Klimawandel: Welchen Einfluss hat die Sonne?

In unserer Mai-Ausgabe forderten wir die bdw-Leser auf, uns Fragen zu schicken, die sie zum „Einfluss der Sonne auf die Entwicklung des Erdklimas” haben. Die häufigsten und prägnantesten haben wir weitergereicht an die Experten Mojib Latif und Manfred Schüssler. aufgezeichnet von Thomas Willke Sonne und Sonnenwind Thomas Stanke aus Leipzig fragt: Das Erdmagnetfeld ändert sich ja nicht nur laufend, sondern gegenwärtig ziemlich extrem: Die Pole wandern, eine Umpolung scheint bevorzustehen. Der Sonnenwind drückt allgemein schon immer auf das Erdmagnetfeld. Beeinflusst diese Änderung unser Klima auf besondere Weise? Dr. Jochen Wendorff aus Oberhausen fragt: Der dänische Klimaforscher Henrik Svensmark hat folgende Theorie über den Zusammenhang von Sonnenaktivität und Klima: Ständig treffen Kosmische Strahlen aus dem Weltall auf die Atmosphäre. Sie lassen hier Kondensationskeime (Aerosole) entstehen, die die Wolkenbildung in großer Höhe fördern. Nimmt die kosmische Strahlung zu, breiten sich die Wolken aus, und es wird kälter. Nimmt die kosmische Strahlung ab, schrumpft auch die Wolkendecke, und es wird wärmer. Das weit in den interplanetaren Raum reichende Magnetfeld der Sonne und der Sonnenwind schützen die Erde vor den Kosmischen Strahlen. Viel Sonnenaktivität führt deshalb zu Erderwärmung. Das würde bedeuten, dass CO2 so gut wie keinen Einfluss auf unser Wettergeschehen und damit auf das Klima hat. Stimmt das? Mojib Latif: Wir haben keinerlei Anhaltspunkte, dass dies in irgendeiner Form relevant ist. Man kann keine Klimaänderungen in den letzten Jahrtausenden mit einer Veränderung des Erdmagnetfelds oder des Sonnenwinds in Verbindung bringen. Das zeigt keine unserer Rekonstruktionen. Manchmal gibt es Korrelationen für bestimmte Zeitabschnitte, zum Beispiel im letzten Jahrhundert für die Zeit bis 1980. Aber danach passt es dann wieder nicht, gerade als man die stärkste Erwärmung gemessen hat. Vielleicht spielt der Effekt in galaktischen Zeiträumen eine Rolle. Manche Forscher gehen eine Million Jahre oder noch weiter zurück, um ihre These zu belegen. Aber man muss die Kirche im Dorf lassen. Für die letzte Million Jahre bin ich mir jedenfalls sicher, dass Magnetfeld und Sonnenwind keine Rolle gespielt haben – warum sollten sie das dann in den nächsten Jahrzehnten tun? Manfred Schüssler: Unter Wolkenexperten sind die Ideen von Svensmark sehr umstritten. Bisher wissen wir nicht, was da oben in großen Höhen geschieht und welchen Einfluss das auf das Erdklima hat. Trotzdem: Ich finde, es ist eine interessante Hypothese, der man nachgehen sollte. Entsprechende Experimente werden zurzeit im Forschungsinstitut CERN vorbereitet. Eine Erklärung für die Erwärmung der letzten 30 Jahre werden sie uns aber nicht liefern. Dafür gibt es keine Anzeichen. Sonnenaktivität Werner Geier aus Heidesheim/Rhein fragt: Welche Bedeutung haben die ständig sich ändernden Aktivitäten der Sonne auf Erde und Klima? Mojib Latif: Die Erwärmung in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts ist in beträchtlichem Maß auf stärkere Sonnenstrahlung zurückzuführen. Das sehen wir auch in unseren Simulationen – in die wir übrigens die Sonne immer einbeziehen. Die Erwärmung der letzten 20 bis 30 Jahre kann man allerdings nicht mit der Sonne erklären, weil sich ihre Aktivität in diesem Zeitraum nicht nennenswert geändert hat. Und das ist ja gerade die Zeit, für die wir durch die Satelliten sehr gute Messungen für die Sonnenaktivität haben. Natürlich beeinflusst die Sonne unser Klima. Aber je weiter wir bei unseren Beobachtungen an die heutige Zeit herankommen, desto stärker überwiegt der menschliche Einfluss. Doreen