Heinz Wanner
Klima und Mensch Eine 12’000-jährige Geschichte
Heinz Wanner
Klima und Mensch Eine 12’000-jährige Geschichte
Haupt Verlag
1. Auflage: 2016 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar. ISBN 978-3-258-07879-3 Alle Rechte vorbehalten. Copyright © 2016 Haupt Bern Jede Art der Vervielfältigung ohne Genehmigung des Verlages ist unzulässig. Umschlaggestaltung / Gestaltungskonzept: René Tschirren Gestaltung / Satz: Katarina Lang, Buchgestaltung + Visuelle Kommunikation Lithos: FdB – Für das Bild, Fred Braune Printed in Austria www.haupt.ch
)NHALTSVERZEICHNIS Vorwort
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Einleitung
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Wie funktioniert unser Klimasystem? Wetter, Witterung und Klima – unzertrennliche Drillinge Das Gesicht des Erdklimasystems Lebensqualität dank Wärmeaustausch und Treibhauseffekt Das von der geographischen Breite abhängige Energieangebot der Erde Erdenergiebilanz und Treibhauseffekt – Voraussetzungen für unser Leben Zirkulation und Kreislauf – zwei Grundprinzipien zum Klimaverständnis Die Allgemeine Zirkulation der Atmosphäre – ein Nebeneinander von Zirkulationszellen Die Ozeanzirkulation – ein monumentales Förderband Die Kryosphäre: Gletscher, Eisschilder und polares Meereis Der globale Wasserkreislauf und die Verteilung der Niederschläge Das globale Bild der Temperatur Der globale Kohlenstoffkreislauf – auch ein Abbild menschlicher Aktivitäten Wie verpacken wir das komplexe Weltklimasystem in ein Erdsystemmodell? Das Bild des Weltklimas – die Klimaklassifikation nach Köppen-Geiger
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Dem vergangenen Klima nachspüren – Porträt einer Knochenarbeit Klimaschwankungen – die Ursachen und ihre Erforschung Die Schwankungsursachen und ihre Analyse Geschichte der Klimaforschung Der geheimnisvolle Weg zur Klimarekonstruktion Wie den Klimaarchiven deren Alter oder nützliche Klimadaten entlockt werden Von Klimaarchiven zu möglichst präzisen Klimadaten – ein kniffliger Weg Die wichtigsten Klimaarchive Sedimente und andere Ablagerungen – «Dreck» mit einem tollen Langzeitgedächtnis Eisbohrkerne – Klimageschichte, die aus der Kälte kommt Baumringe – ein Uhrwerk der Vergangenheit Stalagmiten – wenn das Klima in die Höhle tropft
35 37 41 45 47 50 54 57 59 59 62 67 67 72 74 74 81 84 88
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Klima und Mensch
Korallen – Schlüsselorganismen in den Wärmeöfen der Erde Dokumentendaten – zeitlich hoch aufgelöste Zeugen des vergangenen Wettergeschehens Weitere Klimaarchive – der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt Die Klimaschwankungen der letzten 12’000 Jahre verstehen Das Geheimnis der Eiszeiten und Zwischeneiszeiten Die Entstehung der Eiszeiten Die letzte Eiszeit Der Übergang zum Holozän – Eisschilde und Kohlendioxid im gegenseitigen Tanz Das Frühholozän – lang andauernde Temperaturmaxima und kurzfristigere Kälterückfälle Das frühholozäne Temperaturmaximum – starker Einfluss der drei Erdbahnparameter Frühholozäne Kälterückfälle – beeinflusst von nordamerikanischen Süßwasserausbrüchen Das Mittelholozän – eine eher mysteriöse Übergangsphase vom holozänen Wärmemaximum zum kühlen Spätholozän Zeitliche Gliederung des Holozäns Mysteriöse Kälte- und Trockenphasen Die Weltozeane – ihre große Bedeutung als Energie- und Wärmespeicher Der holozäne Übergang – Fakt oder Fiktion? Das Spätholozän – Vulkane und solare Minima als «Kühlmittel»? Munterer Wechsel zwischen warm und kalt Solaraktivität und Vulkaneruptionen als mögliche Auslöser von spätholozänen Kaltphasen Das Gesicht einzelner Klimaphasen des Spätholozäns Interne Klimavariabilität und Chaos – El Niño und Nordatlantische Oszillation Das Klimasystem – ein System mit einem quasizufälligen Verhalten El Niño und La Niña – das Christkind schreibt Klimageschichte Die Nordatlantische Oszillation – Klimaschaukel der Nordhemisphäre Von Gedächtnissen und weiträumigen Wechselwirkungen Anthropozän und Gegenwart – die Menschen als «Klimaveränderer» Wann begann das Anthropozän? Ist der menschgemachte Klimawandel real? 12’000 Jahre holozäne Klimaschwankungen – ein Überblick
90 92 98 101 103 103 111 112 117 117 120 124 124 126 132 134 135 135 139 142 147 147 148 154 158 163 163 165 171
Inhaltsverzeichnis
Versuch einer zeitlichen Gliederung Sind räumliche Muster erkennbar?
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Der Klimadeterminismus und seine Gefahren Der Begriff «Klimadeterminismus» Zur Geschichte des Klimadeterminismus Eine Rückkehr des Klimadeterminismus? Vom Einfluss des Klimas auf Gesellschaften – Vorsicht ist angebracht!
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Wie haben vergangene Gesellschaften und Kulturen auf Klimaschwankungen reagiert? Zur frühholozänen Entwicklung des Homo sapiens Vergangene amerikanische Kulturen Die Pueblos des nordamerikanischen Südwestens Die Mayakultur der mittelamerikanischen Halbinsel Yucatán Das Mysterium der frühen Amazonasbewohner Die Tiwanaku und Huari (Wari) an der Westküste Südamerikas Grönland – Eskimos und Wikinger im gegenseitigen Nebeneinander Die grönländischen Eskimokulturen Die Wikinger in Grönland Die europäische Völkerwanderung – hat das Klima mitgespielt? Der afrikanische Südwestmonsun – eine brüchige Lebensversicherung Mesopotamien – mysteriöse Flut- und Dürrekatastrophen Indische und chinesische Frühkulturen – ebenfalls Kinder des Monsuns? Die Harappankultur der Indusebene Die chinesischen Kulturen im Einzugsgebiet der asiatischen Monsune
189 191 195 195 199 204 208 212 212 215 219 223 227 232 232 235
Abschließender Überblick
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Anhang Literaturverzeichnis Zeitschriftenartikel Bücher, Skripten und Manuskripte Glossar/Abkürzungen Fotoverzeichnis Personenverzeichnis Stichwortverzeichnis Dank
245 247 247 251 253 261 265 268 274
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6ORWORT Die letzten Jahre meiner aktiven Hochschultätigkeit waren geprägt durch die Leitung des Nationalen Forschungsschwerpunktes Klima der Schweiz, durch internationale Verpflichtungen als Co-Chair des internationalen Past Global Changes Programmes (PAGES) und durch meine Mitarbeit im Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) sowie schließlich durch die Gründung des Oeschger-Zentrums für Klimaforschung an meiner Heimuniversität Bern. Diese Auseinandersetzung mit interdisziplinären Fragen um den Klimawandel hat in mir zusammen mit meinem lebenslangen Interesse für Archäologie und Geschichte die Idee reifen lassen, nach meiner Emeritierung ein Buch zu verfassen, das nicht nur den Klimaverlauf des Holozäns skizziert, sondern auch die Frage stellt, wie weit das Klima die Entwicklung von Kulturen beeinflusst hat. Ich hatte von Anfang an großen Respekt vor dieser komplexen Fragestellung und bin meinen Kolleginnen und Kollegen im In- und Ausland und insbesondere dem Verleger Matthias Haupt für die dauernden Ermunterungen, diese Idee zu Ende zu führen, zu sehr großem Dank verpflichtet. Das Buch ist nur zustande gekommen dank großzügiger Spenden durch die Sponsoren, die hinten aufgelistet sind. Ihnen gebührt ein spezielles Dankeschön. Ein großer Dank geht auch an jene Personen, die mich durch grafische und organisatorische Arbeiten, aber auch mit kreativen und kritischen Beiträgen unterstützt haben. Beat Ihly hat mit vielen wissenschaftlichen Ideen zur grafischen Ausstattung und zur Textkritik beigetragen. Carla Laub hat mich grafisch, textlich und auch als kritische Begutachterin der Fotos und des Layouts großzügig unterstützt. Alfred «Alias» Bretscher hat als Seniorberater und einsatzfreudiger Computergrafiker trotz über 90 Lenzen eine große Zahl der Zeichnungen ausgefertigt. Einige sehr anspruchsvolle Zeichnungen wurden von unserem Kartografen Alex Hermann mit Kreativität fertiggestellt. Ein herzlicher Dank richtet sich auch an René Tschirren für das Gestaltungskonzept, an die Korrektorin Claudia Bislin sowie Katarina Lang, die mit großem Geschick das Layout besorgte. Meine besondere Dankbarkeit richtet sich auch an meine stark beanspruchten Fachkollegen aus dem Oeschger-Zentrum, welche sich trotzdem bereitfanden, einzelne Kapitel kritisch zu referieren: · Teil 1 (Klimasystem): Stefan Brönnimann und Fortunat Joos; · Teil 2 (Klimarekonstruktion): Martin Grosjean; · Teil 3 (Klimadynamik): Thomas Stocker; · Teil 4 (Klimadeterminismus): Christian Pfister; · Teil 5 (Reaktionen von Gesellschaften): Albert Hafner.
