Der ostasiatische Monsun entsteht durch die unterschiedliche Erwärmung des asiatischen Kontinents im Vergleich zu den umliegenden Ozeanen, also Indik und Pazifik. Hierdurch ändern sich Winde und Niederschläge. Nahezu zwei Drittel der Weltbevölkerung lebt heute in Gebieten, die vom ostasiatischen Monsun beeinflusst werden. Trendvorhersagen zur Entwicklung des Monsuns sind daher von großer Wichtigkeit. Voraussetzung für eine gute Prognose ist die Kenntnis der klimatischen Steuerungsfaktoren des Monsuns, welche am besten durch eine Analyse des historischen Monsun-Geschehens in der Region erschlossen werden können. 

Ein internationales Forscherteam um Fengling Yu von der University of Durham sowie der Nanyang Technological University in Singapur veröffentlichte im Juni 2012-Heft des Fachmagazins The Holocene eine Rekonstruktion des ostasiatischen Monsuns für die Zeit von 7000 bis 2000 Jahre vor heute. Hierzu erbohrten die Forscher einen Sedimentkern aus dem Mündungsgebiet des Pearl River in Südchina. Die Schichtenfolge untersuchten sie im Abstand von jeweils zwei Zentimetern mithilfe geochemischer Methoden, wobei das Hauptaugenmerk vor allem auf Kohlenstoffisotopen (delta13C), dem Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis sowie dem organische Gehalt lag. Anhand dieser Parameter schlossen die Forscher auf Änderungen im Salzgehalt in der Flussmündung im Verlauf der letzten Jahrtausende waren, die eine Folge von Änderungen in der Niederschlagsintensität des Monsuns waren. Die Alterseinstufung der Schichten basiert auf sieben Proben, die mithilfe der Radiokarbonmethode datiert wurden. 

Die Forscher konnten in der Monsunentwicklung Südchinas zwei wichtige Dinge feststellen. Zum einen fanden sie einen übergeordneten, langanhaltenden Rückgang der Regenmengen in der Zeit von 6650 bis 2150 Jahre vor heute. Dieser Langzeittrend war zu erwarten, da sich die Bahnparameter der Erde in dieser Zeit verändert haben, was in die Rubrik der sogenannten Milankovic-Zyklen fällt (siehe S. 80-82 in „Die kalte Sonne“). 

Noch wichtiger war jedoch eine zweite Entdeckung. Dem langen Trend überlagert waren charakteristische Trocken-Feucht-Zyklen mit Schwankungen im Maßstab von Jahrhunderten und ein bis zwei Jahrtausenden. Ein Vergleich mit der Sonnenaktivitätskurve ergab ein hohes Maß an Übereinstimmung. Insbesondere waren auch die von Gerard Bond aus dem Nordatlantik beschriebenen Kältephasen durch markante Trockenperioden im untersuchten Kern in Südchina repräsentiert. Fengling Yu und Kollegen folgerten, dass der größte Teil der beobachteten klimatischen Schwankungen in ihrer Studie durch Veränderungen der Sonnenaktivität erklärt werden können. Zusätzlich wurden noch einige weitere Trockenperioden am Pearl River nachgewiesen, die möglicherweise mit regionalen Faktoren wie etwa El Nino verbunden gewesen sind. 

weiter lesenÜber Feuchtigkeit und Trockenheit in Südchina entschied während der letzten 7000 Jahre unsere liebe Sonne: Millenniumszyklen im ostasiatischen Monsun

Im Südosten Australiens gibt es ein 100 km langes und 5 km breites Tal, in dem eine Kette von Seen liegt, die sogenannten Wimmera Seen. In dieser Gegend herrscht ein Mittelmeer-ähnliches Klima mit heißen Sommern und kühlen Wintern. Pro Jahr fallen heute etwa 400 mm Niederschlag, denen allerdings 1600 mm Verdunstung gegenüber stehen. Die Wimmera Seen sind brackisch bis salzig und beziehen einen Teil ihres Wassers aus dem Grundwasser, das aus den nahen, regenreichern Arapiles Bergen gespeist wird.

Die Seen gibt es hier schon seit langer Zeit. Die Ablagerungen in ihnen bilden ein Klimaarchiv, das jetzt ein britisch-australisches Forscherteam um Justine Kemp von der Northumbria University genauer unter die Lupe genommen haben. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse im Januar 2012 im Fachmagazin Quaternary Research. Die Wissenschaftler bohrten in die See-Sedimente hinein und gewannen anderthalb Meter lange Kerne, die die Schichten der letzten 10.000 Jahre erschlossen.

