kohlendioxidkonzentration wäre das Ergebnis einer effizienten Photosynthese der neu entwickelten Landpflanzen.

Karbon bis Perm

Der Superkontinent Pangäa, wie er vor 250 bis 210 Millionen Jahren existierte

Es Karbon, vor 359,2 bis 299 Millionen Jahren, war zunächst von einem feuchtwarmen Klima geprägt. Das Pflanzenwachstum entwickelte sich explosionsartig und weite Wälder und Küstensümpfe mit Bäumen bis zu einer Höhe von etwa 30 Metern. Zum ersten Mal in der Evolution wurde ein bedeutender Teil der Kontinente dicht mit Pflanzen und Bäumen bedeckt. Reptilien, Amphibien und Insekten in diesem Umfeld gedeihen. Es war im Westfalen dass die im nordwesten Europa und der Nordosten von Nordamerika umfangreiche Kohlevorkommen wurden abgelagert. Am Ende des Karbons hatte sich die Erde stark abgekühlt, wahrscheinlich aufgrund der Abnahme der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre.

In dem Dauerwelle, vor 299 bis 251 Millionen Jahren gab es ein trockenes Klima mit großen Temperaturunterschieden und es gibt Hinweise auf Gletscher und Eiszeiten in dieser Zeit. Auf weiten Teilen der Kontinente herrschte ein Klima, das in Teilen von wahrscheinlich mit dem heutigen Klima vergleichbar war Zentralasien und Norden- und Ostafrika.

Massenaussterben im Perm-Trias und Trias

Die Grenze zwischen dem Perm und dem Trias, vor 251 Millionen Jahren, wurde durch die Massenaussterben im Perm-Trias. Das war das Größte Massenaussterben aus der Erdgeschichte, die sich über einen Zeitraum von etwa 80.000 Jahren erstreckt. Es wird wahrscheinlich durch ein Hoch verursacht vulkanische Aktivität in dem Sibirische Treppe dem eine lange Zeit reduzierter vulkanischer Aktivität vorausging. Nach aktuellen Erkenntnissen kam es in der Zeit vor diesem Massenaussterben zu einer stetigen Klimaerwärmung durch die Verlangsamung des geophysikalische Prozesse die die vulkanische Aktivität bestimmen. Der daraus resultierende Anstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre führte zu einer Erwärmung des Ozeanwassers. Ohne polare Eiskappen verlangsamen sich die Meeresströmungen im Allgemeinen erheblich. Bei einer höheren Temperatur kommt das Meerwasser praktisch zum Stillstand, weil die Temperatur an der Oberfläche am höchsten ist und in größeren Tiefen abnimmt. Dadurch verschwand der Sauerstoff fast vollständig aus dem Meerwasser, so dass höhere Organismen verschwanden und hauptsächlich anaerob Mikroorganismen übrig. Das Mikroorganismen produzierte Methan und Schwefelwasserstoff, die in größeren Tiefen in Gashydraten eingeschlossen wurden.

Die sehr hohe vulkanische Aktivität während der Entstehung der Sibirischen Treppe führte zu einer weiteren Erwärmung des Klimas. Möglicherweise im gleichen Zeitraum a Meteoriteneinschlag aufgetreten. Während dieser extremen Erwärmungsphase wird ein großer Teil der hochgiftigen Schwefelwasserstoff zuvor in die Atmosphäre freigesetzt als Gashydrat wurde auf dem Meeresboden gelagert. Während dieses extremen Klimawandels stieg die Durchschnittstemperatur auf der Erde um etwa 10 °C an.

Mesozoikum

Sharovipteryx

Es Mesozoikum, der Zweite Epoche von dem Phanerozoikum, dauerte vor 251 bis 65 Millionen Jahren und umfasst Trias, das Jura und der Kreide. Das Mesozoikum war recht warm, es gab während des gesamten Zeitraums keine polaren Eiskappen und auch keine Hinweise auf viele Gletscher.

Der Meeresspiegel war höher als heute und der Kohlendioxid- und Sauerstoffgehalt der Atmosphäre waren viel höher als heute. Die Luft war dichter, so dass das Fliegen einfacher war als heute und Pflanzen und Bäume schneller Feuer fangen konnten. Die gesamte Landmasse der Erde lag auf dem Superkontinent pangaea die zu Beginn des Mesozoikums zusammenhängend war und sich im Laufe der Zeit auflöste. Große Teile von Pangaea waren unter Wasser und bildeten warme flache Binnenmeere.

Während der Trias, vor 251 bis 199 Millionen Jahren war das Klima relativ trocken und warm mit einem feuchten und gemäßigten Klima an den Polen. Pangaea hatte wahrscheinlich zum größten Teil ein kontinentales Klima mit großen Unterschieden zwischen den Jahreszeiten und mehreren trockenen und nassen Monsune in den Regionen rund um den Äquator. Am Ende der Trias, über einen Zeitraum von etwa 20.000 Jahren, Aussterben des triasischen Jura Stelle, deren Ursache nicht klar ist. Klimawandel durch Vulkanismus oder die Freisetzung von Methan können may Gashydrat spielte dabei eine Rolle.

Während der Jura, vor 199 bis 145,5 Millionen Jahren und fast das gesamte Kreide, vor 145,5 bis 65,5 Millionen Jahren, war es warm mit einigen kühleren Perioden um den Übergang von Jura zur Kreide, wie z Berriasien. Mitten in der Kreidezeit war das Wetter so viel wärmer, dass in der nördlichen Polarregion Palmen wuchsen. Die Temperatur des Meerwassers in der Strömung arktischer Ozean war wahrscheinlich über 20 °C, so dass das Gebiet während der Polarnacht mit einer Decke aus dichtem isolierendem Nebel bedeckt war. Dadurch blieb die Temperatur in den Polarregionen deutlich über dem Gefrierpunkt.

Camarasaurus, Brachiosaurus und Euhelopus

Einigen Forschern zufolge ist die Geschwindigkeit der Kohlenstoffzyklus in diesen Zeiten hoch, weil große Gruppen von giraffenähnlichen Dinosaurier die Vegetation verwüstet. Diese Tiere hatten eine schlechte Verdauung, was bedeutete, dass sie wenig Energie aus der schlecht verdaulichen Nahrung gewinnen konnten. Deshalb mussten sie viel essen, also haben sie Kot mit unverdauten Pflanzenresten. Diese Überreste wurden von Bakterien und Pilzen weiter verdaut. Auf diese Weise blieb die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre hoch, so dass auch die Temperatur auf der Erde hoch blieb. Aufgrund des hohen Kohlendioxidgehalts der Atmosphäre und der hohen Temperaturen war die Vegetation sehr üppig, sodass die Schäden, die die Dinosaurier an der Vegetation angerichtet hatten, relativ schnell behoben wurden.

Das Ende der Kreidezeit ist durch eine Abkühlung des Klimas gekennzeichnet, die durch die Global Dimming infolge der vulkanisch Aktivität der Deccan-Fallen und die Auswirkung von a Meteorit Biene Chicxulub. Der Einschlag des Meteoriten markiert die K-T-Übergang, der Anfang des paläogen, und beendete die Hegemonie der Dinosaurier.

Känozoikum

Das Verhältnis von Sauerstoffisotope in Sedimentschichten der letzten 70 Millionen Jahre. Dieses Verhältnis ist a Stellvertreter für die Erdtemperatur.

Es Känozoikum, das Letzte Epoche von dem Phanerozoikum, begann unmittelbar nach dem Massenaussterben am Ende der Kreidezeit vor 65 Millionen Jahren. Das Klima war nach heutigen Maßstäben recht warm und änderte sich zunächst wenig. Im ersten Teil der paläogen wärmte das Klima auf und ging dann in die Quartär Abkühlung.

Paläogen bis Quartär

Vor rund 50 Millionen Jahren wurde das Klima allmählich wärmer, mit dem Azolla-Veranstaltung und ein kurzlebiger Ausreißer um 55 Ma, am Übergang zwischen den Paläozän zum Eozän. Diese schnelle und kurzlebige Erwärmung ist Paläozän-Eozän Thermisches Maximum (PETM). Das Gräser entstanden, wodurch große Flächen mit Wiesen wir sind abgesichert. Der Klimawandel ging mit einer Zunahme der Biodiversität von Säugetiere und der Evolution von größeren und komplexeren Arten. Es wird angenommen, dass der Klimawandel durch die Freisetzung großer Mengen von verursacht wurde Methan von Gashydrat am Boden des Meeres. Während der Oligozän es war etwas kühler geworden mit Eiskappen an den Stangen. Größere Lichtungen entstanden in den Wäldern mit Wiese worauf große graser abgegrast.