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Klima und Mensch
Ein großer Dank geht auch an meine Kolleginnen und Kollegen, die mich mit Aufmunterungen, Ratschlägen, Ideen und wichtigem Grundlagenmaterial wie Daten oder Grafiken unterstützt haben: Brigitta Ammann, Jürg Beer, Ray Bradley, Ulf Büntgen, Jan Esper, Basilio Ferrante, Dominik Fleitmann, David Frank, Jörg Franke, Oliver Heiri, Patrick Imhasly, Wolfgang Jörk, Pim van der Knaap, Takuro Kobashi, Umberto Lombardo, Jürg Luterbacher, Shaun Marcott, Kaspar Meuli, Raphael Neukom, Kurt Nicolussi, Pablo Ortega, Martin Pletscher, Stefan Rahmstorf, Christoph Raible, Ralph Rickli, Michael Riffler, Christian Rohr, Jakob Schwander, Olga Solomina, Werner Stöckli, Peter Stucki, Willy Tinner, Heinz Veit, Monika Wälti, Oliver Wetter, Heinz Zumbühl. Ich entschuldige mich bei jenen Kolleginnen und Kollegen, deren Nennung ich möglicherweise vergessen habe. Der größte Dank geht an meine liebe Frau Liliane, die wegen der großen zeitlichen Beanspruchung durch dieses Buchprojekt oft auf gemeinsame Wanderungen, abendliche Gespräche oder Konzertbesuche verzichten musste und auch meine gedankenverlorenen, plötzlichen Rückzüge an den Laptop großzügig übersah. Ihr ist dieses Buch gewidmet. Bern, im Frühjahr 2016
Heinz Wanner
%INLEITUNG
Einleitung
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Dieses Buch verbindet Erkenntnisse zum Klima der letzten 12’000 Jahre mit Antworten zur Frage, wie weit dieses Klima die Entwicklung von Kulturen beeinusst hat. Im ersten Teil werden wichtige Grundlagen zum Verständnis des globalen Klimasystems im Ăœberblick dargestellt. Dabei wird auch kurz auf die MĂśglichkeiten und Grenzen der Klimamodellierung eingegangen. Der zweite Teil beschreibt nach einer kurzen Darstellung der Geschichte der Klimaforschung die Methoden, welche zur Rekonstruktion des Klimas vor der modernen Zeitperiode mit instrumentellen Messungen eingesetzt werden. Im dritten Teil wird die Frage gestellt, wie weit das Klima des Holozäns in verschiedenen Zeitabschnitten durch seine wichtigsten Antriebsfaktoren oder durch die interne, sogenannte chaotische Variabilität angetrieben und geprägt wurde. Dabei wird das Holozän in drei typische Zeitabschnitte gegliedert. Diese Darstellung wird mit einem zusammenfassenden zeitlichen und räumlichen Ăœberblick abgeschlossen. Gletscherschwankungen liefern ein eindrĂźckliches Bild der langfristigen Klimaschwankungen. Foto 1 zeigt als Beispiel den Unteren Grindelwaldgletscher in der Schweiz während seiner VorstoĂ&#x;phase im frĂźhen 19. Jahrhundert. Der vierte Teil des Buches widmet sich dem Klimadeterminismus. Dabei wird deutlich davor gewarnt, im Zusammenhang mit dem Einuss von extremen Klimaentwicklungen auf die Gesellschaft
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Klima und Mensch
voreilige Schlßsse zu ziehen. Im letzten und fßnften Teil werden, basierend auf dem in den vorherigen Kapiteln aufgebauten Wissen, die Reaktionen von total elf Gesellschaften oder Kulturen auf extreme Klimaereignisse beschrieben. Dabei werden zahlreiche offene Fragen gestellt, welche allerdings aufgrund des momentan verfßgbaren Wissens nur in Teilen beantwortet werden kÜnnen. Die Informationen zu diesem Kapitel stammen von indirekten Zeugen (Baumringen, Eisbohrkernen, Sedimenten usw.) oder von den Erkenntnissen aus Ausgrabungen historisch bedeutender Stätten. Stellvertretend fßr die vielen weltweit vorhandenen Zeugen ehemaliger Kulturen zeigt Foto 2 die berßhmte Siedlung von Mesa Verde im US-Bundesstaat Colorado. An wen richtet sich dieses Buch? Zum einen sollen sogenannte gebildete oder interessierte Laien angesprochen werden. Was ist darunter zu verstehen? Damit ist vor allem gemeint, dass ein Allgemeinwissen vorausgesetzt wird, welches die Leserin oder den Leser befähigt, sich in einfache physikalische oder chemische Zusammenhänge einzulesen, welche die Vorgänge des vergangenen Klimas bestimmt haben. Zum andern dßrfte das Buch interessierten Studierenden der Bio- und der Geowissenschaften, welche sich mit Paläoklimatologie beschäftigen mÜchten, einen ersten Einstieg erlauben. Insbesondere der Klimateil des Buches
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Einleitung
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dürfte zudem allen archäologisch interessierten Lesern oder Studierenden der Ur-und Frühgeschichte und Archäologie einen Überblick über die Klimadynamik des Holozäns vermitteln. Wie oben erwähnt, gliedert sich das Buch in fünf Hauptkapitel, welche auch einzeln gelesen werden können. Insbesondere ist es möglich, auch nur die beiden gesellschaftsbezogenen Kapitel zum Klimadeterminismus und zu den Reaktionen von Gesellschaften zu studieren. Der Text wird durch erklärende Figuren, Fotodokumente und Tabellen aufgelockert. Für besonders interessierte Lesende werden wichtige Themen im Rahmen von einzelnen Kasten vertieft. Begriffe und Abkürzungen, welche für das Verständnis des Buches von besonderer Bedeutung sind, werden am Schluss in einem Glossar kurz erklärt. Das Literaturverzeichnis beschränkt sich auf Schlüsselpublikationen. Dafür wird großer Wert darauf gelegt, dass im Zusammenhang mit wichtigen Erkenntnissen jeweils die verantwortlichen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler namentlich erwähnt werden. Bei paläoklimatologischen Arbeiten stellt sich regelmäßig das Problem, wie mit den Zeitangaben umgegangen werden soll. In diesem Buch werden alle Altersangaben in Kalenderjahren vor heute ausgedrückt. Dabei muss akzeptiert werden, dass das «heute» nicht einheitlich definiert ist und deshalb nicht die unmittelbare Gegenwart bedeutet. In vielen älteren Arbeiten wurden die Kalenderjahre auf das Jahr 1950 AD oder AC bezogen. AD bedeutet Anno Domini und somit Jahre nach der Geburt Jesu Christi und ist äquivalent zu AC, was auch der Anzahl Jahre nach Christus entspricht. In Einzelfällen wird die Abkürzung BC (Anzahl Jahre vor Christus) verwendet. Immer dann, wenn es möglich war, haben wir in den Figuren angegeben, welches Jahr als Gegenwart oder als Jahr null angenommen wurde. Wird lediglich der Ausdruck «Jahre vor heute» verwendet, wurde als Nullwert das Jahr 2000 AD angenommen.