Justine Kemp und ihre Kollegen beprobten die Sedimentkerne im 5-Zentimeter-Abstand und führten eine statistische Zählung der darin enthaltenen Kleinst-Fossilien durch. Besonders interessierten sie sich dabei für Muschelkrebse, aber auch Schnecken sowie andere ehemalige Bewohnern des Sees waren Teil ihrer Zählung. Aus den gefundenen Arten und ihren Häufigkeiten rekonstruierten die Forscher die Entwicklung des Salzgehaltes der Wimmera Seen für die vergangenen 10.000 Jahre. Kalibriert wurde dies an modernen Seen der Region. Das Alter der Schichten wurde mit der Radiokarbon-Methode ermittelt.

Die Wissenschaftler fanden charakteristische Klimaschwankungen, wobei der Salzgehalt der Seen mit Perioden von 1000 bis 2000 Jahren oszillierte. Phasen mit geringem Salzgehalt ereigneten sich vor 8800, 7200, 5900, 4800, 2400, 1300 und 400 Jahren (Abbildung 1A). Klimazyklen mit einem ähnlichen zeitlichen Verlauf wurden in zahlreichen anderen Teilen Australiens und Neuseelands beobachtet. Die salzarmen Phasen in den untersuchten Seen ereigneten sich zeitgleich zu Kälteperioden, die von der Mündung des Murray River anhand von Einzellern (Foraminiferen) rekonstruiert worden waren (Abbildung 1B). Dieselben Kälteperioden wurden 2001 auch von einer Forschergruppe um Gerard Bond aus dem Nordatlantik beschrieben. Bond und Kollegen konnten damals zeigen, dass diese Klimaschwankungen synchron zu Aktivitätsschwankungen der Sonnenaktivität verlaufen. Aufgrund der beeindruckenden Synchronität muss davon ausgegangen werden, dass letztlich auch das australische Klimageschehen durch solare Aktivitätsschwankungen gesteuert war. Diesen Schluss halten auch Justine Kemp und ihre Kollegen für möglich. 

weiter lesenSolare Millenniumszyklen überall: Auch die Regenmengen in Südost-Australien schwankten während der letzten 10.000 Jahre im Takte der Sonne

Ende April 2012 erschien im Journal of Geophysical Research eine neue Studie zur Niederschlagsgeschichte des letzten Jahrtausends auf dem Tibet Plateaus. Das Tibet Plateau liegt auf 3000 bis 5000 m Höhe und ist das höchste und flächenmäßig größte Hochplateau der Erde. Es ist dabei äußerst sensitiv gegenüber Klimaänderungen. Junyan Sun und Yu Liu von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften untersuchten am nordöstlichen Plateau-Rand Baumringe zweier noch lebender tausendjähriger Bäume. Das Baumwachstum am Untersuchungsort ist vor allem von der Höhe der Niederschläge abhängig.

Die beiden Forscher konnten für die letzten 1000 Jahre eine Entwicklung mit deutlichen Schwankungen in den Niederschlägen rekonstruieren. Die jeweiligen Feucht- und Trockenphasen dauerten dabei jeweils etliche Jahrzehnte an. Ein Vergleich mit anderen Klimarekonstruktionen aus der Region zeigt große Ähnlichkeiten in der Feuchtigkeitsentwicklung, so dass es sich um ein regional repräsentatives Klimasignal handelt. So ereigneten sich ausgeprägte Dürreperioden in den Abschnitten 1092-1172, 1441-1517 und 1564–1730. Insbesondere die „Große Dürre“ von 1441-1517 ist in zahlreichen historischen Dokumenten und Katastrophen-Berichten enthalten. Die „Große Dürre“ fällt dabei in den Kernbereich einer Schwächephase der Sonne, in das sogenannte Spörer Minimum, welches von 1420 und 1570 andauerte.

