Klimaschwankungen in der Erdgeschichte

Klimawandel ist keine Neuzeiterscheinung

Ein Blick auf den Temperaturverlauf in der Erdgeschichte zeigt, dass es immer wieder extreme Klimaänderungen gab, die nicht vom Menschen beeinflusst sind: Zeiten mit starker Vereisung wechselten sich ab mit extremen Treibhausklimaten. Doch dies ist lange Vergangenheit. Warum sollte die Klimageschichte der Erde also ein Thema im Geographieunterricht sein?

Natürliche Klimaschwankungen: Vulkan Tungurahua, Ecuador
Natürliche Ursachen für Klimaschwankungen in der Erdgeschichte ist zum Beispiel der Vulkanismus. Foto: © Elena Kalistratova/Shutterstock.com

Die Temperatur schwankt

Seit dem Kambrium lag die Schwankungsbreite der globalen Mitteltemperatur bei lediglich 13  °C (zwischen + 22  °C und + 9  °C). Dies war zum Beispiel die Voraussetzung dafür, dass sich höheres Leben kontinuierlich entwickeln konnte. Man geht auch davon aus, dass die globale Durchschnittstemperatur im Präkambrium 40  °C kaum überschritten hat, sodass schon vor rund 3 Mrd. Jahren erste Organismen entstehen konnten.

Voraussetzungen für natürliche Klimaschwankungen in der Erdgeschichte 

Das Klima verändert sich immer wieder. Dies hat außer dem aktuellen anthropogenen Einfluss, wodurch sich der Treibhauseffekt verstärkt, auch eine Reihe natür­licher Ursachen:

  1. Die Existenz von Wasser, das auf der Erde in drei Aggregatzuständen vorkommt, als festes Eis, flüssiges Wasser und gasförmiger Wasserdampf, sowie die veränderlichen Anteile dieser drei.
  2. Schwankungen der Solarkonstante und astronomische Abweichungen, die das Klima auf der Erde beeinflussen. Auf einer Zeitskala betrachtet, ergeben sich spürbare Veränderungen der Kraft der Sonne eher in Hunderten von Millionen Jahren.
  3. Schwerwiegende Veränderungen der Erdoberfläche (z. B. nach Bildung neuer Gebirge durch Verschiebung von Lithosphärenplatten) sowie die Verteilung von Land und Meer auf dem Globus. Plattentektonische Prozesse können bereits in wenigen Millionen Jahren weltweit wirksam sein.
  4. Veränderungen des Verlaufs von Meeresströmungen (z. B. auch durch plattentektonische Vorgänge).
  5. Vulkanismus, Aerosole und die veränderlichen Anteile der verschiedenen Gase in der Erdatmosphäre. Ein Gutteil der heute vorhandenen Gase entstammt den zahlreichen Vulkanausbrüchen der Erdgeschichte und den darauffolgenden Prozessen fotochemischer Reaktionen. Das langsam entstehende Leben auf der Erde hat zusätzlich Sauerstoff in die Atmosphäre abgegeben, zunächst durch die Fotosynthese von Bakterien.
  6. Der Einfluss des irdischen Magnetfeldes (wird derzeit noch erforscht).
  7. Einschläge von Meteoriten. 

Diverse Parameter bestimmen somit das Klima der Erd­e. Diese sind eben nicht konstant. Mitunter kommt es auch zu „Verstärkungseffekten“, wie es zum Beispiel bei der Entstehung der Eiszeitalter zu erkennen ist. Da die üblichen Erklärungsansätze für die Entstehung von Eiszeiten (u. a. Milankovitch-Zyklen) über Milliarden Jahre hinweg vermutlich konstante Größen waren, hätte es eigentlich einen mehr oder weniger stetigen Wechsel von Kalt- und Warmzeiten geben müssen. Das ist aber nicht der Fall, wie zum Beispiel die Abbildung "Klimaänderungen seit dem Kambrium" auf Wikipedia zeigt. Es gab seit Beginn des Kambriums lediglich vier Zeitabschnitte, in denen es vereiste Gebiete gab. In den übrigen Zeitabschnitten war die Erde eisfrei.

Die Entstehung dieser Eiszeiten wurde immer vor allem durch plattentektonische Vorgänge begünstigt. Entweder drifteten große Landmassen in die höheren Breiten, was zur Vergletscherung führte und/oder Meeresströme verlagerten sich, was unter anderem durch das Beispiel der Schließung des Panama-Isthmus belegt werden kann. Der Begriff „Isthmus“ ist aus dem Altgriechischen – isthmós – abgeleitet worden und bedeutet „Landenge“. Diese entspricht also einem relativ schmalen Streifen Land, der zu beiden Seiten von Wasser begrenzt ist, in Fall des Panama-Isthmus also vom Atlantik und vom Pazifik.

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Wechselwirkung zwischen Ozeanen und Atmosphäre

Durch die stets intensivierte interdiszi­plinäre Forschung der letzten Jahrzehnte zu Klima- und Wetterphänomenen ist die Bedeutung der Wechselwirkung zwischen Ozeanen und Atmosphäre immer deut­licher geworden. Dies zeigt zum Beispiel das Phänomen El Niño, einem Ereignis, bei dem Veränderungen in den Oberflächenwässern des Pazifiks das Klima der angrenzenden Kontinente prägen. Dürren im Nordosten Australiens oder Starkregen­ereignisse an der Westküste Südamerikas sind so zu erklären, wenn auch (noch) nicht zu prognostizieren.

Wie sieht es in Zukunft aus?

Auch in Zukunft wird sich das Klima weiter verändern, denn sowohl Grönland als auch Antarktika werden noch geraume Zeit (in geologischen Zeitdimensionen betrachtet) benötigen, um wieder in Richtung der niederen Breiten zu driften (eine Karte hierzu gibt es z. B. auf der Seite "Paleomap Project"). Und da die Warmzeiten im Vergleich zu den Kaltzeiten die deutlich kürzeren Abschnitte sind und das Klimaoptimum der jetzigen Warmzeit (Holozän) schon überschritten wurde, sehen wir einer neuen Kaltzeit entgegen. Allerdings wird diese nach Auswertung von Eisbohrkernen der Antarktis durch Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts noch etwa 15.000 Jahre auf sich warten lassen. Offen bleibt die Frage, ob die anthropogene Klimawirksamkeit konstant bleibt, gemindert oder sogar noch bedeutender wird.

Bedeutung des Themas Klimaschwankungen der Erdgeschichte im Geographieunterricht

Es stellt sich zunächst zu Recht die Frage, warum es hilfreich ist, sich Kenntnisse über das Klima der Vorzeit zu erarbeiten: Erstens helfen sie dabei, unseren Planeten und vor allem die Entwicklung des Lebens auf der Erde besser zu verstehen. Damit sind wir in der Lage, die aktuellen Probleme, zum Beispiel im Hinblick auf die Nahrungsmittelversorgung der Weltbevölkerung, besser einschätzen zu können. Zweitens helfen Kenntnisse über das Vorzeitklima beim Blick in die Zukunft des irdischen Klimas. Das Klima unterliegt keinen absoluten Regelmäßigkeiten, die exakte Prognosen oder gar Vorhersagen ermöglichen. Aber dennoch zeigt die Forschung der letzten Jahrzehnte, dass wir aufgrund wachsender Detailkenntnisse über das Vorzeitklima immer genauere Prognosen entwickeln können. 

Die größte Unbekannte dabei ist der Mensch, der „am Rad dreht“ und aktuell einen aufgrund des natürlichen Rhythmus gegebenen Trend zu einem leichten Temperaturanstieg verstärkt, indem er auf das aktuelle Erdklima einwirkt. 

Es soll nicht darum gehen, den an­thropogenen Treibhauseffekt zu bagatellisieren, aber es ist zwingend erforderlich, das Klima der Erdgeschichte – auch in unterschiedlichen Zeitdimensionen – zu verstehen, um zu einer objektiven Einschätzung des Problemfelds „Klimawandel“ zu gelangen. 

Methodische Umsetzung

Der Einstieg erfolgt über die Animation “Mediterranean isolation and desiccation during the Messinian Salinity Crisis” auf Youtube, die das Austrocknen des Mittelmeers vor rund 5,5 Mio. Jahren veranschaulicht. Daran anknüpfend kann die Frage gestellt werden, was letztlich die Bedingungen für das Austrocknen waren und welche Konsequenzen dieser Prozess für das Klima im heutigen Mittelmeerraum hatte.

Anschließend beschreiben die Schülerinnen und Schüler die Klimaentwicklung für den Zeitraum der letzten 600 Millionen Jahre. Geeignete Grafiken gibt es beispielsweise im Buch "Klima: Die Erde und ihre Atmosphäre im Wandel der Zeiten" von Christoph Buchal und Christian-Dietrich Schönwiese. Es bietet sich an, eine Zeitleiste erstellen zu lassen. Betrachtet werden kann auch der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre im Verlauf der Erdgeschichte. Anschließend sollte die Klimaentwicklung im Eiszeitalter näher betrachtet werden. 

Fakten zum Artikel
Unterricht (45-90 Min) Schuljahr 9-10