7IE FUNKTIONIERT UNSER +LIMASYSTEM
Wie funktioniert unser Klimasystem?
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7ETTER 7ITTERUNG UND +LIMA ¯ UNZERTRENNLICHE $RILLINGE Wetter ist Klima und Klima ist Wetter! Diese stark verkßrzte Aussage fasst eigentlich gut zusammen, was hinter den oft verwendeten Begriffen Wetter, Klima und Witterung steckt. Mit den WÜrtern Wetter, wettern oder ähnlich klingenden Bezeichnungen wurden bereits in frßheren Jahrhunderten Phänomene wie Wind oder Sturm benannt. Heute verstehen wir unter Wetter den Zustand der Atmosphäre und die damit verbundenen Prozesse an einem bestimmten Ort oder in einer Region mit beschränkter Ausdehnung während eines kurzen Zeitraumes. Als zeitliche Obergrenze gilt in der Regel ein Tag. Im Vordergrund der Betrachtungen stehen die Erdoberäche und die untersten 2 m der bodennahen Luftschicht. Da sich viele entscheidende Prozesse in den untersten 10 –15 km der Atmosphäre, in der sogenannten Troposphäre abspielen, wird in der Regel die gesamte Luftschicht bis zu dieser HÜhe miteinbezogen. In Foto 3 wird ein typisches Wetterphänomen dargestellt: eine Wolke des Typs Cumulonimbus, wie sie oft bei Gewittern auftritt. Derartige Wolken reichen bei maximaler vertikaler Ausdehnung oft bis an die Obergrenze der Troposphäre.
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Im Volksmund verstehen wir unter ÂŤWetterÂť die Gesamtwirkung aller wichtigen meteorologischen Elemente wie Lufttemperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, Niederschlag, Wind, Solarstrahlung und Sonnenscheindauer. Von groĂ&#x;er Bedeutung sind fĂźr die Gesellschaft zudem Wetterextreme wie StĂźrme, Starkniederschläge, Gewitter oder GroĂ&#x;schneefälle. Abbildung 1a zeigt ein typisches Wetterphänomen, nämlich die Aufzeichnung der Tagesniederschläge während des Jahres 2013 an der Station Bern. Diese Station liegt im Schweizer Mittelland, eingebettet zwischen Jura und Alpen, auf einer MeereshĂśhe von 483 m. Anhand der vertikalen blauen Linien, welche die täglichen Niederschlagsmengen darstellen, kann eine klare Trennung in SchĂśnwetter- und Regentage vorgenommen werden. Der grĂśsste Tagesniederschlag ďŹ el mit fast 60 mm bei einem Sommergewitter gegen Ende Juli. Wenn wir von ÂŤWitterungÂť sprechen, so verstehen wir darunter eine Periode von mehreren Tagen (in der Regel 3–5 Tagen) mit ähnlichem Wettercharakter, oder eine Periode mit
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einer typischen Wetterabfolge. Oft wird trotzdem der Wetterbegriff verwendet und von Regenwetter oder sonnigem Wetter gesprochen. Mit dem Begriff «Singularität» wird ein Witterungsregelfall bezeichnet, welcher auch deutlich über 5 Tage andauern kann. Bekannte Beispiele aus Mitteleuropa sind das Aprilwetter, die Hundstage im Sommer, der Altweibersommer im Frühherbst oder die Novemberstürme am Übergang Herbst-Winter. Auf Abbildung 1b treten die typischen Witterungsphasen anhand des Jahresgangs der Temperatur an der Station Bern ganz deutlich in Erscheinung. Eine niederschlagsarme Phase im Februar ist mit tiefen Temperaturen und Kaltluftvorstößen verbunden. Die stärkeren Niederschläge im April sind in erster Linie eine Folge von Kaltfrontdurchgängen. Schönwetterphasen Ende September sowie im Oktober und im November sind mit einer warmen Witterung verbunden. Der Begriff «Klima» ist in seiner Gesamtheit komplexer als der Wetterbegriff. Gemäß der einleitenden Aussage kann Klima als die Zusammenfassung oder die Statistik des Wetters bezeichnet werden, und ein einzelner Wetterzustand an einem bestimmten Ort ist damit nur ein kleiner Baustein des Klimas. Der moderne Klimabegriff ist sehr umfassend. Wir bezeichnen mit «Klima» die Gesamtheit der wichtigen meteorologischen Zustände und Prozesse in einem definierten Gebiet, welche anhand einer längeren Messperiode statistisch ausreichend beschrieben werden können. Neben Mittelwerten müssen auch andere wichtige Maßzahlen mitbestimmt werden, so zum Beispiel der häufigste Wert (Modus), der Wert, welcher 50 %des gemessenen Kollektivs abgrenzt (Median), oder typische Extremwerte wie zum Beispiel die höchste Windspitze eines Jahres. Neben den oben genannten meteorologischen Elementen spielen für die Charakterisierung des Klimas auch die das Klima maßgeblich beeinflussenden Klimafaktoren eine wichtige Rolle. Dazu gehören die Meereshöhe, die Hangneigung, die Exposition bezüglich der Sonne sowie der Zustand der Bodenunterlage eines bestimmten Ortes. Abbildung 1c gibt anhand der Jahresmitteltemperaturen der Station Bern einen groben Überblick über den Klimaverlauf zwischen 1864 und 2013. Deutlich wird sichtbar, dass auch ein klassischer 30-jähriger Mittelwert, wie er international vorgeschrieben ist, das Klima dieser Region nur unzureichend charakterisieren kann, weil die langjährigen Jahresmittelwerte im gezeigten Beispiel von einem langfristigen positiven Temperaturtrend von zirka 0.12 °C pro Dekade überlagert werden. Wie anfangs erwähnt, entspricht das Klima nicht nur der längerfristigen Statistik des Wetters. Umgekehrt gilt auch, dass das Klima die kurzfristigen Ausschläge oder Schwankungen des Wetters moduliert und mitbestimmt. Für die Kurzfristplanung in den Bereichen Landwirtschaft und Tourismus oder in der Bauwirtschaft spielen Wetterprognosen eine immer wichtigere Rolle. Grundlage bilden in erster Linie die modernen Computerprognosen, welche auf den Grundgleichungen des atmosphärischen Energie-, Massen- und Impulshaushaltes (Wind) basieren. Dabei spielt das sogenannte «Anfangswertproblem» eine sehr wichtige Rolle. Dieses besagt, dass von einem Ausgangszustand, welcher in das Modell eingegeben wird, in die Zukunft gerechnet wird. Da die Genauigkeit der gerechneten Wetterprognose sehr stark von kleinsten Schwankungen dieser
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Klima und Mensch
Antrieb durch Sonne
Wärmestrahlung in den Weltraum
Windeinuss
ATMOSPHĂ„RE
Vulkanische und kĂźnstliche Aerosole
Schnee und Gletscher FAUNA + FLORA
Wolken Verdunstung
EIS
Niederschlag
MENSCH Eisschilder
Meereis
OZEANE
Seen und FlĂźsse
GESTEIN/BODEN !BB 3CHEMATISCHE $ARSTELLUNG DES %RDKLIMASYSTEMS MIT SEINEN 4EILSYSTEMEN
eingegebenen Anfangswerte abhängig ist, kĂśnnen Wetterprognosen nicht auf Zeiträume von Wochen oder Monaten ausgedehnt werden. Wir sprechen in diesem Zusammenhang von ÂŤdeterministischem ChaosÂť oder populärer vom Schmetterlingseffekt, welcher bewirken kann, dass eine minimale Ă„nderung bei den Anfangswerten zu einem vĂśllige veränderten Prognoseresultat fĂźhrt. In der FrĂźhzeit der Wetterprognostik, als aktuelle Wetterkarten die Basis bildeten, musste davon ausgegangen werden, dass einigermaĂ&#x;en genaue Prognosen hĂśchstens fĂźr 2–3 Tage mĂśglich sind. Heute liegt dieser Zeitraum bei 5–8 Tagen und nähert sich allmählich der 10-Tage-Grenze. Klimaprognosen sind ebenfalls sehr aufwendig. In diesem Fall ist besonders das sogenannte ÂŤRandwertproblemÂť zu beachten. Damit ist gemeint, dass die langfristige Klimaentwicklung nicht besonders sensitiv auf den Anfangszustand reagiert, sondern von den wechselnden Randbedingungen während der ÂŤZeitreiseÂť der Modellrechnung abhängig ist. Im Vordergrund stehen Veränderungen der Sonneneinstrahlung, plĂśtzliche Vulkaneruptionen oder unterschiedliche Konzentrationen der Treibhausgase. Weil das Energie- und Wärmegedächtnis vor allem im Ozean sitzt und weil fĂźr Frischwasser- und Meeresspiegelschwankungen die groĂ&#x;en Eisschilde eine groĂ&#x;e Rolle spielen, mĂźssen diese bei längerfristigen Klimaprognosen Ăźber Zeiträume von Jahrzehnten bis Jahrtausenden zusammen mit der Oberächenstruktur und dem Zustand des Festlandes (Vegetation, Boden, Felsuntergrund) in den Klimamodellen mitberĂźcksichtigt werden. Beim Bau eines aussagekräftigen Klimamodells muss somit das gesamte globale Klimasystem mit den wichtigsten ablaufenden Prozessen gemäĂ&#x; Abbildung 2 miteinbezogen werden. Die Charakteristiken der Klimamodelle werden in einem späteren Unterkapitel noch eingehend beschrieben.