Interessanterweise ereigneten sich auch fast alle anderen Dürrephasen zeitgleich zu solaren Minima-Phasen, darunter das Oort Minimum, Wolf Minimum, Maunder Minimum und Dalton Minimum (Abbildung 1). Immer wenn die Sonne für einige Jahrzehnte schwächelte, blieb auch der Regen auf dem Tibet Plateau aus. Eine Frequenzanalyse der Niederschlagskurve lieferte zudem Hinweise auf solare Zyklen. So wurden der Gleissberg-Zyklus (60-120 Jahre Periodendauer) und der Suess/de Vries-Zyklus (180-220 Jahre) im Datensatz gefunden. 

weiter lesenNeue Studie vom Tibet Plateau: Immer wenn die Sonne schwach wurde, blieb der Regen aus

Die Taklamakan-Wüste ist nach der Rub el-Khali Wüste in Saudi Arabien die zweitgrößte Sandwüste der Erde. Ein chinesisch-australisches Forscherteam um Keliang Zhao von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking untersuchte nun ein Bodenprofil einer Oase am Rand der Taklamakan-Wüste, anhand dessen sie auf Basis von Pollen die Klimageschichte der vergangenen 4000 Jahre rekonstruierten. Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse Im März 2012 in der Fachzeitschrift Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology.

Die Taklamakan-Wüste ist von hohen Gebirgszügen umgeben, darunter der Tienshan, der Pamir und das Kunlun Gebirge. Die Taklamakan-Oasen reagieren äußerst sensibel auf Klimaschwankungen, da sie ihr Wasser aus den umliegenden Bergregionen beziehen, sowohl durch Grundwasser- als auch Oberflächenwasser-Zufluss. Schwankungen in der Wasser-Zufuhr machen sich umgehend in der immer durstigen Oasenvegetation bemerkbar, deren Pollen die Forscher untersuchten.

Für ihre Untersuchung legten Zhao und Kollegen ein 8,50 m tiefes Profil der Sedimentablagerungen in einer Oase frei. Die Sedimente bestanden aus Schmelzwassersanden sowie Windablagerungen. Insgesamt analysierten die Forscher die Pollenzusammensetzung von 105 Proben, die sie im Abstand von 5-10 cm entlang des Bodenprofils nahmen. Anhand der Pollen rekonstruierten sie die Entwicklung der Feuchtigkeit und Vegetationsdichte der letzten 4000 Jahre in der Oase.

Die Forscher fanden drei Zeitabschnitte, in denen die Oase bei feuchteren klimatischen Bedingungen wuchs und gedieh: Diese Zeiten ereigneten sich 4000-2620 Jahre vor heute, 1750–1260 Jahre vor heute und 550-390 Jahre vor heute (Abbildung 1). Diese fallen interessanterweise genau mit Kaltphasen im Nordatlantik zusammen, wie sie von Bond et al. (2001) beschrieben wurden, den sogenannten Bond-Zyklen. Gerard Bond konnte damals zeigen, dass sich die nordatlantischen Kaltphasen zu Zeiten geringerer Sonnenaktivität ereigneten, also durch solar Aktivitätsschwankungen verursacht worden sind. Im chinesischen Untersuchungsgebiet äußerten sich die solaren Schwächephasen jeweils als Feuchtperiode. Die letzte Feuchtphase entspricht dabei der Kleinen Eiszeit. Während eines Großteils der Mittelalterlichen Wärmeperiode hingegen herrschten warme, trockene Bedingungen. 

weiter lesenOasen der chinesischen Taklamakan-Wüste erblühten im Takt der solaren Millenniumszyklen

Seen bilden ein ausgezeichnetes Klimaarchiv. Lage für Lage stapeln sich die Sedimentschichten im Laufe der Zeit wie in einem Geschichtsbuch. Aus den Ablagerungen kann durch die Analyse charakteristischer Materialwechsel im Jahresrhythmus, Fossilinhalt und Schwankungen der chemischen Zusammensetzung das Klima der Vorzeit rekonstruiert werden. Geowissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ in Potsdam haben sich nun gemeinsam mit schwedischen und niederländischen Kollegen die Klimageschichte eines Eifel Maar vorgeknöpft, des Meerfelder Maar (Abbildung 1). Dabei konzentrierten sie sich auf die Zeit 3300 bis 2000 Jahre vor heute, die sogenannte Eisenzeit. Die Studie erschien Anfang Mai 2012 in Nature Geoscience.

Abbildung 1: Meerfelder Maar dessen Ablagerungen in der Studie analysiert wurde. Bildquelle: GFZ.

Bei ihrer Analyse stießen die Forscher auf eine abrupte Klimaverschlechterung die vor knapp 2800 Jahren begann und fast 200 Jahre andauerte. Die Temperaturen kühlten sich spürbar ab, es wurde feuchter und die Winde verstärkten sich. Eine ungemütliche Zeit. Danach entspannte sich die klimatische Situation wieder.