Die Durchschnittstemperatur auf der Erde lag gegen Ende dieses Zeitraums leicht über dem heutigen Niveau. Während der Miozän das Klima erwärmte sich zunächst und kühlte nach der Hälfte dieser Zeit wieder ab. Ein Meteoriteneinschlag, bei dem die Nördlinger Rieskrater im heutigen Süddeutschland gebildet wurde, war die wahrscheinliche Ursache dafür. Durch die Abkühlung wurde auch das Klima der Erde trockener.

Während der Pliozän Klimas weltweit trockener und etwa 3°C kühler. Das Klima war daher etwas wärmer als das aktuelle Klima. Der Meeresspiegel sank gegen Ende dieses Zeitraums um etwa 50 Meter, da die Polkappen wuchsen.

Pleistozän-

Vor mehr als 2,5 Millionen Jahren, zu Beginn des Quartär es Pleistozän- zu einer Eiszeit bei welcher Kälte Gletscher und wärmer Zwischeneiszeit begann zu wechseln. Etwa fünfzig solcher größeren und kleineren Eiszeiten sind inzwischen aufgetreten. In den letzten 1 Million Jahren gab es zwischen den Eiszeiten etwa zehn größere Zwischeneiszeiten.

Änderung der Isotopenkonzentration von Sauerstoff-18 im Sediment. Dies deutet auf einen periodischen Rückgang des Meeresspiegels und der Temperatur in den letzten 5,5 Millionen Jahren hin.

Viel Wasser war während der letzten Gletscher wie Schnee und Eis auf dem Polkappen und in Gletschern gebunden. Der Meeresspiegel war 120 Meter niedriger als jetzt, die Küste der Nordsee lag mehrere hundert Kilometer nördlich und der Teil zwischen dem Norden der Niederlande und Großbritannien war über Wasser. Mammuts und andere Tiere durchstreiften diese trockene Ebene. Auch menschliche Siedlungen waren über das gesamte Gebiet verstreut.

Der periodische Übergang von kalten Eiszeiten zu wärmeren Zwischeneiszeiten war laut einigen Evolutionsbiologen von entscheidender Bedeutung für die Gehirnentwicklung. Hominiden als die Neandertaler und der Mann. Das Pleistozän endete mit dem Jüngere Dryas.

Holozän

globale Rekonstruktion des Klimawandels für das Holozän als Ganzes. Beachten Sie, dass 0 in diesem Diagramm dem Jahr 1950 entspricht.

Es Holozän ist die aktuelle Zwischeneiszeit, die vor 11.700 Jahren begann, mit einem Klima, das seit 10.000 Jahren vorherrscht. Es ist nicht ganz klar, wann die aktuelle Zwischeneiszeit enden wird, aber die Daten deuten auf eine durchschnittliche Dauer von 20.000 Jahren hin, der Einfluss des menschlichen CO₂ ohne Emissionen.^[1][2]

Laut einigen Forschern gab es vor 7.000 bis 3.000 Jahren ein klimatisches Temperaturoptimum, und die landwirtschaftlichen Aktivitäten des Menschen haben das Klima der Erde in den letzten 2.000 Jahren beeinflusst. Zu den Auswirkungen von Emissionen von Treibhausgase In wissenschaftlichen Kreisen herrscht weitgehende Einigkeit über das Klima.

Klimawandel in der jüngsten Vergangenheit

Temperatur über die letzten zwei Jahrtausende, basierend auf unterschiedlichen Proxies und unterschiedlichen Rekonstruktionsmethoden.

In den letzten Jahren hat sich das globale Klima verändert. Diese erstreckten sich manchmal weltweit oder beschränkten sich auf eine Kontinent oder Hemisphäre

Von etwa 950 bis 1250 n. Chr. kommt eine warme Zeit, dass es Mittelalterliches Klimaoptimum wird genannt. Der Temperaturanstieg während dieser Zeit war wahrscheinlich auf einen Teil der nördlichen Hemisphäre beschränkt. Die Heizung wurde an verschiedenen Stellen nicht synchronisiert. In Eisbohrkernen aus der Antarktis gibt es keine Spuren davon.^[3] Ungefähr zur gleichen Zeit, Mittelamerika und die Gegenwart Kalifornien eine Dürreperiode. Mögliche Ursachen der Klimaanomalie sind eine höhere Sonnenaktivität und Veränderungen der Meeresströmungen.^[4]

Von etwa 1450 bis etwa 1850 kam es an mehreren Orten der Erde zu einem Temperaturabfall. Das wird der kleine Eiszeit erwähnt. Das Winter in Europa waren kälter und dauerten länger, die sommerlich weniger heiß und dauerte kürzer.^[5] Das Gletscher wuchs an vielen Orten der Welt und die and Alpen Schneeschichten. Während der Kleinen Eiszeit gab es mehrere Perioden mit kleinen Sonnenflecken und damit vermutlich reduziert Sonnenaktivität, mag ich Unterminimum. Wahrscheinlich spielt auch die hohe vulkanische Aktivität eine Rolle bei den abgesenkten Temperaturen.^[6]

Nach 1900 beginnt die Temperatur aufgrund des menschlichen CO . rapide zu steigen₂Emissionen. Dies ist der Prozess, der als bezeichnet wird Erderwärmung.

Aus Messungen im Jahr 2004 im Grönländisch Nach dem letzten glazialen Eisschild wurde festgestellt, dass mehrere kürzere Perioden klimatischer Unterschiede beobachtet werden können. Das sind die sogenannten Dansgaard-Oeschger-Zyklen, ein Phänomen, das sich nach etwa 1470 bis 1480 Jahren regelmäßig wiederholt. Die Kleine Eiszeit wird von einigen Forschern als kalte Periode eines D-O-Zyklus interpretiert.

Eiszeiten und Milanković-Zyklen

Weitere Informationen zum zyklischen Klimawandel finden Sie im Artikel Milanković-Parameter.

Es Pleistozän- ist ein Eiszeit das von groß und klein Gletscher gibt es im Wechsel mit Zwischeneiszeit. Gletscher treten mit a . auf Periodizität die bestimmt wird durch die Milanković-Zyklen. Die Milanković-Zyklen bestehen aus drei Perioden, die ungefähr 100.000, 41.000 und 26.000 Jahre dauern. Es geologische Epoche in dem wir leben Holozän erwähnt. Dies kann eigentlich als letztes Interglazial angesehen werden: eine geologisch eher kurze Warmzeit von etwa 10.000 bis 30.000 Jahren zwischen zwei Eiszeiten. Die letzte Eiszeit endete vor etwa 11.000 Jahren.

Die Ursachen für die Periodizität der Glaziale sind eine Kombination und Interferenz der Auswirkungen der Elliptizität des Erdumlaufbahn, das Exzentrizität der Erdumlaufbahn und die Präzession des Erdachse. Die Streckenvariationen sind das Ergebnis der störenden Gravitationsfelder der Planeten Jupiter und Saturn auf der Erdumlaufbahn. Die Präzession der Erdachse wird verursacht durch Gezeitenfelder von Sonne und Mond. Wahrscheinlich hatte die Erdachse im Präkambrium sogar einen Winkel von 54 Grad mit der Erdbahnebene. Dadurch war der Unterschied zwischen den Jahreszeiten in höheren Breiten viel größer als heute.

Aufgrund dieser Bahnschwankungen und Präzessionsbewegungen wird an bestimmten Orten der Erde mal mehr und mal weniger Sonnenenergie aus dem Sonnenlicht eingefangen. Darüber hinaus gibt es einen verstärkenden Effekt: Wenn an einer bestimmten Stelle viel Eis ist, wird mehr Sonnenlicht in den Raum reflektiert, wodurch er kälter wird und sich mehr Eis bildet. Auch der umgekehrte Prozess verstärkt sich: Wenn das Eis im Durchschnitt über mehrere Jahre abnimmt, kommt mehr hinzu Sonnenstrahlung von den Landmassen auf der Erde absorbiert und das Wetter wird wärmer. Dadurch schmelzen Gletscher und Schnee schneller. Dadurch variiert es albedo von der Erde.

Die obige Abbildung zeigt die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre in den letzten 650.000 Jahren. Die Konzentrationen wurden in Eisbohrkernen gemessen, die von der Bahnhof Wostok am Südpol. In diesem Bild ist die 100.000-jährige Periodizität der Milanković-Zyklen deutlich zu erkennen. Auffällig ist auch, dass es viele gibt Lärm auf dem Signal, wodurch feinere Details unsichtbar werden. Es ist nicht bekannt, was dieses Geräusch verursacht.

In dieser Abbildung wurden Daten aus verschiedenen Quellen kombiniert, um ein optimales Bild der Klimaentwicklung der letzten 400.000 Jahre zu erhalten. Außerdem wurde eine berechnete Bestrahlungsstärkekurve hinzugefügt. Die Daten der gemessenen Kohlendioxid- und Methankonzentrationen scheinen darauf hinzudeuten, dass Gletscher abrupt enden und langsam eintreten. Jährliche Schichtungs-Eisbohrkerne im grönländischen Eisschild, in denen der letzte Teil der vorangegangenen Zwischeneiszeit, die emien Die erhaltenen Daten lassen vermuten, dass sich das Klima innerhalb weniger Jahrzehnte von einer Zwischeneiszeit zu einer Eiszeit verändert hat. Die Daten zu den Sauerstoff-18-Konzentrationen in Sedimenten geben hauptsächlich Auskunft über den Meeresspiegel im gleichen Zeitraum. Diese Daten scheinen auch die Zyklen von 26.000 und 41.000 Jahren widerzuspiegeln. Anscheinend sind die hier dargestellte Durchschnittstemperatur auf der Erde, der Meeresspiegel und die Sonneneinstrahlung nicht ganz synchron.

Durch Extrapolation des Milanković-Zyklus einige Klimatologen erwarten, dass das gegenwärtige Interglazial in 15.000 bis 20.000 Jahren enden wird. Der aktuelle Zyklus ist dem von vor etwa 400.000 Jahren sehr ähnlich, in dem die meisten Forscher Holsteinien Platz (MIS 11). Anderen zufolge könnte das nächste Minimum der Durchschnittstemperatur auf der Erde jedoch innerhalb von 6.000 bis 10.000 Jahren erreicht werden. Dann werden die Polkappen wieder stark wachsen, der Meeresspiegel sinkt wieder um zig Meter, die Nordsee wird austrocknen und teilweise mit Schnee und Eis bedeckt sein.

Die Kontinente verschieben

Animation der Bewegungen der Kontinente in den letzten 250 Millionen Jahren

Weitere Informationen zur Verschiebung der Kontinente finden Sie im Artikel Plattentektonik.

Es die Kontinente verschieben gilt als eine der Ursachen für die großen klimatischen Unterschiede in den verschiedenen Erdperioden. Sowohl die Verteilung der Kontinente über die Erdoberfläche wenn der Ort relativ zum Erdachse beeinflusst. Wenn alle Kontinente zusammen sind, wie während des Superkontinents pangaea, da ist ein kontinentales Klima, trocken und mit extremen Temperaturschwankungen. Wenn keine großen Landmassen vorhanden sind oder die Landmassen weitgehend überflutet sind, z Mesozoikum, kann es vielerorts ein wärmeres und feuchteres Klima geben.

Polarregionen und Eiszeiten

Bei großen Landmassen in der Nähe oder auf dem Polen liegen, wie heute Grönland und Antarktis, dann sind enorme Wassermassen wie Schnee und Eis in sich gebunden bound Polkappen. Dadurch sinkt der Meeresspiegel und albedo stark. Die Folge ist, dass die Durchschnittstemperatur auf der Erde sinkt und der Eisschild weiter wächst.

Diese Situation ist dem mechanischen Problem der Doppelpotentialwanne sehr ähnlich, wie links gezeigt. Die Position der Murmel relativ zur horizontalen Achse repräsentiert die durchschnittliche Temperatur auf der Erde. Der Wechsel der Jahreszeiten in dieser Gleichung hält die Murmel in Bewegung und ermöglicht es ihr, die potenzielle Barriere in der Mitte zu überspringen, wenn die Bedingungen stimmen. Aufgrund der Milanković-Zyklen verschiebt sich das absolute Minimum zwischen den beiden Brunnen periodisch von links nach rechts und wieder zurück. Dieser Vergleich würde den Wechsel zwischen Glazial und erklären Zwischeneiszeit infolge der Milanković-Zyklen verkünden. Während andere ijstijden, zoals het geval was tijdens het Cryogenium, was het verschil tussen de twee klimatologische toestanden waarschijnlijk groter zodat er geen afwisseling tussen glacialen en interglacialen geweest is.

De verschuiving van de continenten wordt door de platentektoniek veroorzaakt, die het gevolg is van convectiestromen van magma in de aardmantel. De verschuiving van de continenten die daardoor optreedt gaat over afstanden in de orde van grootte van 0,5 tot 8,5 cm per jaar. Dat zou een verschuiving over een afstand van minimaal enkele tientallen tot maximaal enkele honderden kilometers zijn over de afgelopen 2,5 miljoen jaar sinds het begin van het Pleistoceen. Er zijn meer factoren dan alleen de verschuiving van de continenten op het begin van ijstijden.

De afkoeling tijdens het Carboon kan door de verlaging van het kooldioxodegehalte van de atmosfeer veroorzaakt zijn. Sommige wetenschappers hebben het vermoeden dat de ontwikkeling van de vegetatie een grote invloed op het aanbreken van het Pleistoceen heeft gehad. Nu zou er door de uitstoot van broeikasgassen en de huidige opwarming van de Aarde een warmere periode in de klimaatontwikkeling aan kunnen breken. Het IPCC is van mening dat de stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde tot 2 °C beperkt moet blijven om ernstige problemen en een ontregeling van het klimaat te voorkomen.

Het reliëf van het landschap

De Fitz Roy (3406 m) in het zuiden van de Argentijnse Andes

Behalve op ijstijden en ijskappen op de polen heeft de verschuiving van de continenten ook invloed op het reliëf van het landschap en het plaatselijke klimaat. De verdeling en ligging van verschillende gebergten en vlakten op een continent hebben grote invloed op de waterkringloop en luchtstromingen en daarmee ook op de verschillende klimaten die op de verschillende continenten kunnen heersen.

Het reliëf in het landschap heeft soms veel invloed op neerslagpatronen. Zo is aan de zuidpunt van Zuid-Amerika de windrichting overwegend westelijk. Hoewel Patagonië omringd is door zee, is het achter de Andes droog omdat de relatieve luchtvochtigheid verlaagd is door de stijgingsregens aan de westkant van de Andes. West-Europa ligt op een vergelijkbare breedte, ongeveer 40 tot 55 °NB, ten noorden van de evenaar als Patagonië ten zuiden van de evenaar ligt. De windrichting is in het grootste deel van Europa wisselend maar overwegend westelijk. Er valt tot aan de Oeral jaarlijks een ruime hoeveelheid neerslag. Ten oosten van de Oeral, in de Gobiwoestijn, Mongolië en Mantsjoerije is het rond dezelfde breedtegraad, vanwege de grotere hoogten en de grote afstand tot de oceanen, relatief droog en voor het grootste deel van het jaar aanzienlijk kouder.

Zuid-China ligt op een vergelijkbare breedtegraad als Noord-Afrika, het Middellandse Zeegebied en het Midden-Oosten, ongeveer 25 tot 40 °NB. Het gebied is bergachtig en van nature vrij dicht bebost. Hier heerst een gematigd chinaklimaat volgens de klimaatclassificatie van Köppen. Op deze breedte bevinden zich gewoonlijk de drogere gebieden doordat hier de lucht in de Hadley- en Ferrelcellen meestal daalt. In het zuidelijke deel van China is dat anders. In de hogere delen van Ethiopië, Bolivia en Zimbabwe doen zich vergelijkbare situaties voor.

Continentale platen verschuiven met snelheden van enkele centimeters per jaar ten opzichte van elkaar terwijl de daling en stijging van de bodem enige millimeters per jaar bedraagt. Gebergten worden gevormd en zinken weer in de aardkorst weg op een tijdschaal van tientallen tot enkele honderden miljoenen jaren. Op die tijdschaal verschuiven continenten honderden tot duizenden kilometers ten opzichte van elkaar.

Bodemgesteldheid en vegetatie

De bodemgesteldheid op een bepaalde plaats is soms heel eenvoudig uit de verschuiving van de continenten te verklaren: in het Carboon ontstond de steenkool die nu in Europa wordt gedolven in een tropisch klimaat omdat Europa toen rond de evenaar lag. De relatief snelle noordwaartse verschuiving van India tussen 60 en 20 miljoen jaar geleden heeft ervoor gezorgd dat dit continent achtereenvolgens een aantal verschillende klimaten en vegetatiezones kende.