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$AS 'ESICHT DES %RDKLIMASYSTEMS Wenn wir die Klimaprozesse in Raum und Zeit verstehen wollen, empďŹ ehlt es sich, nach einer bestimmten Ordnung vorzugehen. Am besten stellen wir zu Beginn die verschiedenen Teile des Klimasystems sowie ihr Zusammenwirken in einem einfachen räumlichen Schema dar, wie dies in Abbildung 2 gezeigt wird. In dieser Abbildung werden die einzelnen Bausteine oder Teilsysteme des Erdklimasystems in Rechtecken mit GroĂ&#x;buchstaben benannt. Jedes Teilsystem kann bereits als Einheit aufgefasst werden, welche in Studien einzeln betrachtet oder in Modellen isoliert simuliert werden kann. Diese Bezeichnungen der Teilsysteme werden in Abbildung 2 ergänzt durch weitere Systemteile oder wichtige Prozesse in Kleinbuchstaben, welche fĂźr das Verständnis des Klimas ebenfalls von Bedeutung sind. Wie oben erwähnt, kĂśnnen wir das Wetter auch dann mit ausreichender Qualität verstehen oder vorhersagen, wenn wir dem Modell lediglich den Anfangszustand mitteilen, die in der Atmosphäre ablaufenden Prozesse simulieren und ihre Zustände auf der Basis ihrer mathematisch-physikalischen Grundgleichungen im Computer Ăźber einen Zeitraum von 5 bis 8 Tagen nach- oder vorausberechnen. Wenn wir jedoch das Klima Ăźber einen längeren Zeitraum von Jahrzehnten erfassen und mit ausreichender Qualität simulieren wollen, mĂźssen wir die Randbedingungen mĂśglichst präzis vorgeben und die wichtigsten Energie- und Massenkreis-
&OTO 3ATELLITENAUFNAHMEN DER GESAMTEN %RDE VOM !PRIL AUFGENOMMEN FĂ R ZWEI VERSCHIEDENE (ALBKUGELN $ANK 6ORARBEITEN UND MITHILFE DES 3YSTEMS 6))23 6ISIBLE )NFRARED )MAGING 2ADIOMETER IST ES MĂšGLICH DIE %RDE IN MĂšGLICHST REALISTISCHEN &ARBEN DARZUSTELLEN 1UELLE ./!! .!3! HTTP WWW NNVL NOAA GOV TRUE PHP
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Klima und Mensch
Nord-Sommer
Nord-Winter
Tag
Nacht
Abkßhlung Erwärmung Abkßhlung
!BB $ER SOLARE !NTRIEB DES %RDKLIMASYSTEMS
läufe sowie deren GedächtnisgrĂśĂ&#x;en im Klimasystem berĂźcksichtigen. Als wichtige Gedächtnisfunktionen stehen der Wärmegehalt des Ozeans, die in den Wolken vor allem in Form von Wasserdampf gespeicherte Energie, das im Eis gespeicherte Wasser sowie der in Ozeanen, Panzen und im Festland (Gestein, BĂśden) gespeicherte und umgesetzte Kohlenstoff im Vordergrund. Im Rahmen dieses Buches konzentrieren wir uns deshalb auf die fundamentalen Kreisläufe von Energie, Wasser und Kohlenstoff. Auf den beiden Halbkugeldarstellungen des Satellitenbildes in Foto 4 sind die wichtigen Komponenten des Erdklimasystems deutlich auszumachen. Neben der Oberächenstruktur der Kontinente sind vor allem die Wolkensysteme zu erkennen, welche RĂźckschlĂźsse auf die Zirkulation erlauben. Auf beiden Bildern wird sichtbar, dass groĂ&#x;räumige Austauschprozesse zwischen den Tropen und den Polen stattďŹ nden. Im linken Bild sind trotz leichter Wolkenschleier der grĂśnländische Eisschild und das arktische Meereis erkennbar. Das rechte Bild zeigt im Norden Wolkenbänder, welche der Westwinddrift zugeordnet werden kĂśnnen. Ăœber dem tropischen PaziďŹ k sind jene typischen BewĂślkungsstrukturen sichtbar, welche sich Ăźber tropischem Warmwasser bilden kĂśnnen. Ganz im SĂźden ist der Rand des Antarktiseises zu erkennen. Wie Abbildung 3 (oben) zeigt, wird das Klimasystem durch die Energie der Sonne angetrieben. Die von der Erde aufgenommene (absorbierte und in Wärme umgesetzte) kurzwellige Strahlung der Sonne muss in der gleichen GrĂśĂ&#x;enordnung wiederum als Wärmestrahlung an den Weltraum zurĂźckgegeben werden. Ist dies nicht der Fall, so verändern sich Lufttemperatur und Wind, der Wärmegehalt des Ozeans oder die Menge des gespeicherten Eises im positiven oder negativen Sinn, und auch die biologischen Elemente (Flora, Fauna) des Systems
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werden beeinusst. Aufgrund der Distanz Erde–Sonne und infolge der physikalischen Eigenschaften der Sonnenstrahlung beträgt die auf die Atmosphärenobergrenze der Erde auftreffende Energiespende der Sonne (Solarkonstante S0 genannt) ungefähr 1360 Watt pro m2. Im Mittel beträgt die von der Erde erhaltene Energiemenge jedoch nur ein Viertel davon: 340 Watt pro m2. Die geometrische Begrßndung fßr diese Tatsache wird fßr interessierte Lesende in Kasten 1 dargestellt.
,EBENSQUALITiT DANK 7iRMEAUSTAUSCH UND 4REIBHAUSEFFEKT $AS VON DER GEOGRA½SCHEN "REITE ABHiNGIGE %NERGIEANGEBOT DER %RDE Infolge der Schiefe der Erdachse und der Bewegung der Erde um die Sonne auf ihrer elliptischen Bahn resultiert am Ă„quator und an den Polen ein sehr unterschiedlicher solarer Energieeintrag, das heiĂ&#x;t, die Erde erfährt am Ă„quator ein deutlich hĂśheres Sonnenstrahlungsangebot, das von der Oberäche absorbiert und in Wärme umgesetzt wird. Im Gegensatz Kasten 1
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Der auf die Erde auftreffende Energiebetrag von 1360 Watt pro m2 wßrde sich im Falle einer Erdscheibe auf eine Kreisfläche mit dem Erdradius r verteilen. Da die Erde eine rotierende Kugel darstellt, verteilt sich dieser Energiebetrag auf die Kugeloberfläche mit dem Erdradius r. Diese Kugeloberfläche entspricht genau dem Vierfachen einer Kreisfläche. Deshalb reduziert sich der Energiebetrag um ein Viertel und beträgt 340 Watt pro m2.
Anhang
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&OTOVERZEICHNIS Ein Abbildungsverzeichnis wird nicht geführt, da die Quellen innerhalb der Legenden genannt werden. In den Legenden zu den Fotos werden innerhalb des Buchtextes lediglich die Autorinnen und Autoren erwähnt. Details wie Fotonummer, Beschreibung, Autoren und Quellen sind im folgenden Verzeichnis enthalten. Umschlagabbildung vorne (oben): Cumulonimbus, Diecinueve de Abril, Uruguay. Foto: João Paulo Bernardes da Silva. https:// www.flickr.com/photos/juririm/11757970663/ Umschlagabbildung vorne (unten): Höhlenmalerei in Tassili N‘Ajjer, Algerien. Foto: muha04. istockphoto.com Foto der Kapiteleinleitungen: Nordwestpassage. Terra Satellitenaufnahme von NASA, mit Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), unter Verwendung von Land Atmosphere Near real-time Capability für EOS (LANCE). Foto: Jesse Allen, NASA Earth Observatory. Mit Informationen von Walt Meier, National Snow and Ice Data Center, USA. http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=78797 1
Unterer Grindelwaldgletscher in den Berner Alpen, Schweiz. Aquarell von Samuel Birmann, 1826. Kunstmuseum Basel, Martin P. Bühler. Foto: Heinz J. Zumbühl, Universität Bern. 2 Mesa Verde, Felskaverne der Anasaziindianer. Foto: Jeff Martin. www.netjeff.com 3 Cumulonimbus, Diecinueve de Abril, Uruguay. Foto: João Paulo Bernardes da Silva. https://www.flickr.com/ photos/juririm/11757970663/ 4 Erdsatellitenbild vom 22. April 2014, Suomi NPP-Satellitenaufnahme von NOAA/NASA, mit Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS). Foto: NOAA/NASA. http://www.nnvl.noaa.gov/true.php 5 Extratropische Zyklone, Terra Satellitenaufnahme der NASA, mit Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Foto: Jesse Allen, NASA Earth Observatory. Bildbearbeitung: Dave Santek und Jeff Key, University of Wisconsin-Madison. http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=7264 6a Oberflächentemperatur im Bereich des nordatlantischen Golfstroms. Chris Kerr, NOAA/ GFDL. http://vis.lbl.gov/~prabhat/GFDL/
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6b Oberflächentemperatur der Kuroshio-Strömung. Chris Kerr, NOAA/GFDL. http://vis.lbl. gov/~prabhat/GFDL/ 7 Simulation der Atmosphärenzirkulation in einem Wassertankmodell. University of Chicago. 8 Vulkanausbruch Pinatubo, 12. Juni 1991. Foto: U.S. Geological Survey. 9a Büste von Aristoteles, römische Kopie, nach einer Skulptur des Bildhauers Lysippos, Rom, Palazzo Altemps 8575, Ludovisi Collection. Foto: Jastrow. https://de.wikipedia. org/wiki/Aristoteles#/media/File:Aristotle_Altemps_Inv8575.jpg 9b Tycho Brahe. Maler: unbekannt. Foto: Mulig Erik Olsen, Bildarchiv Trondheim. https://www.flickr.com/photos/trondheim_byarkiv/4534822826 9c Galileo Galilei 1636. Maler: Justus Susterman. 9d Evangelista Torricelli, Öl auf Leinwand, 1647. Maler: unbekannt. Foto: Diego Brambilla, Studio Fotografico Perotti. https://commons.wikimedia.org/wiki/ 9e Henry Melson Stommel. Foto: Massachusetts Institute of Technology. http://www.technologyreview.com/article/510856/mapping-the-storms-of-the-sea/ 9f Louis Agassiz, zirka 1870. https://en.wikipedia.org/?title=Louis_Agassiz#/media/File: Louis_Agassiz_H6.jpg 9g Milutin Milankovic. Foto: A. Jovanovic´. 9h Svante Arrhenius. Foto: Meisenbach Riffarth & Co, Leipzig. https://en.wikipedia. org/?title=Louis_Agassiz#/media/File:Louis_Agassiz_H6.jpg 9i Hans Oeschger. Foto: Klima- und Umweltphysik der Universität Bern. 9j Vilhelm Bjerknes. ©GFI, University of Bergen. 9k Carl-Gustav Rossby. University of Chicago. 9l Edward Norton Lorenz. Biographical Memoir. National Academy of National Sciences Washington, D.C. 10a Wettersatellit Jason-3. Bild: David Ducros, © CNES 2013. 10b Ozeanboje Vida, betrieben vom Nationalen Institut für Biologie, Marine Station in Piran, Slowenien. Foto: Vlado Malacˇicˇ. 11a Baumringscheibe. Foto: David Frank, WSL Birmensdorf. 11b Knochen im Eis. Foto: Thomas Pummer. https://www.flickr.com/photos/nullpointerat/ 6802403523 11c Warven, Belauer See. Foto: Bernd Zolitschka, Universität Bremen. 12 Zusammenstellung Bohrprobe 25 bis 29.05 m vom 9.10.2004 zur Untersuchung des Nordatlantischen Klimas (North Atlantic Climate 1, IODP 303-U1304A, Lat/Long 53.0567°/33.5297°). CoreRef, geführt von ANDRILL Science Management Office, University of Nebraska-Lincoln. http://coreref.org/projects/iodp303-u1304a/viewer/25 13a Radiolarien-REM-Collage. Foto: Klaus Hausmann, FU Berlin.
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13b Coccolithen, zirka 114 Millionen Jahre alt. Foto: Bärbel Schminke, AG Paläontologie und Biogeochemie, Goethe Universität Frankfurt. 14a Seesediment aus dem Moosseedorfsee, Schweiz. Foto: Fabian Rey, Universität Bern. 14b Kieselalge (Cyclotella), aus dem Burgäschisee, Schweiz. Foto: Fabian Rey, Universität Bern. 14c Zuckmückenkopfkapseln. Foto: Oliver Heiri, Universität Bern. 15 Pflanzenpollen. Bild: Louisa Howard, Dartmouth Electron Microscope Facility, Hanover, USA. http://www.dartmouth.edu/~emlab/gallery/ 16a Dome C, Station Dome Concordia, Antarktis. Foto: Karim Agabi, Universität Nizza. 16b Aufstellung eines einfachen Bohrturms südwestlich der Neumayer Station in der Antarktis. Foto: Jakob Schwander, Universität Bern. 16c Typischer Eisbohrer. Foto: Pascal Bohleber, University of Maine, Orono. 16d Die Forscherin Rebecca Anderson, Desert Research Institute, untersucht einen Teil des WAIS Divide Eisbohrkerns, geborgen in einer Tiefe von 500 Metern. Foto: Kendrick Taylor, Desert Research Institute, Reno, Nevada. 17a Baumringscheibe. Foto: Jan Esper, Universität Mainz. 17b Bohrvorrichtung zur Gewinnung von Baumringen. Foto: David Frank, WSL Birmensdorf. 17c Baumillustration. Nach Fritts (1976), in Bradley (1999). http://apcg.uoregon.edu/gavin/courses/Geog423/Geog423s09_syllabus.html 18 Stalagmitenanalyse, Sofular Höhle, Türkei. Foto: Dominik Fleitmann, University Reading. 19a Lebende Korallen. El Bahr El Ahmar, Ägypten. Foto: Matt Kieffer. https://www.flickr. com/photos/mattkieffer/4208477948/ 19b Tote Korallen, Dahab, Rotes Meer, Ägypten. Foto: Silke Baron. https://www.flickr.com/ photos/silkebaron/5113752763/ 19c Querschnittfotografie Koralle und UV-Durchlichtaufnahme Koralle. Quelle: Vortrag Kim Cobb, Georgia Tech University, Atlanta. http://shadow.eas.gatech.edu/~kcobb/publications/pubs.html#Presentations 20 Tagebuchausschnitt der Witterungsnotizen des Einsiedler Benediktinerpaters Joseph Dietrich vom April 1688. Foto: Christian Pfister, Universität Bern. 21 Frostboden, Spitzbergen. Foto: Bernhard Edmaider. http://www.bernhard-edmaier.de/de/portfolio/arktis 22 Islandmuschel aus der Nordsee. Foto: © Hans Hillewaert. http://www.hillewaert.be 23 Endmoräne im Hirzelgebiet, Kanton Zürich, Schweiz. Foto: Gabriela Brändle, Agroscope, Zürich. 24 Ice-rafted debris (IRD), Nordatlantik. Foto: David Hodell, University of Cambridge. 25 Ötzi, Aufnahme an der Fundstelle vom 21.09.1991. Foto: Gerlinde Haid.