Sellger aus Hanau fragt: Kann man in den letzten 15 Jahren eine erhöhte Sonnenaktivität feststellen? Manfred Schüssler: Nein, in den letzten 30 Jahren schwankt die Sonneneinstrahlung auf die Erde nur geringfügig. Die Änderungen liegen im Bereich von etwa 0,1 Prozent. Seit der Jahrtausendwende geht die Intensität sogar leicht zurück. Siegfried Seifert aus Templin fragt: Gibt es nicht nur eine zirka elfjährige Sonnenflecken-Periode, sondern auch eine zirka 74-jährige (und vielleicht noch weitere)? Sie alle werden ganz bestimmt starken Einfluss haben auf die Energiemenge, die uns auf der Erde erreicht. Manfred Schüssler: Die Zahl der Sonnenflecken ändert sich tatsächlich ungefähr alle 11 Jahre. Allerdings schwankt die Länge. Manche Zyklen dauern nur 9 Jahre, andere dagegen bis zu 17. Die Intensität ändert sich ebenfalls von Zyklus zu Zyklus. Manchmal setzt sie auch komplett aus, zum Beispiel während des sogenannten Maunder-Minimums im 17. Jahrhundert. Zu dieser Zeit war es sehr kalt. Aber ob da ein Zusammenhang besteht, ist unklar. Es gibt zwar immer Leute, die irgendwelche Korrelationen finden, aber es existieren keine eindeutigen Zusammenhänge zwischen Sonnenflecken und Klimaveränderungen. Manchmal korrelieren diese Phänomene, dann wieder nicht, manchmal besteht eine Korrelation von Sonnenflecken mit kaltem Klima, dann mal mit warmem Klima, und dann ändert sich noch alles von Ort zu Ort. Sonnenflecken sind zwar ein guter Indikator für die Intensität der Sonnenstrahlung, aber der 11-jährige Zyklus ist zu kurz für große Klimaveränderungen. Unsere riesigen Ozeane sind Puffersysteme für unser Klima und dämpfen die Effekte solch kurzfristiger Sonnenperioden. Eindeutige längere Perioden der Sonnenfleckenaktivität scheint es nicht zu geben. Manche finden in den Analysen der Sonnenperioden einen 200-Jahre-Zyklus, aber dafür gibt es nur sehr schwache Hinweise. Sonne und Erdumlaufbahn Dieter Barth aus Marburg fragt: Ich habe in bild der wissenschaft gelesen, dass die elliptische Erdumlaufbahn sich der Kreisform nähert. Damit wird die Intensität der Sonneneinstrahlung stärker, und zwar mit dem Quadrat der Entfernung, somit auch übers ganze Jahr gerechnet. Welchen Einfluss hat das? Olaf Mosaner aus Kassel und Rudolf Röck aus Vils/Tirol fragen: Welche Auswirkung hat die Rotation der Erdachse um eine angenommene feste Achse zur Sonne? Diese Rotation hat doch zur Folge, dass der Nordpol sich der Sonne einmal stärker nähert und dann wieder weiter entfernt ist. Wenn das über einen längeren Zeitraum abläuft, könnten nur wenige Grad Neigung mehr zur Sonne zu einer erheblichen Erwärmung des Pols führen. Peter Vey aus Ahnatal fragt: Inwieweit ist der Einfluss der Milankovi´c- Zyklen für das Erdklima belegbar? Mojib Latif: Diese Phänomene spielen tatsächlich eine Rolle für das Klima auf der Erde. Langfristige Veränderungen in der Erdumlaufbahn und der Erdachsenstellung sind die Ursachen der Milankovi´c-Zyklen, die zur Abfolge von Warm- und Eiszeiten auf der Erde beitragen. Sie sind der Motor, der Schrittmacher für Klimaänderungen. Der serbische Astrophysiker Milutin Milankovi´c hatte dazu in den Dreißigerjahren eine Theorie entwickelt: Die Menge der auf die Erde eingestrahlten Sonnenenergie ändert sich zyklisch aufgrund der von den Lesern beschriebenen Phänomene. Diese haben unterschiedliche Perioden. Zum einen trudelt die Rotationsachse wie bei einem Kreisel, und diese „Präzession” ändert sich ganz grob alle 20 000 Jahre. Außerdem ändert sich der Neigungswinkel der Erdachse mit einem Zyklus von ungefähr 40 000 Jahren. Zusätzlich ändert sich die Erdumlaufbahn durch den Einfluss von Saturn und Jupiter von einer Ellipse zu einem Kreis