Permafrost met een hexagonaal patroon dat gevormd is door de druk van uitzetting

De huidige bodemgesteldheid wordt bepaald door het geologische verleden. Veel van de oudste gesteenten op Aarde bevinden zich in Australië, delen van Afrika, het noorden van Canada en op Groenland. De bodem is in die gebieden zeer arm aan voedingsstoffen omdat ze in de loop der tijd helemaal uitgeput en uitgeloogd is. Dat heeft gevolgen voor de flora en de fauna die van de vruchtbaarheid van de bodem afhankelijk is. De koolstof- en de waterkringloop draaien in ecosystemen die op deze droge arme bodems leven erg traag. Deze ecosystemen zijn erg kwetsbaar en herstellen na beschadiging niet of bijzonder traag.

Grote delen van het tropisch regenwoud in de Amazone staan op een relatief arme bodem zodat bijna alle voedingsstoffen, mineralen en het water in het ecosysteem zelf zijn opgeslagen. De koolstofkringloop draait in dit ecosysteem veel sneller dan in de droge Australische ecosystemen maar ze valt vrijwel stil als het ecosysteem te zwaar wordt aangetast. Als het bos verdwijnt blijft er vaak alleen een relatief onvruchtbare zandlaag over, verandert het klimaat van vochtig naar droog en verandert het ecosysteem in een savanne.

Moderne akkerbouw in Polen. Zonder menselijke activiteit was deze grond dicht bebost geweest.

De situatie in Europa is geheel anders. Hier is de bodem vaak alluviaal, jong en gevarieerd en bestaat voor een deel uit klei en löss. Hier zijn de bodems rijk aan mineralen en is er ruim voldoende water om te laten groeien wat groeien wil als het weer het toelaat. Andere gebieden die met een vergelijkbare rijke bodemgesteldheid gezegend zijn zijn bijvoorbeeld de Indus-Gangesvlakte en de Nijldelta. Bodems die door vulkanische activiteit gevormd zijn zijn ook jong en vruchtbaar. Samen met de alluviale gebieden behoren vulkanische eilanden als Java en delen van de Filipijnen en Japan tot de dichtst bevolkte gebieden ter wereld. Ze hebben allemaal een weelderige plantengroei en een hoge flux van water en koolstof in hun water- en koolstofkringloop.

Sommige wetenschappers zijn van mening dat de landbouw de laatste 2.000 jaar een natuurlijke temperatuurdaling voorkomen heeft. Het is mogelijk dat door een combinatie van een verhoging van de snelheid van de koolstofkringloop, het methaangehalte van de atmosfeer en de verminderde koeling door ontbossing en andere nog onbekende effecten een temperatuurdaling voorkomen is. Er is bijvoorbeeld weinig met zekerheid te zeggen over het effect dat de landbouw en de verstoring van ecosystemen op het leven van micro-organismen gehad heeft.^[7]

Invloed van het ecosysteem

Zie voor meer informatie over de ontwikkeling van het leven en ecosystemen de artikelen over evolutie en ecologie.

Het ecosysteem op aarde heeft vanaf de opkomst en bloei van de eerste generaties algen een grote invloed gehad op de samenstelling van de atmosfeer. Daarmee is het ecosysteem vrijwel vanaf het begin bepalend geweest voor de ontwikkeling van het klimaat. Het ecosysteem bepaalt voor een groot deel de koolstofkringloop en de zuurstofconcentratie en de concentraties van een aantal broeikasgassen in de atmosfeer. Het ecosysteem heeft op veel plaatsen boven land ook invloed op de waterkringloop.

Zuurstofcrisis

Equisetum arvense, een vuurvaste paardenstaart

Als het leven in het Precambrium niet was ontstaan dan zou de samenstelling van atmosfeer er nu heel anders hebben uitgezien. De Huronische ijstijd, van 2.400 tot 2.100 miljoen jaar geleden, is voor zover bekend de eerste grote klimaatverandering geweest die door levende organismen veroorzaakt is. De zuurstofconcentratie in de atmosfeer was flink opgelopen tijdens de 'zuurstofcrisis' die aan deze ijstijd voorafging.

Als de zuurstofconcentratie of de zuurstofdruk in de atmosfeer oploopt dan verlopen oxidatieprocessen sneller. Methaan, dat een sterk broeikasgas is en vanaf het ontstaan van de Aarde in de atmosfeer aanwezig geweest is, wordt bij een hogere zuurstofdruk sneller afgebroken. Een temperatuurdaling is het gevolg. De grote ijstijden tijdens het Cryogenium aan het eind van het Precambrium, de sneeuwbalaardes, zijn door een zuurstofcrisis voorafgegaan. De zuurstofconcentratie liep in die perioden op tot ver boven de 20%, mogelijk zelfs tot boven de 30%.

Tijdens het Mesozoïcum zijn de luchtdruk en de zuurstofdruk over langere perioden relatief hoog geweest. Voor dieren die het luchtruim als leefgebied prefereren, zoals pterosauriërs, heeft dat als voordeel dat vliegen in een zwaarder gasmengsel gemakkelijker gaat. Voor veel planten en bomen heeft het als nadeel dat ze licht ontvlambaar worden. De vegetatie bestond in deze perioden voor een groot deel uit coniferen, varens en paardenstaarten die moeilijk vlam konden vatten.

Gebrek aan zuurstof

In verschillende milieus ontbreekt het aan voldoende zuurstof om de in het voedsel aanwezige organische verbindingen te kunnen oxideren tot water en kooldioxide. Een dergelijke situatie doet zich voor in moerassen, in diepe meren met stilstaand water of in de darmstelsels van veel dierensoorten. Het zijn voorbeelden van voedselrijke anaerobe of zuurstofarme milieus. Veel bacteriën en gisten die in zo'n milieu leven kunnen de bindingen in de aanwezige voedingsstoffen zo herschikken dat er voldoende energie vrijkomt om te kunnen voortbestaan.

Venenivibrio stagnispumantis

Vaak komt er methaan vrij bij deze fermentatie en soms ook waterstofsulfide en zelfs een kleine hoeveelheid trichloorethaan. De gassen kunnen ontsnappen naar de buitenlucht maar ze kunnen ook in het milieu waar ze gevormd zijn achterblijven. De methaan die in de pens van runderen gevormd wordt komt meestal volledig vrij. Methaan die in moerassen gevormd wordt blijft deels in het moeras achter. De methaan die gevormd wordt in troggen op grote diepte in zee wordt waarschijnlijk voor het overgrote deel opgeslagen als methaanhydraat.

De effecten van het al dan niet vrijkomen van de gevormde methaan voor de klimaatverandering zijn tegengesteld. Er is door wetenschappers het vermoeden geuit dat grote hoeveelheden methaan, zoals die op dit moment in het permafrost van de bevroren toendra in de omgeving van de Noordpool opgeslagen zijn, in het verleden in korte tijd zijn vrijgekomen. Daardoor kan de temperatuur op aarde in het verleden meermalen voor korte tijd sterk verhoogd geweest zijn.

Dat zou kunnen gebeuren na een periode van verhoogde temperatuur waardoor in een bepaald jaar uit de permafrost genoeg methaan vrijkomt om de temperatuur in het daarop volgende jaar verder te verhogen. Zo zou in een reeks van jaren een temperatuurstijging kunnen optreden totdat de laag aan het permafrostoppervlak uitgeput is. Door de beperkte verblijfstijd van 12 jaar van methaan in de atmosfeer is na enkele decennia de vrijgekomen methaan weer uit de atmosfeer verdwenen. Vervolgens zou het klimaat terug kunnen keren naar een toestand die vergelijkbaar is met die voordat het methaan vrij kwam.

Voor de Trias-Jura-extinctie en het Paleocene-Eocene Thermal Maximum is het vrijkomen van methaan uit hydraat als hypothetische oorzaak voor klimaatverandering naar voren geschoven. Tijdens de Perm-Trias-massa-extinctie zijn er grote hoeveelheden van het gevaarlijke en zeer giftige waterstofsulfide vrijgekomen.

Vegetatie, koolstoffixatie en afkoeling

Na het Siluur kruipt het leven uit de zee omhoog en raakt het vasteland steeds sneller begroeid met planten en bomen. Het hoogtepunt van deze plantaardige revolutie wordt in het Carboon bereikt. De vegetatie verlaagt de temperatuur op verschillende manieren:

Aantal zonuren per jaar boven land.

■veel

■weinig

• Door fotosynthese wordt het broeikasgas kooldioxide uit de atmosfeer geabsorbeerd.
• Boven de vegetatie is de temperatuur meestal lager en is de luchtvochtigheid hoger dan boven een kale ondergrond.
• Doordat planten water absorberen en lucht koel en vochtig houden neemt de bewolking op veel plaatsen boven land toe.

Onderzoek naar de waterkringloop in tropische regenwouden heeft aangetoond dat deze kringlopen grotendeels gesloten zijn. Het water dat verdampt komt elders in het regenwoud of in de omgeving weer naar beneden. Boven tropische regenwouden hangt gemiddeld veel bewolking zoals in de figuur rechts te zien is: het gemiddelde aantal zonuren per jaar behoort boven het Amazonegebied en het Kongogebied wegens de bewolking tot de laagste ter wereld.

Door een combinatie van bovengenoemde factoren en het vastleggen van koolstof in veenlagen op land is er tijdens het Carboon waarschijnlijk een daling van de gemiddelde temperatuur op aarde opgetreden. Sinds het ontstaan van de grassen ligt sinds 50 miljoen jaar een aanzienlijk deel van hun biomassa opgeslagen in hun wortelstelsels die bij veel soorten het grootste deel van het gewicht uitmaken. Daardoor zijn gebieden die voorheen relatief kaal gebleven waren begroeid geraakt zoals in het geval van savannen en steppen. Het ecosysteem in natuurlijk grasland is vaak kwetsbaar zoals gebleken is toen boeren in de Verenigde Staten van de jaren 20 van de 20e eeuw akkerbouw probeerden toe te passen in droge prairie van de Great Plains. De beschadiging van de wortellaag van de grassen leidde na een periode van droogte en stormen tot de beruchte Dust Bowl van de jaren 30.

Opwarming van de Aarde

Een paar duizend jaar geleden is door de Mens een ontwikkeling in gang gezet die tegengesteld is aan de ontwikkeling tijdens het Carboon. Door de landbouw werden grote gebieden ontbost, steenkool werd verbrand en veengebieden werden in oplopend tempo drooggelegd en ontgonnen. Honderd jaar geleden kwam de exploitatie van de in het Precambrium opgebouwde olievoorraden op gang die al snel gevolgd werd door de exploitatie van de voorraden aardgas. Er is sindsdien sprake van een opwarming van de Aarde, die door de activiteiten van de mens lijkt te zijn veroorzaakt.

Organismen en populaties hebben invloed op hun omgeving die een positieve of negatieve terugkoppeling kan hebben op het organisme of de populatie zelf.^[8] Als de hypothese klopt dat de landbouw een afkoeling van de Aarde heeft voorkomen, dan is de landbouw de afgelopen 2.000 jaar waarschijnlijk een positieve terugkoppeling geweest voor het evolutionaire succes en het voortbestaan van de Mens.

De meeste wetenschappers zijn van mening dat de afname van de biodiversiteit en de opwarming van de Aarde die geobserveerd worden grotendeels door de Mens veroorzaakt zijn. Over het verdere verloop wordt veel gespeculeerd. De meeste scenario's schetsen een somber toekomstbeeld. Een minderheid ziet minder of weinig problemen of zelfs positieve ontwikkelingen en nieuwe kansen. Het massale kappen van bossen wordt door wetenschappers vaak als grondoorzaak aangevoerd en dit proces moet worden gekeerd. De uitdaging is een belangenafweging tussen meer immigratie naar overbevolkte gebieden in Europa of anderzijds (r)emigratie naar dunbevolkte gebieden en de open gekomen plekken opnieuw vervangen door bos middels herbeplanting.

Klimatologische meetgegevens, cycli en fluctuaties

Het weer en het klimaat worden onder anderen bepaald door de rotatie van de aarde om haar as, de baan van de Aarde om de Zon, de banen van Jupiter en Saturnus om de zon, de baan van de Maan om de Aarde en mogelijk zelfs door de baan van het Zonnestelsel in de Melkweg. Dit zijn allemaal min of meer cyclische bewegingen die samen een ingewikkeld interferentiepatroon vormen dat met vrij eenvoudige middelen redelijk nauwkeurig te berekenen is.

Daarnaast worden het weer en het klimaat onder andere bepaald door de platentektoniek, convectiestromen in de atmosfeer, de water- en koolstofkringloop en het ecosysteem op aarde. Deze veranderingen zijn ingewikkelder dan de baanbewegingen van planeten en sterren. Het betreft vaak stromingsverschijnselen die beschreven worden door de aerodynamica, hydrodynamica en hydraulica en die soms turbulent kunnen verlopen.

Meteorologie en klimatologie draaien voor een groot deel om het meten en analyseren van meteorologische en klimatologische gegevens en het opstellen van modellen die weer en klimaat zo goed mogelijk beschrijven. Weermodellen zijn dynamische systemen die vaak niet-lineaire eigenschappen hebben. Het beroemde vlindereffect werd door de Amerikaanse meteoroloog Edward Lorenz in weerberekeningen ontdekt. Dat was vooral tijdens de jaren 70 van de 20e eeuw een aanzet voor de ontwikkelingen en computersimulaties op het gebied van de zogenaamde chaostheorie en systemen met een fractale dimensie.

Herkomst en waarde van meetgegevens

In de klimatologie speelt het begrip gemiddelde temperatuur op aarde een centrale rol. Deze gemiddelde temperatuur kan niet direct gemeten worden. De gemiddelde jaartemperatuur werd door verschillende weerinstituten over de wereld in een groeiend aantal landen vanaf de tweede helft van de 19e eeuw berekend uit gegevens van de gemeten buitenluchttemperatuur. Voor 1850 zijn door een aantal wetenschappers en instituten klimatologische gegevens gemeten en vastgelegd die voor onderzoek echter weinig gebruikt worden omdat er vaak te veel gegevens over de meetmethode ontbreken. Dat is voldoende reden om aan de waarde van deze gegevens te twijfelen.

Meteosat

Tegenwoordig worden door onder anderen de NASA, de ESA en de NOAA verschillende soorten satellieten ingezet om wereldwijd meteorologische metingen te doen. De ESA heeft een serie Meteosat-satellieten in een baan om de Aarde gebracht. Hoewel satellieten veel soorten metingen kunnen doen die op een andere manier bijna niet mogelijk zijn blinken ze niet uit in het meten van de luchttemperatuur op de grond.

Temperaturen en andere klimaatgegevens van voor de tijd dat ze systematisch gemeten werden worden bepaald met methoden uit de paleoklimatologie. De klimaatgegevens worden afgeleid uit een combinatie van onderzoeksgegevens zoals de samenstelling van gassen die opgeslagen zijn in ijskernen, dendrologische gegevens, gegevens van pollen en metingen van zuurstofisotopenanalyse uit monsters van sedimenten.

Alle onderzoeksmethoden hebben hun beperkingen en deskundigen verschillen vaak van mening over de waarde van de uitkomsten van verschillende meetmethoden.

De kooldioxide- en methaanconcentraties die in ijskernen gemeten worden worden vaak als maat genomen voor het bepalen van de gemiddelde temperatuur over een bepaalde periode. Als deze gegevens vergeleken worden met de gegevens van de zuurstofisotopenanalyse uit sediment, waarmee de hoogte van het zeeniveau bepaald wordt, dan ontstaat er niet zelden een probleem.

Analyse van meetgegevens

Op een reeks tijdsafhankelijke meetgegevens kan een fouriertransformatie toegepast worden. De fouriertransformatie van een reeks tijdsafhankelijke meetgegevens levert een frequentiespectrum op. Als ${displaystyle f(t)}$ bijvoorbeeld de gemeten temperatuur is tussen de tijdstippen ${displaystyle t_{1}}$ en ${displaystyle t_{2}}$ dan wordt de fouriergetransformeerde temperatuur gegeven door:

Resonantiepiek met een normale verdeling

${displaystyle {mathcal {F}}(omega )={frac {1}{sqrt {2pi }}}int _{t_{1}}^{t_{2}}f(t)e^{-iomega t},dt}$

De functie ${displaystyle {mathcal {F}}(omega )}$ vertoont pieken rond de frequenties waarop oscillaties optreden zoals weergegeven in de figuur rechts voor een enkele frequentie.^[9]

Lijnvormen en lijnbreedten

Een piek zoals weergegeven in de figuur rechts heeft een intensiteit, een lijnvorm en een lijnbreedte of bandbreedte. Bekende lijnvormen zijn de Gauss- en de Lorentzlijnvorm. Meestal komen er meerdere pieken voor in een frequentiespectrum die verschillende intensiteiten, lijnvormen en lijnbreedtes kunnen hebben. De lijnvorm en lijnbreedte worden bepaald door een reeks van factoren, zoals de correlatie over langere tijd en het aantal perioden van de oscillatie in het signaal.

Fluctuaties en ruis

Vrijwel alle meetreeksen bevatten behalve een signaal ook een hoeveelheid ruis. Ruis wordt veroorzaakt door fluctuaties in een signaal die niet periodiek zijn en geen correlatie vertonen. Ook ruis heeft een (continu) spectrum dat in veel gevallen wordt gegeven door de functie:

${displaystyle |{mathcal {F}}(omega )|={frac {C}{omega ^{n}}}}$

De waarde van ${displaystyle n}$ geeft aan om welk type ruis het gaat. Witte ruis is niet afhankelijk van de frequentie zodat ${displaystyle n=0}$. Roze ruis wordt zwakker naarmate de frequentie toeneemt waarbij ${displaystyle n=1}$. Vervolgens wordt er nog onderscheid gemaakt tussen bruine en zwarte ruis met respectievelijk ${displaystyle n=2}$ en ${displaystyle n>2}$. De waarde van ${displaystyle n}$ hoeft geen geheel getal te zijn en kan zelfs (gedeeltelijk) afhankelijk zijn van de frequentie.

In het geval van een signaal met witte ruis gaat de basislijn van het spectrum omhoog. In andere gevallen moet het ruisspectrum bij het frequentiespectrum opgeteld worden. Ruisspectra en lijnvormen van resonanties kunnen belangrijke informatie bevatten over het systeem waaraan gemeten is en de processen die zich daarin afspelen.

In de praktijk kunnen meetgegevens van slechte kwaliteit zijn zodat fouriertransformaties van die meetgegevens er ongeveer even chaotisch uitzien als het oorspronkelijke signaal. Meetreeksen die voor klimatologisch onderzoek gebruikt worden lijden vaak aan zulke tekortkomingen. Het is dan ook noodzakelijk om een groot aantal verschillende soorten meetreeksen met elkaar te vergelijken.

Voorbeelden

Als over een lange reeks van jaren in een stedelijke omgeving op elk uur van de dag op een bepaalde plaats de buitentemperatuur gemeten zou worden dan vertoont het frequentiespectrum waarschijnlijk een scherpe piek bij de frequentie 1 / 24 uur⁻¹, een minder scherpe piek bij 1 / 365,2425 dag⁻¹ en mogelijk een antropogeen piekje bij 1 / 7 dag⁻¹ ten gevolge van het weekritme dat mensen eropna houden. Het is de vraag of dat laatste piekje te onderscheiden zal zijn van de ruis in het spectrum.

Temperatuurverloop tijdens het Fanerozoïcum

Fouriertransformaties kunnen goed gebruikt worden voor het manipuleren van signalen, zoals het wegfilteren van ruis of bepaalde frequentiegebieden of het middelen over een tijdsdomein door middel van convoluties. In de figuur rechts is in grijs het temperatuurverloop tijdens het Fanerozoïcum weergegeven met twee tijdsgemiddelden, blauw voor een tijdsgemiddelde van korte duur en zwart voor een tijdsgemiddelde van lange duur.

De zwarte lijn lijkt te suggereren dat er een oscillatie optreedt met een periode van ongeveer 135 miljoen jaar terwijl de blauwe blokken op de tijdas suggereren dat zich met dezelfde frequentie ijstijden voordoen. Nadere beschouwing leert dat zich rond de grens tussen Jura en Krijt, waar een lichtblauw blokje geplaatst is, voor zover bekend geen ijstijd is geweest of iets wat daar op leek. Er zijn hooguit een aantal bergen en bergruggen geweest met gletsjers op de toppen. Waarschijnlijk waren de polen al die tijd ijsvrij. Met de gesuggereerde periodiciteit blijkt het bij nadere beschouwing eveneens tegen te vallen. Er zit een forse spreiding tussen de afstanden tussen pieken en dalen over slechts 3 à 4 perioden. Een afbeelding van een fouriertransformatie ontbreekt.

Oceanische oscillaties

Luchtdrukverschillen van december tot maart tussen Lissabon en Reykjavik

Zeestromingen hebben een grote invloed op het klimaat. Boven warm zeewater is de verdamping bijvoorbeeld hoog zodat de lucht vochtig wordt, opstijgt en wolken vormt waarbij tegelijkertijd warmte van het zeewater naar de hogere luchtlagen getransporteerd wordt. Dit proces is de oorzaak van het ontstaan van tropische cyclonen. Hoe warmer het zeewater, hoe zwaarder de tropische cyclonen.

De temperaturen van het zeewater en de sterkte en richting van zeestromen varieert op sommige plaatsen met de seizoenen. Bovendien kunnen die watermassa's in sommige gevallen in verschillende richtingen bewegen. Dat is bijvoorbeeld het geval in het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan en in het zuidelijk deel van de Stille Oceaan.

De verdeling van warm en koud water over het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan verschilt per jaar. Die verschillen zijn bepalend voor luchtdrukverschillen tussen de Azoren en Groenland gedurende de wintermaanden en ook voor luchtstromingen en het weer in deze omgeving. Deze jaarlijkse variatie wordt de Noord-Atlantische oscillatie (NAO) genoemd.

Zoals in de figuur rechts te zien is lijkt er geen sterke correlatie tussen de situaties in opeenvolgende jaren te bestaan en lijkt er geen periodiciteit te zijn. Een vergelijkbaar fenomeen doet zich voor in het zuidelijk deel van de Stille Oceaan met El Niño en La Niña. El Niño doet zich gemiddeld ongeveer eens per vijf jaar voor maar duidelijke correlaties of een vorm van periodiciteit zijn moeilijk te ontdekken.

Dansgaard-Oeschger-cycli

De Dansgaard-Oeschger-cycli doen zich voor over een lange periode en lijken als resonantie significant boven de ruis uit te komen met 23 perioden over een tijdspanne van bijna 90.000 jaar. Ze hebben een periode van 1.470 jaar met een brede spreiding van ±532 jaar. De meest aangehangen hypothese ter verklaring van deze gebeurtenissen is een plotselinge verandering in oceaanstromingen, maar dit is nog onderwerp van debat.

Kosmische straling en zonnewind

De meeste wetenschappers denken dat bliksemschichten ontstaan doordat hagel en ijskristallen in een wolk scheiden, en daarmee een potentiaalverschil veroorzaken. Een alternatieve hypothese is dat een kosmisch stralingsdeeltje een geïoniseerd spoortje trekt in een gebied met een voldoende hoge potentiaalgradiënt om een gasontlading op gang te brengen. Het gemiddelde aantal bliksemontladingen wereldwijd is niet gelijkmatig over de dag verdeeld. Als er een verband gevonden wordt met de hoeveelheid kosmische straling, en de hoeveelheid bliksemschichten, dan zou dat wijzen op een rol van kosmische straling of zonnewind.^[10]

Net als in het geval dat geladen deeltjes in een bellenvat gasbelletjes kunnen laten ontstaan, zouden geladen deeltjes uit de kosmische straling onder bepaalde omstandigheden druppeltjes in de atmosfeer kunnen creëren. Dat zou de wolkvorming kunnen beïnvloeden en versterken. Mogelijkerwijs is een variatie in kosmische straling een van de drijfveren achter de opwarming van de Aarde. De eerste resultaten van het CLOUD-project lijken deze theorie te ontkrachten: kosmische straling heeft een verwaarloosbaar effect op de vorming van een belangrijk type van aerosolen die als nucleatiekernen dienen. De invloed op andere aerosolen is nog niet uit te sluiten.^[11]

Variaties in de kosmische straling zouden een gevolg kunnen zijn van de beweging van het zonnestelsel in de Melkweg. De omlooptijd van de zon in de Melkweg bedraagt ongeveer 220 miljoen jaar. De figuur suggereert dat het zonnestelsel tijdens een omloopcyclus tweemaal een verhoogde dosis kosmische straling ontvangt.

Extreme weersomstandigheden

De waarde van ${displaystyle n}$ in de formule van de ruisspectra hoeft geen geheel getal te zijn zoals in de gevallen van witte, roze of bruine ruis. Het is voor organisaties en instellingen als verzekeringsmaatschappijen of waterschappen van levensbelang om inzicht te hebben in het verloop van frequentiespectra van chaotische verschijnselen als extreme weersomstandigheden en klimaatveranderingen. Daarin is de exponent ${displaystyle n}$ de bepalende factor.

Voor het bouwen van dijken of het berekenen van premies voor schadeverzekeringen zijn risicocalculaties voor betrekkelijk zeldzame gebeurtenissen nodig. De zwaarste stormen, hoogste waterstanden, grootste vulkaanuitbarstingen of zwaarste aardbevingen zijn betrekkelijk zeldzaam. Lichtere versies van deze verschijnselen zijn al wat algemener en de lichtste versies treden met enige regelmaat op. Op grond van de mathematische analyse van dit soort chaotische verschijnselen wordt aangenomen dat de kans op het optreden van een verschijnsel van grootheid ${displaystyle x}$ wordt gegeven door een uitdrukking als:

${displaystyle P(x)=p_{0},e^{-kx}}$

Met de grootheid ${displaystyle x}$ kan bijvoorbeeld de hoogte van de waterstand bedoeld worden of de maximale windsnelheid, hoeveelheid neerslag of duur van een droogteperiode. Risicoberekeningen worden vaak aan de hand van extrapolaties van frequentiespectra van meetgegevens en exponentiële functies gemaakt. Daarin speelt de exponent ${displaystyle k}$ de hoofdrol. Door de klimaatverandering in de afgelopen decennia is de waarde van de exponent ${displaystyle k}$ ook gaan veranderen zodat meetgegevens uit het verleden geen garantie vormen voor de toekomst.

Huidige en toekomstige ontwikkelingen

Zie Opwarming van de Aarde voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Het onderzoek naar het klimaat in het geologische verleden heeft laten zien dat zich grote variaties in het klimaat voorgedaan hebben. Het huidige klimaat lijkt in dit perspectief relatief koel te zijn. De ijstijden die zich de laatste twee miljoen jaar van het Pleistoceen voorgedaan hebben waren mild in vergelijking met de ijstijden in het Precambrium, zoals tijdens het Cryogenium. Momenteel wordt een stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde waargenomen. Deze constateringen roepen vragen op over de verandering van het klimaat op kortere termijn, zoals de klimaatverandering in de komende eeuw, en op de geologische tijdschaal, zoals de ontwikkelingen over de komende miljoenen of miljarden jaren.

Koolstofkringloop

Industrie langs de Jangtsekiang in China

De koolstofflux in de koolstofkringloop die tussen de atmosfeer en andere systemen op aarde verloopt bedraagt naar schatting rond de 150 gigaton per jaar.^[12] De atmosfeer zelf bevat ongeveer 750 gigaton koolstof zodat ongeveer 20 % van deze hoeveelheid jaarlijks met andere systemen op aarde uitgewisseld wordt. Daarbij gaat het voornamelijk om de opname en afgifte met de vegetatie van ongeveer 60 gigaton en de opname en afgifte door het zeewater van rond de 90 gigaton koolstof per jaar. De totale uitstoot als resultaat van menselijke activiteiten bedroeg volgens gegevens uit 1995 naar schatting 22 gigaton per jaar.^[13] In 2010 zou die uitstoot zijn gestegen tot naar schatting 30,6 gigaton. Dat is ongeveer 15 à 20 % van de totale kooldioxide-uitstoot op aarde en dat is veel. Daarvan was in 1995 ongeveer 5,5 gigaton uitstoot per jaar, ongeveer een kwart, door de verbranding van fossiele brandstoffen.^[bron?]

De verblijftijd van kooldioxide in de atmosfeer is niet in een tijdsduur uit te drukken. Een klein deel van de CO₂ verdwijnt al binnen enkele jaren uit de atmosfeer, het grootste deel is na ongeveer 100 jaar uit de atmosfeer verdwenen en ruwweg een kwart verdwijnt pas uit de atmosfeer na tienduizenden jaren, afhankelijk van de totale emissies. Onzekerheid in deze processen is de rol van de biosfeer, en dan met name de rol van verschillende micro-organismen in de koolstofkringloop. Effecten als sedimentatie van kalkrijke resten en vulkanisme zijn op korte termijn vrij klein maar kunnen op de geologische tijdschaal veel gewicht in de schaal leggen. Het kooldioxidegehalte van de atmosfeer heeft invloed op de pH, of zuurgraad, van het zeewater en daarmee ook op de oplosbaarheid van kooldioxide, het leven in zee en de sedimentatie. De pH van het zeewater is sinds de industriële revolutie gedaald van 8,2 naar 8,1. Hoe de koolstofkringloop zich de komende eeuw gaat ontwikkelen is onderwerp van onderzoek en discussie.

Waarnemingen en modelberekeningen

Klimatologisch meetstation op Antarctica

Sinds het begin van de 20e eeuw is de gemiddelde temperatuur met ongeveer 0,85 °C gestegen. Deze temperatuurstijging wordt zeer waarschijnlijk veroorzaakt door menselijke activiteiten: door het verbranden van fossiele brandstoffen, ontbossing en bepaalde industriële en landbouwactiviteiten is de concentratie aan broeikasgassen in de aardatmosfeer sterk gestegen sinds 1750.

Modelberekeningen, als metastudie gecombineerd in de rapporten van het Intergovernmental Panel on Climate Change, geven aan dat de gemiddelde temperatuur op aarde tussen 1990 en 2100 met 0,3 °C tot 4,8 °C stijgt. Met name temperatuurstijgingen van meer dan 2 °C zouden grote veranderingen met zich meebrengen voor mens en milieu, door zeespiegelstijging, toename van droogte- en hitteperioden, extreme neerslag en andere effecten.^[14]

Geochemie en de koolstofkringloop

Florenciet, een magnesiumcarbonaat MgCO₃ of magnesiet

De hoeveelheid koolstof die zich in de atmosfeer, fossiele brandstofvoorraden, veenpakketten en de biomassa in de biosfeer bevindt, bedraagt in totaal enkele teratonnen. Dat is weinig vergeleken bij de hoeveelheid koolstof die in de vorm van carbonaten in gesteenten en zeewater opgeslagen is, een hoeveelheid in de orde van 100 petaton. Bovendien zijn er ruim voldoende magnesium-ionen in de aardkorst aanwezig, in basaltlagen als olivijn, om alle koolstof uit de atmosfeer en biosfeer via verweringsprocessen in de vorm van het carbonaat magnesiet te binden. Magnesiet heeft een lage energie en olivijn bindt kooldioxide op efficiënte wijze.

Als de zonneactiviteit buiten beschouwing gelaten wordt is de Aarde thermodynamisch gezien een open systeem in een universum met een gemiddelde temperatuur van ongeveer 2,7 kelvin of ongeveer −270 °C. Op geologische tijdschaal valt het te verwachten dat de kern van de Aarde in deze koude omgeving langzaam afkoelt. Koolstof die in de aardkorst opgeslagen is zal minder snel weer vrijkomen door het afnemende vulkanisme. De koolstof die in de koolstofkringloop tijdens verweringsprocessen oplost, neerslaat en in sedimenten wordt vastgelegd, wordt daardoor in toenemende mate aan de atmosfeer en de biosfeer onttrokken. Uiteindelijk zal de CO₂-concentratie in de atmosfeer dalen en zullen ijstijden meer voorkomen en langer duren als alle andere omstandigheden ongewijzigd blijven.

Geofysische processen

Subductie van een oceanische onder een continentale plaat.
1 - oceanische korst
2 - lithosferische mantel
3 - asthenosfeer
4 - continentale korst
5 - gebergtevorming en vulkaanboog
6 - oceanische trog.

De convectie in de aardmantel is de drijvende kracht achter de Wilsoncyclus en de platentektoniek die de verdeling van aardmassa's over het aardoppervlak bepaalt. De oceaanbodem bestaat voor het grootste deel uit zwaar mafischbasalt. De plaat groeit vanuit een mid-oceanische rug aan en zakt na afkoeling in een subductiezone weer onder de lithosfeer terug in de aardmantel. De dikte van de plaat is dan gegroeid van enkele tientallen kilometers boven de mid-oceanische rug tot ongeveer 200 km bij de subductiezone. Aan de randen van de continentale korsten worden vaak relatief smalle bergruggen met vulkanen gevormd die uit lichtere stollingsgesteenten bestaan. In het geval van continentale collisie vormen zich bredere bergruggen en hoogvlakten zoals in het geval van de Alpen, de Himalaya en Tibet. De afstanden waarover platen ten opzichte van elkaar verschuiven bedraagt nu ongeveer 1 tot 5 cm per jaar. De snelheid waarmee de bodem kan stijgen of dalen waardoor gebergten worden gevormd en in de Aarde wegzinken varieert tegenwoordig van enkele millimeters tot een centimeter per jaar.

De zware basische of mafische basalten bestaan voor een groot deel uit verbindingen tussen ijzer, SiO₂ en magnesium. De lichtere zure of felsische stollings- en afzettingsgesteenten, waaruit de continenten en veel bergruggen opgebouwd zijn, bestaan voor een groot deel uit graniet en mineralen variërend van kwarts SiO₂ en veldspaat, zoals albiet NaAlSi₃O₈, tot pyriet (FeS) en mengsels als graniet. Daarnaast bestaan grote delen van het continentaal plat uit krijtgesteente en kalksteen CaCO₃ of afzettingen van zand, klei en löss met een relatief laag soortelijk gewicht. Veel graniet wordt aan basis van de continentale massa gevormd boven de Mohorovičić-discontinuïteit, de overgang naar de diepere basaltlaag meestal op 35 à 60 km diepte.