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26 Eislaufen in einem Dorf, ca. 1608. Maler: Hendrick Avercamp. Mauritshuis Den Haag, Dauerleihgabe des Rijksmuseum Amsterdam, Niederlande. https://www.rijksmuseum.nl/nl/collectie/SK-A-1718 27 Braune Wolke über Asien, Aqua Satellitenaufnahme vom 6.2.2007 von NASA. Mit Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS). Foto: Jeff Schmaltz, NASA, MODIS Rapid Response Team, Goddard Space Flight Center, Greenbelt, USA. http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=7391&eocn=image&eoci=related_ image 28 Chaco Canyon, Chaco Culture National Historical Park, USA. Foto: © Scott Haefners. 29 Tikal, Mexiko. Foto: Simon Dannhauer. Dreamstime.com 30a Hügel aus Muschelschalen, Llanos de Moxos, Bolivien. Foto: Umberto Lombardo, Universität Bern. 30b Lineament im Amazonas, Acre, Brasilien. Foto: Edison Caetano. 31a Sonnentor von Tiwanaku, Bolivien. Foto: © 2009 Daniel E. Maddux. 31b Bewässerungsgräben, Peru. Foto: Alipio Canahua, © FAO. 32 Grassodenhaus, Freilichtmuseum Skogar, Island. Foto: Franz Riegler. http://bilder.tibs. at/index.php?page_id=6&img=26914 33a Oseberg-Schiff im Museum in Norwegen, Oslo. Foto: © Gunter Gerhardt. http://guntergerhardt.de 33b Ruine der Wikingerkirche von Hvalsey in Südgrönland. Foto: Ruedi Bless, Worb. 34 Flugaufnahme von 1999 der Ausgrabungsstätte Garama, Fezzan, Libyen. Foto: Toby Savage. 35 Tell Leilan, Syrien. Foto: Harvey Weiss, Yale University, New Haven. 36 Großes Bad und Stupa Hügel der Harappankultur in Mohenjodaro, Pakistan. Foto: Saqib Qayyum. https://commons.wikimedia.org Umschlagabbildung hinten (oben rechts und links): Höhlenmalerei in Tassili n‘Ajjer, Algerien (wiki 2.0 creative commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Algerien_5_0049.jpg) Umschlagabbildung hinten (oben, Mitte): Mesa Verde, Felskaverne der Ansasaziindianer. Foto: Jeff Martin. www.netjeff.com
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0ERSONENVERZEICHNIS A Abram, Nerilie, 132 Adhémar, Joseph Alphonse, 65 Agassiz, Louis, 63, 65 Alarich I., 221 Alexander, Mike, 161 Aristoteles, 62–63, 182 Arnaldr, Bichof, 217 Arrhenius, Svante, 63, 65 Arz, Helge, 227 B Beck, Christoph, 56 Beer, Jürg, 131 Behling, Hermann, 206 Bjerknes, Jacob, 149, 158, 162 Bjerknes, Vilhelm, 63, 66 Blytt, Axel, 124–125 Boas, Franz, 183 Bond, Gerard, 120 –122 Braconnot, Pascale, 171, 173 Bradley, Ray, 137, 143 Brahe, Tycho, 63–64 Brönnimann, Stefan, 9, 162 Brückner, Eduard, 184 C Cäsar, Julius, 221 Chamberlin, Thomas C., 65 Charney, Jule, 67 Chen, Xianyao, 169 Charpentier, Jean de, 65 Claussen, Martin, 129 Croll, James, 65 Crowley, Thomas, 169 Crutzen, Paul, 164
D Dansgaard, Willi, 65 Delworth, Thomas, 163 Denton, George, 128 Diamond, Jared, 187, 218 Dietrich, Joseph, 94 Dixon, James E., 192 E Eriksson, Leif, 216 Esper, Jan, 86 F Fagan, Brian, 187 Fahrenheit, Daniel Gabriel, 64 Feng, Zhaodong, 238 Ferrel, William, 32, 64 Fourier, Joseph, 65 Fraedrich, Klaus, 162 Fultz, Dave, 50 G Gagan, Michael, 132 Galilei, Galileo, 63–64 Geel, van Bas, 143 Geiger, Rudolf, 56 Gervais, Paul, 112 Giosan, Liviu, 232 Goldner, Aaron, 39 Goosse, Hugues, 142 Graham, Nicolas, 142 Grosjean, Martin, 9 H Haas, Jean Nicolas, 128 Hadley, George, 31, 64 Hafner, Albert, 9
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Haller Wolfgang, 64 Hann, Julius, 155 Hare, Steven, 158 Haug, Gerald, 134 Hegel, Georg Wilhelm Friedrich, 183 Heinrich, Hartmut, 113, 120 Hellpach, Willi, 183 Herder, Johann Gottfried, 182 Hippokrates von Kos, 182 Hooghiemstra, Henry, 206 Hooke, Robert, 64 Hoppe, Kathryn, 100 Huntington, Ellsworth, 183 Hurrell, Jim, 155 Hutton, James, 65 I Imbrie, John, 65 Ingstad, Anne-Stine, 217 Ingstad, Helge, 217 J Joos, Fortunat, 9, 164 K Kaldun, Ibn, 182 Karl der Grosse, 222 Karlén, Wibjörn, 128 Keeling, Charles David, 65 Knutti, Reto, 167 Kobashi, Takuro, 136 Köppen, Wladimir Peter, 54 Krauss, Werner, 186 L Lamb, Hubert, 137 Lamy, Frank, 227Lee, Everett S., 219 Lézine, Anne-Marie, 223 Libby, Willard Frank, 69 Li, Jianping, 161
Liu, Fenggui, 238 Liu, Zhengyu, 120, 161 Lombardo, Umberto, 205 Loon, van Harry, 155 Lorenz, Edward Norton, 63, 67 Lühning, Sebastian, 165 M Magnusdottir, Gudrun, 161 Magny, Michel, 128 Mangini, Augusto, 90 Manley, Gordon, 96 Mann, Michael, 145, 165 Manning, Katie, 225 Marcott, Shaun, 171 Matthes, François, 137 Maury, Matthew Fontaine, 64 Mayewski, Paul, 171 McAnany, Patricia, 187 McGregor, Helen, 145 deMenocal, Peter, 230 Milankovic´, Milutin, 63, 65, 107–109 Miller, Gifford, 99, 144 Montesquieu, de Charles, 182 N Neumann, John von, 67 Nicolussi, Kurt, 99 O Oeschger, Hans, 63, 66 Olsen, Jesper, 157 Oreskes, Naomi, 165 Ortega, Pablo, 157 Otto-Bliesner, Bette, 171 P Peings, Jannick, 161 Pfister, Christian, 9, 62, 94, 164, 188 Pielke, Roger Jr., 186
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Pitman, Walter, 187, 229 Plato, 182 Porter, Stephen, 128 R Raghavan, Maansa, 212 Ramankutty, Navin, 160 Ratzel, Friedrich, 183 Rein, Bert, 153 Renssen, Hans, 110, 124 Revelle, Roger, 65 Rohr, Christian, 219 Rossby, Carl-Gustav, 33, 63, 66 Ruddiman, William, 164 Ryan, William, 187, 229 S Saabye, Hans Egede, 155 Schimper, Karl Friedrich, 65 Schlesinger, Michael, 159 Schmidt, Heike, 182 Schmidt, Michael Ignaz, 219 Schott, Gerhard, 149 Seager, Richard, 46 Semple, Ellen Churchill, 183 Sernander, Rutger, 124–125 Shakun, Jeremy, 171 Sigl, Michael, 140 Smagorinsky, Joseph, 67 Solomina, Olga, 127, 171 Sombart, Werner, 183 Spötl, Christoph, 90 Stehr, Nico, 185 Stocker, Thomas, 9, 115 Stommel, Henry Melson, 63, 65 Storch, von Hans, 185–186 Stothers, Richard, 143 Strabo, 182 Stroemer, Eugene, 164
T Theoderich der Grosse, 221 Theophrastus, 62 Thorvaldsson, Erik (Erik der Rote), 215 Timmermann, Axel, 162 Timpson, Adrian, 225 Titicacasee, 208–211 Torricelli, Evangelista, 63–64 Trenberth, Kevin, 159 Tung, Ka-Kit, 169 Tyndall, John, 65 V Vahrenholt, Fritz, 165 Veit, Heinz, 205 Venetz, Ignaz, 65 Voltaire, 182 W Walker, Sir Gilbert, 133, 148, 155, 161 Wang, Yongjin, 163 Weiss, Harvey, 230 Wieliczki, Nikolausz, 64 Wild, Heinrich, 64 Williams, Patrick Ryan, 210 Woodward, Stella, 103 Wunsch, Carl, 122 Y Yoffee, Norman, 187 Z Zhang, Ron, 163 Zoller, Heinrich, 123 Zumbühl, Heinz, 94
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3TICHWORTVERZEICHNIS A Abschliessender Überblick, 241–244 Aerosole, 164–165 African Humid Period (AHP), 223 Afrikanischer Südwestmonsun, 223–230 Agassizsee, 122, 125 Agulhasstrom, 162 Akkadisches Reich, 230 Albedo, 28, 40 Alëutentief, 162 Altersangaben, 15 Altiplano, 208–211 Amazonas, 204–206 Amazonasbewohner, 204–207 Amazonian Dark Earths (ADE), 206 Anden, 209 Anfangswertproblem, 21–24 Angeln, 221–222 Antarctic Cold Reversal, 115 Antarktis, 38–40, 46, 81–84, 103–106, 111, 116 Antarktische Oszillation, 161 Anthropozän, 163–165 Antriebsfaktoren, 59–61 Aragonit, 90 Archive, 61–62 Arktis, 38–40, 46 Arktisches Meereis, 126–127 Arktische Oszillation, 154 Atlantik, 131 Atlantisch-Multidekadische Oszillation, 158–163 Atmosphärische Zirkulation (AZA), 30–35, 50–51 Äquatoriale Tiefdruckrinne, 32–33
Atacamawüste, 44 Aufklärung, 182 Azorenhoch, 155 B Basketmaker-Kultur (Korbmacher), 195 Baumringe, 73, 84–87 Beaufort-Wirbel, 40 Benguelastrom, 46 Beringstrasse, 191 Bewässerungsfeldbau, 195 Biomarker, 76 Blühdaten, 94 Blytt-Sernander-Klassifikation, 125 Bölling-Alleröd, 115, 192, 204 Bond Events, 121–122, 235 Bronze-Eisenzeit-Kaltphase, 137, 143, 213–214 Brown Cloud, 167–168 Burgunder, 221–222 C Chaco Canyon, 197–198 Chaostheorie, 67 Chichén Itzá, 201 Chinesische Kulturen, 235–238 Conveyor Belt, 35–37 Corioliskraft, 31–32 D Dendrochronologie, 85–86 Dendroklimatologie, 86–87 Deterministisches Chaos, 22, 59–60 Dokumentendaten, 92–97 Dorset-Kultur (Grönland), 214 Drakestrasse, 39 Dust Bowl, 198
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E Eem-Interglazial, 39, 111, 191 Eis-Albedo-Rückkopplung, 40, 109, 114, 145 Eisbohrkerne, 81–84, 104–107 Eisen-/römerzeitliches Optimum, 137 Eisschilde, 37–40, 52, 81–83, 99 Eiszeit, 65, 103–112 El Niño (ENSO), 92, 133–135, 136, 148–154, 158ff., 168, 175–177, 198, 205, 230, 235ff. Energie- und Massenaustausch, 26–27, 30, 51 Energiebilanz der Erde, 28–30, 52–53, 103 Erdachsenneigung, 107–109 Erdbahnschwankungen, 60, 65, 106–111, 119 Erdklimasystem, 22–24, 51, 147ff. Erdsystemmodell, 50–54, 67 Euphrat, 227–230 Eskimo, 212–219 Evapotranspiration, 30, 41 Exzentrizität der Erdbahn, 107–109 F Fernkopplung, 161–163 Ferrelzelle, 32–33 Fezzan, 226 Flechten, 99 Fotosynthese, 48 Fotoverzeichnis, 261–264 Framstrasse, 126 Franken, 220–221 Fruchtbarer Halbmond, 192–193, 227 Frühholozän, 117ff., 171–176 Frühholz, 85
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G Garamanten, 226–227 Gedächtnisfunktionen, 24 Geoglyphen, 206–207 Geschichte der Klimaforschung, 62–67 Gilgamesch-Epos, 229 Gleichgewichtslinie von Gletschern, 82 Gletscher, 37–40 Gletscherschwankungen, 94, 127–129, 173 Glossar, 253–260 Gobiwüste, 44 Golfstrom, 36–37, 40, 46, 115, 160 Göschenen-Kaltphasen I und II, 137 Goten, 220–221 Grand Solar Minima (GSM), 130 –131, 163, 173, 177 Grassodenhaus (Qarmaq), 214–215 Grindelwaldgletscher, 12 Grönland, 38–40, 81–84, 116 H Hadleyzellen, 31–33, 44–45, 133, 142, 198, 243 Halbwertszeit, 68–71 Harappankultur, 232–235 Helvetier, 221 Hiatus, 167–169 Himalaja, 46, 128 Hitzetief, 43 Hochbeetkultur, 210–211 Holozän, 49, 112ff., 171–178, 191ff., 241–244 Holozäner Übergang, 128–135, 173 Holozänes Temperaturmaximum (HTM), 118–120, 171, 223, 241–242 Homo sapiens, 191, 195, 204 Homo neanderthalensis, 191 Huari, 208–211
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Humboldtstrom, 46, 148–151 Hunnen, 221 I Independencekultur (Grönland), 213–214 Indischer Ozean, 132–133 Indischer Sommermonsun (ISM), 228–229, 233–236 Indo-Pazifischer Warmpool (IPWP), 132–133, 149, 175–176, 236 Innertropische Konvergenzzone (ITCZ), 31–33, 43, 115, 124, 128–135, 149, 175–176, 193, 203–204, 223–224, 235–236 Indusebene, 232–235 Interdecadal Pacific Oscillation, 159 Interne (chaotische) Klimavariabilität, 59–60, 127, 141, 146ff., 160, 167–168 Interstadial, 106, 111, 192 Inuit, 212–218 Islandtief, 155 Isotope, 68–71, 131, 136 J Jahrringbreite, 86–87 Jahresniederschlag der Erde, 41–44 Jetstream (Strahlstrom), 32–33, 109–110 Jüngere Dryas, 112–113, 116–117, 192 Jüten, 221–222 K Kälterückfälle, 120 –124, 128–129, 142–146, 171–173 Kaltfront, 33–35 Kaltzeit (Glazial), 103ff. Kalzit, 88 Kelvinwelle, 150 Kieselalgen (Diatomeen), 77 Kimbern, 220–222