Was könnte die Ursache für diesen Kälteeinbruch gewesen sein? Um dies zu klären, analysierte das internationale Forscherteam im gleichen Sedimentkern neben den klimatischen Hinweisen auch Indikatoren für die Sonnenaktivität. Letztere rekonstruierten die Wissenschaftler über Beryllium-Isotope (¹⁰Be), die einen Näherungswert für die Stärke der kosmischen Strahlung liefert, welche wiederum vom Magnetfeld der Sonne beeinflusst wird. Die Sonne stellt dabei eine Art Schutzschild für die Erde dar. Je schwächer die Sonne, desto mehr Beryllium gelangt in das Sediment. Der Vergleich der auf diese Weise rekonstruierten Sonnenaktivität mit der Klimaentwicklung brachte ein deutliches Ergebnis: Die Forschergruppe um Celia Martin-Puertas konnte zeigen, dass die Abkühlungsphase zeitgleich zur solaren Schwächephase verlief. Als die Sonne schließlich wieder aufdrehte, begannen auch die Temperaturen wieder anzusteigen. Es muss daher davon ausgegangen werden, dass die Klimaschwankungen durch Änderungen der Sonnenaktivität verursacht wurden. Zum gleichen Resultat kamen in der Vergangenheit zahlreiche andere Studien, die wir in Kapitel 3 unseres Buches „Die kalte Sonne“ sowie in unseren Blogartikeln ausführlich zitiert und beschrieben haben. Die Fallstudien stammen aus den verschiedensten Regionen der Erde, so dass von einem nahezu global gültigen Effekt auszugehen ist.

weiter lesenGeoforschungszentrum Potsdam: Solarflaute vor 2800 Jahren löste Kälteperiode in Mitteleuropa aus

Eines der vielen großen Geheimnisse des irdischen Klimasystems ist die genaue physikalische Wirkungsweise von Sonnenaktivitätsschwankungen auf das Klima. Aktuelle Klimamodelle berücksichtigen lediglich den direkten Einfluss der solaren Gesamtstrahlung, was jedoch nur minimale Temperaturschwankungen erzeugen würde. Ein Blick in die Klimageschichte der letzten 10.000 Jahre zeigt jedoch, dass dieser Ansatz nicht stimmen kann. Die sonnensnychronen Klimaänderungen waren in der Realität um ein Vielfaches stärker als Computersimulationen zeigen, die mit IPCC-Annahmen zur Wirkung der Sonne gefüttert werden.

Das Problem ist seit längerem bekannt, auch wenn der Weltklimarat es beharrlich ignoriert, da er einfach keine Antwort darauf findet. Offensichtlich muss es Solarverstärker geben, die die Sonnenaktivitätsschwankungen auf das real dokumentierte Niveau hinaufkatapultieren. Bislang gab es zwei Verstärker-Kandidaten: Einen Mechanismus über UV in der Stratosphäre sowie einen über die kosmische Strahlung welche wiederum die Wolkenbedeckung beeinflusst (Svensmark-Effekt).

Vor kurzem kam jetzt noch ein dritter Solarverstärker-Kandidat dazu. Natalya Kilifarska vom Nationalen Institut für Geophysik in Sofia veröffentlichte im begutachteten Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics ein interessantes neues Modell, das frischen Wind in die wissenschaftliche Diskussion bringt und die bekannten Mechanismen in Kombination wirken sieht.

Wie auch bereits der Däne Henrik Svensmark sieht Kilifarska die kosmische Strahlung als einen wichtigen Bestandteil des Mechanismus. Es ist allgemein anerkannt, dass die Intensität der kosmischen Strahlung auf der Erde durch das Sonnenmagnetfeld gesteuert wird. Das Sonnenmagnetfeld schirmt das innere Sonnensystem und damit auch die Erde vor der kosmischen Strahlung ab. Je stärker die Sonne, desto weniger kosmische Strahlung erreicht den Erdboden. Anders als Svensmark setzt Kilifarska nun aber nicht auf eine Beeinflussung der Wolken durch die kosmische Strahlung. Die Wissenschaftlerin nimmt vielmehr an, dass die kosmische Strahlung eine Änderung des Ozongehalts im Grenzbereich von Troposphäre/Stratosphäre, also etwa 15 km Höhe, bewirkt. Die Schwankungen der Ozonkonzentration wiederum würden dann den Wasserdampfgehalt in der Höhe beeinflussen und hierdurch eine Änderung des natürlichen Treibhauseffekts verursachen.

weiter lesenWas ist das Geheimnis der Klimawirkung der Sonne? Möglicher neuer Solarverstärker auf Basis von Ozon