mit einer Periode von etwa 100 000 Jahren. Diesen 100 000-Jahresrhythmus sieht man sehr deutlich in der Rekonstruktion des Klimas der letzten 500 000 Jahre. Sonne und Klima der letzten 1000 Jahre Carsten Dierkes aus Hamburg fragt: Wie gewichtig sind die Milankovi´c-Zyklen heute, und lassen sie sich auf den heutigen Klima-Wandel beziehen? Mojib Latif: Die Milankovi´c-Theorie beschreibt Abläufe, die im Laufe von vielen Jahrtausenden und Jahrzehntausenden passieren. Sie liefern aber keine Erklärung für das, was in den letzten Jahrzehnten passiert ist oder für das, was in den nächsten Jahrhunderten geschehen wird. Das sind völlig andere Zeiträume. Auf 100 Jahre gesehen ist das Zusammenspiel der Gestirne mit der Erde vernachlässigbar. Bei diesen langperiodischen Prozessen sind die Abläufe umgekehrt wie bei den heutigen Klimaveränderungen: Bei den Milankovi´c-Zyklen ändert sich zuerst die Sonne, dann die Erdtemperatur. Dadurch steigt der CO2-Gehalt in der Atmosphäre, weil unter anderem die Ozeane wärmer werden und warmes Wasser nicht so viel Kohlendioxid lösen kann wie kaltes. Durch das zusätzliche CO2 verstärkt sich die Erwärmung weiter. Solche verstärkenden Prozesse sind bei den Milankovi´c-Zyklen sehr wichtig, denn eigentlich verändert sich die einfallende Sonnenenergie durch die Änderung der Erdumlaufbahn nur sehr gering. Der Effekt ist viel kleiner als die vom Menschen verursachten Prozesse. Aber trotzdem führt das zu gigantischen Umwälzungen wie den Eiszeiten. Bei einer Abkühlung spielt zum Beispiel die Eis-Albedo-Rückkopplung eine große Rolle: Eine anfängliche Abkühlung führt zu Schneebildung. Der Schnee reflektiert mehr Sonnenstrahlung als der Boden, das führt zu weiterer Abkühlung. Gerade die Milankovi´c-Zyklen zeigen die Empfindlichkeit des Klimas gegenüber Störungen. Dr. Björn Peters aus Königstein im Taunus fragt: Wie war der Einfluss der Sonne auf die Warmzeit von 900 bis 1400 und auf die „ Kleine Eiszeit” ab 1500? Beide Epochen sind historisch bestens belegt: Besiedlung Grönlands, Anbau von Oliven, Feigen und Wein im Rheinland, frühe Kirschblüte in Japan, Abtauen der Alpengletscher bis 1500, danach zugefrorene Themse im März und Hungerrevolten als Auslöser der Französischen Revolution. Mojib Latif: Die Milankovi´c-Zyklen spielen hier kaum eine Rolle – dafür ist der Zeitraum zu klein –, wohl aber Prozesse innerhalb der Sonne, die allerdings schwach sind im Vergleich zu der Störung durch uns Menschen. Die Sonneneinstrahlung war nach den Rekonstruktionen in der Mittelalterlichen Warmzeit tatsächlich höher und in der Kleinen Eiszeit schwächer. Aber das ist nicht die ganze Erklärung, dazu brauchen Sie auch die Vulkane. Die Vulkanaktivität ist in diesen beiden Zeiträumen völlig unterschiedlich. Vor allem während der Kleinen Eiszeit gab es starke Aktivität, die einen abkühlenden Faktor obendrauf setzte. Ich muss allerdings auch sagen, dass das regionale Ausmaß der Kleinen Eiszeit unter Klimaforschern sehr kontrovers diskutiert wird. Wir wissen nicht, ob es ein globales Ereignis war – oder doch nur ein regionales, auf einige europäische Regionen beschränktes Phänomen. Ähnlich bei der Mittelalterlichen Warmzeit: Damals war es in Grönland definitiv wärmer als heute. Aber wenn man die gesamte Nordhalbkugel betrachtet, war es damals insgesamt nicht so warm wie heute. Man muss immer regionale von globalen Veränderungen unterscheiden. ■ Mojib Latif, Jahrgang 1954, entschlüsselt als Professor am IFM-GEOMAR in Kiel die Zusammenhänge von Sonne, Meer und Klima. Manfred Schüssler, Jahrgang 1951, erforscht als Professor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau bei Göttingen Sonnenvariabilität und Klimaveränderungen. