Das Klima der Erde

Die Suche nach bewohnbaren Planeten außerhalb unseres Sonnensystems ist spannend. Exoplaneten müssen in der habitablen Zone sein, um als lebensfreundlich zu gelten. Die Zusammensetzung der Atmosphäre hat einen deutlichen Einfluss auf die Oberflächentemperatur. Kohlendioxid und Methan erhöhen die Temperatur. Deutlich wird das bei der Venus, deren Atmosphäre zu 96 Prozent aus Kohlendioxid besteht. Ihre Oberflächentemperatur beträgt fast 500 Grad. Aus der Klimageschichte der Erde kann man wertvolle Schlüsse über die Bewohnbarkeit von Exoplaneten ableiten.

Bahnparameter

Ohne den Mond würden die Temperaturen auf der Erde viel stärker schwanken. Er stabilisiert die Neigung der Erdachse auf etwa 23,4 Grad und garantiert damit gleichbleibende Jahreszeiten und ein angenehmes Temperaturniveau. Die Schwerkraft des Mondes, der Sonne und der Planeten Venus, Mars, Jupiter und Saturn beeinflusst jedoch die Bahnparameter der Erde in Zeiträumen von mehreren Zehntausend Jahren. Diese Zyklen sind nach dem Mathematiker Milutin Milanković benannt, der damit schon 1941 die Periode der Eiszeiten erklären wollte. Drei Bahnparameter der Erde ändern sich periodisch über lange Zeiträume: Die Erdbahn um die Sonne ist bekanntermaßen kein perfekter Kreis, sondern eine Ellipse. Aber die Exzentrizität der Ellipsenbahn, also wie stark die Bahn von einem Kreis abweicht, ändert sich in einem Rhythmus von 405.000 Jahren. In manchen Epochen ist die Bahn viermal langgestreckter als heute. Zudem schwankt die Exzentrizität in einem langen Rhythmus von 2,4 Millionen Jahren. Der zweite variable Parameter ist die Schiefstellung der Erdachse. Trotz des stabilisierenden Einflusses des Mondes schwankt seine Neigung langfristig in einem 41.000-Jahre-Zyklus um 2,5 Grad. Der dritte Bahnparameter ist die Kreiselbewegung der Erdachse, die sogenannte Präzession. Ein voller Umlauf beträgt circa 25.800 Jahre. Die Präzession sorgt dafür, dass wir im Laufe der Jahrtausende unterschiedliche „Polarsterne“ hatten. Zu Christi Geburt stand Kochab, ein Kastenstern des Kleinen Wagens, dem Himmelspol am nächsten. Vor 12.000 Jahren war der Stern Wega, der Hauptstern des Schwans, Polarstern. Den Klimazyklus von 21.000 Jahren bedingt die Überlagerung der Präzessionsbewegung mit der gleichzeitigen Drehung der Erdbahn-Ellipse. Alle drei Perioden führen zu regelmäßig wechselnden Sonneneinstrahlungen auf die Erde.

Bohrkerne

Aus tiefen Bohrungen in den Polareisgegenden, aber auch aus Sedimentbohrungen können Paläoklimatologen den Temperaturverlauf der Erde über Jahrmillionen rekonstruieren. Die Milanković-Zyklen waren theoretisch anerkannt, wurden aber erst durch ein Team um den Geologen James D. Hays 1976 bewiesen. Aus Sedimentkernen wurden die Zeiten der Erdvereisung ermittelt und mit den Erdbahnparametern abgeglichen. Derzeit haben wir eine globale mittlere Temperatur von 15,1 Grad. Ende 2024 veröffentlichte ein Team um Emily Judd den Verlauf der letzten 485 Millionen Jahre. Die gemittelten Temperaturen schwankten zwischen elf und 36 Grad. Es gab häufiger Warm- als Kaltzeiten. Das Team belegte, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre den größten Einfluss auf die Erdtemperatur hat. Die Einflüsse der Erdbahn auf die Eiszeiten wurden ebenfalls bestätigt und werden aktuell detaillierter untersucht. Auch Prognosen werden gewagt: Die Langzeitwirkung der vom Menschen verursachten Klimaerwärmung könnte dazu führen, dass die in den nächsten paar Tausend Jahren erwartete Eiszeit ausfallen wird.