Kleine Eiszeit (LIA), 137–139, 143–146, 154, 173, 178, 218, 242–243 Klimaarchive, 72–74, 92–100 Klimadeterminismus, 181ff. Klimafaktoren, 21 Klimaklassifikation, 54–56 Klimamodelle, 50 Klimapolitik, 185 Klimaprognose, 22 Klimarekonstruktion, 72–74 Klimaschwankungen, 59–61, 147–148 Kohlendioxid, 47–50, 110 Kohlenstoff-Isotop 14C, 69–71 Kohlenstoffkreislauf, 47–50 Korallen, 90–92, 154 Kryosphäre, 37–40 Kuroshio, 36–37, 46 L Labradorstrom, 122, 216 Landnutzung, 164–165 Langobarden, 221–222 L’Anse-aux-Meadows (Neufundland), 217 La Niña, 148–154, 158ff., 168, 177, 203, 211, 236, 243 Last Glacial Termination, 113–114 Laurentidischer Eisschild, 103, 107, 116, 224 Literaturverzeichnis, 247–252 Löbben-Schwankung, 136 Logbücher von Schiffen, 94 Löss, 81, 110 M Marine Sauerstoffisotopen-Stadien (MIS), 105 Massenspektrometer, 71, 84 Mayas, 199–203 Meereis, 37–40, 126–127, 156
Anhang
Mesa Verde, 13, 197 Mesopotamien, 194, 227–231 Methan, 48–49, 110 Meridionale Ozeanzirkulation, 122–124 Migration, 184 Milankovic´-Zyklen, 106–111, 120 Misox-Schwankung, 123 Mittelalterliche Klimaanomalie (MCA), 137, 173, 198, 214–218 Mittelholozän, 124ff., 172–175 Modellsimulationen, 61 Moderne Warmzeit, 139, 171, 242–243 Monsun, 43, 111, 118, 124, 128, 133–134, 163, 175–177, 193–194, 204, 233–236, 239 Moor, 81 Moränen, 65 Muschelschalen, 100 N Namibwüste, 44, 46 Neoglazial, 173, 175–177, 241 Neolithisierung, 191, 239 Neufundland, 217 Niederschlagsschwankungen, 170 Nordatlantik, 154ff. Nordatlantische Oszillation, 141, 154ff., 230 Nord-Süd-Schaukel (seesaw), 115, 119, 145 O Ojibway See, 125 Ostantarktis, 39–40, 44 Ostasiatischer Sommermonsun (OASM), 233–236 Oszillation, 148 Ozean, 49, 90, 132–133, 158–163 Ozeansedimente, 74–76 Ozeanboje, 66
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P Past Global Changes (PAGES) Programm, 139, 145 Paläo-Indios, 204–205 Paläoklimatologie, 60, 92 Paläolothikum, 191 Parametrisierung, 54–55 Passatwinde, 31–33, 46, 149–150, 204, 223 Pazifik, 131–133, 198 Pazifisch-Dekadische Oszillation (PDO), 158–163, 168–169 Permafrost, 98–99, 110 Pinatubo, 60–61 Planktonische Kleinlebewesen, 76 Pluvial, 118, 223 PMIP Modellexperimente, 171 Polarfront, 32–33, 43, 46, 50 Pollenanalyse, 78–80 Pollendiagramm, 79–80 Polynia, 39 Prä-Dorset-Kultur (Grönland), 212, 242 Präzession, 107–109 Prozessionen, 94 Proxydaten, 61, 67ff. Pueblo-Indianer, 195–199 R Radiokarbondatierung, 68–71, 77, 81 Randwertproblem, 22–24, 54, 147 Regenfeldbau, 195 Römer, 220–222 Rocky Mountains, 46 Rossbywellen, 32–33 Ross-Meer, 37 Rotes Meer, 227–228
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S Sachsen, 221–222 Sahara, 223–227 Sahelzone, 223–227 Saqqaq-Kultur (Grönland), 213 Sauerstoffisotope, 71, 84, 89, 91–92 Schwarzes Meer, 229 Sedimente, 77–78, 153 Similaunmann (Ötzi), 129 Singularität, 21 Sintflut, 229 Solarkonstante, 25 Sommermonsun, 43 Sonnenaktivität (Leuchtstärke), 60, 71, 122, 127, 141, 163 Sonneneinstrahlung (kurzwellig), 27, 30, 118–119, 130, 141 Sonnenflecken, 166 Southern Oscillation oder Southern Annular Mode (SAM), 92, 61 Spätholozän, 135ff., 223–224 Spätholzdichte, 85–87, 173–175 Speicherung, 53 Stadial, 106, 111, 113 Stalagmiten (Speläotheme), 88–90, 163 Stelen, 199 Strahlungshaushalt, 30, 49 Stratosphäre, 60 Südliche Oszillation (southern oscillation), 148ff. Sulfat, 89 Subtropische Hochdruckzone, 31–33, 44 T Taklamakanwüste, 236 Tambora, 145 Tell Leilan, 228–230
Temperatur der Erde, 28–29, 45–46, 171 176–177 Teutonen, 220–222 Thermohaline Zirkulation, 35–37, 114–115, 160 Thermokline, 150 Thule-Kultur (Grönland), 214–219 Tiefdruckgebiet (Zyklone), 34–35 Tigris, 227–230 Tikal, 199–201 Tiwanaku, 208–211 Transferfunktionen, 77–78 Transhumanz, 227 Transpolare Drift, 40 Treibhauseffekt, 28–30, 49, 65, 164–167 Treibhausgase, 29, 84 Trend, 20–21, 148, 166, 170 Trockenfeldbau, 230 Troposphäre, 19 U Uranium-Thorium-Verfahren, 89 Ursachen von Klimaschwankungen, 241 V Vegetationsperiode, 94 Völkerwanderung (Europa), 219–222 Völkerwanderungs-Kaltphase, 137, 219, 243 Vulkane, 60, 127, 131, 140 –141, 145, 173, 177 W Waldbrände, 100 Waldgrenze, 99 Walkerzirkulation, 133, 149–159 Wandalen, 221–222 Wärmeausstrahlung (langwellig), 27, 30 Wärmekapazität, 26 Warmzeit (Interglazial), 103ff.
Anhang
Wasserdampf, 27 Wasserkreislauf, 41–44 Wechselwirkungen im Klimasystem, 158–163 Weddell-Meer, 37 Weinerntedaten, 92–96 Weltklimarat der UNO (IPCC), 165, 186, 243 Westantarktis, 39–40 Westwinddrift, 34–35, 142, 155, 161, 177, 223, 228, 234 Wetter, 19–21 Wetterlagen, 59–60 Wetterprognose, 21–24 Wettersatellit, 66 Wettertagebücher, 94 Wikinger, 212–219, 242–243 Wirbelstürme, 158 Witterung, 20–21 Würm-Eiszeit, 104, 111, 120 Z Zahnschmelzanalyse, 100 Zenitalregen (Tropen), 32, 43 Zirkulation, 60–61 Zuckmückenlarven (Chironomiden), 78 Zustandsgrössen des Klimasystems, 67, 72 2800-Jahre-Ereignis (2.8 kyr event), 143, 240 4200-Jahre-Ereignis (4.2 kyr event), 173, 194, 239 8200-Jahre-Ereignis (8.2 kyr event), 122–123, 172
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Folgenden Sponsoren, welche den Druck dieses Buches mit großzügigen Spenden unterstützt haben, bin ich zu großem Dank verpflichtet
Dr. Alfred Bretscher, Bern