De zure of mafische basaltlagen, zoals olivijn, kunnen kooldioxide goed binden maar ze liggen meestal niet direct aan het oppervlak zoals veel felsische gesteenten. Tijdens vulkaanuitbarstingen kunnen kooldioxide en zwaveloxiden (SO_x) vrijkomen die in magmakamers door de thermische metamorfose of pyrolyse van gesteenten gevormd zijn. Vulkanisme verhoogt de concentraties van zwaveloxiden en kooldioxide die het milieu verzuren waardoor veel soorten veelal jonge gesteenten kunnen verweren. Bij verwering wordt veel kooldioxide gebonden.

De aardkern en de aardmantel worden hoofdzakelijk op temperatuur gehouden door het spontane radioactieve verval van radioactieve isotopen waaronder de uranium-235-, uranium-238-, thorium-232- en kalium-40-isotopen. De uranium-235-isotoop heeft een halfwaardetijd van 700 miljoen jaar zodat de warmteontwikkeling ten gevolge van het verval van uranium-235 in de Aarde elke 700 miljoen jaar met de helft vermindert. Seit der Erschaffung der Erde ist die Wärmeentwicklung ist durch den Zerfall von Uran-235 bereits um 99% gefallen. Die Abnahme der Wärmeentwicklung hat langfristige Folgen für die Konvektion im Erdmantel und die Plattentektonik. Der Vulkanismus wird daher langfristig abnehmen und die Plattentektonik verlangsamen. Das Steigen und Fallen des Bodens, der die Bergbildung verursacht, wird sich verlangsamen. Infolgedessen nimmt die Verwitterung ab, was zu einem Nettoanstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre und einem wärmeren Klima führt.

Unterschiedliche Schräglage

Schiefe der Erdachse

Das Schräglage, oder der Winkel, den die Erdachse mit der bildet normaler Vektor der Erdbahnebene, in den letzten 5 Millionen Jahren mit einer Periode von 41.000 Jahren zwischen 22.0425° und 24.5044°. Die Entfernung vom Mond beeinflusst diese Variationen. Die Entfernung vom Mond zur Erde wird in den nächsten 1,5 Milliarden Jahren aufgrund von Gezeitenfelder von 60 auf 66,5 mal erhöhen Erdbalken. Dadurch variiert die Schiefe zwischen 22° und 38°. In 2 Milliarden Jahren wird die Abweichung der Schiefe auf 27° bis 60° weiter zugenommen haben.

Die höhere Schiefe bedeutet, dass bei niedrigerem Breitengrade die Unterschiede zwischen den Jahreszeiten werden größer, weil die Variation des Sonnenstandes über dem Horizont zunimmt, so dass sie im Durchschnitt weniger hoch am Himmel steht. Infolgedessen sinkt die durchschnittliche Jahrestemperatur in niedrigeren Breiten. Das Umgekehrte geschieht in höheren Breitengraden und an den Polen. Während der Winterperioden sinkt die Temperatur ungefähr auf den gleichen Wert wie zuvor, aber während der Sommerperioden steigt die Durchschnittstemperatur auf höhere Werte, da die Tage länger werden und die Sonne im Durchschnitt über den Horizont steigt. Infolgedessen wird die durchschnittliche Jahrestemperatur in höheren Breitengraden ansteigen.

Der aktuelle Wert der Schiefe beträgt 23,44° und nimmt ab. Das bedeutet, dass die durchschnittliche Jahrestemperatur an den Polen und in Regionen mit gemäßigtem Klima gerade jetzt sinken sollte und die Erde unter normalen Umständen auf dem Weg zu einer anderen Eiszeit wäre. Der Einfluss der globalen Erwärmung darauf wird noch untersucht.

Sonnenaktivität

Entwicklung der Sonne während der Hauptreihenphase,
nach <300, 650, 2000 und 4500 Millionen Jahren.

Neben dem Einfluss der Konzentrationen von Treibhausgasen, Sonnenaktivität großen Einfluss auf das Klimasystem. Kurz nach dem Ursprung der Sonne aus dem Sonnennebel, als G2-Stern aus dem Hauptfolge, war die Aktivität der Sonne anfangs etwa 30 % niedriger als heute. Dabei schickte sie jedoch hunderte Male mehr ultraviolett und röntgen aus als heute. Nach mehreren hundert Millionen Jahren hatte sich die Sonne einigermaßen stabilisiert. Die Sonnenaktivität nimmt langsam zu, weil die Masse, das Dichte und der Druck langsam im Sonnenkern zunehmen. Diese Veränderungen sind das Ergebnis der Konzentrationserhöhung schwererer Atomkerne, wodurch die Kernfusionsprozess in dem Solarkern beschleunigt sich selbst. Dadurch wird der Mantel heißer und dehnt sich weiter aus.

Forschung und aktuelle Entwicklungen

Einigen Forschern zufolge kann die Sonnenaktivität über längere Zeiträume um bis zu 10 % variieren. Messungen des Leistungsflusses der Sonnenstrahlung auf der Erde während der letzten Perioden des Sonnenzyklus, von 1975 bis 2005, weisen eine periodische Schwankung von weniger als 0,1 % auf, die zwischen 1365,5 und 1366,5 W/m² liegt.

Im 20. Jahrhundert wurde nach Ansicht einiger Wissenschaftler die Sonnenaktivität, wie aus Sonnenflecken, Sonnenwind und magnetische Stürme, extrem hoch. In den letzten Jahren ist die Sonnenaktivität deutlich zurückgegangen. Astronom Kees de Jager^[15][16] glaubt, dass es eine klare Übereinstimmung mit den gut dokumentierten gibt geringe Sonnenaktivität während der 'kleine Eiszeit'. Er rechnet damit, dass in naher Zukunft eine Phase niedrigerer Temperaturen beginnen wird. Die Intensität des 24 11 Jahre Sonnenfleckenperiode wird laut De Jager unteres Maximum voraussichtlich 2012 oder 2013 erreichen. Die Auswirkungen auf das Klima liegen etwas dahinter und sind im Vergleich zur globalen Erwärmung gering.

Eine kritische Durchsicht der wissenschaftlichen Literatur zeigt auch, dass der Einfluss der Sonne wahrscheinlich zu gering ist, um die beobachteten Temperaturerhöhungen zu messen, da die Industrielle Revolution erklären.^{[17][18][19][20]}

Ein weiterer möglicher Einfluss der Sonne auf das Klima ist möglicherweise durch den Einfluss seines Magnetfeldes. Dies bildet einen Schild gegen kosmische Teilchen. Die Stärke dieses Schildes könnte sich möglicherweise auf die Wolkenbildung auf unserem Planeten. Diese Theorie wird hauptsächlich von dem dänischen Klimaforscher propagiert Henrik Svensmark. Ein Laborexperiment, es CLOUD-Projekt Biene CERN, soll darüber Klarheit schaffen.^[21] Die ersten Ergebnisse zeigen, dass die kosmische Strahlung keinen signifikanten Einfluss auf die Bildung einer bestimmten Spezies hat Aerosol, aber für andere Aerosole noch nicht ausgeschlossen werden kann.^[11]

Ferne Zukunft

Langfristig wird die Sonne wärmer und größer. In mehr als einer Milliarde Jahren wäre es auf der Erde so warm, dass das meiste Wasser in den Ozeanen verdunstet. Nur extremophil Organismen können unter solchen Bedingungen überleben. In etwa zwei Milliarden Jahren wird das Erdklima ähnlich wie das aktuelle Klima bei . beginnen Venus scheinen. Dann beginnt der Wasserdampf in der Atmosphäre zu analysieren wo das Wasserstoffgas der Schwerkraft der Erde entweicht und in die interplanetarer Raum ist enthalten. In 5,5 Milliarden Jahren wird die Sonne das Stadium von erreichen roter Riese. Außerdem reicht der Radius der Sonne über die Umlaufbahn des Planeten Venus und möglicherweise sogar über die Umlaufbahn der Erde hinaus. Die Erde wird verbrennen und bis dahin weitergehen Gezeitenfelder zerquetscht und zerfallen. Die Rückstände verdunsten und lösen sich im Planetennebel die aus den äußeren Schichten gebildet wird, die von der Sonne abgestoßen werden. Der Kern der Sonne zieht sich zu a . zusammen weißer Zwerg.

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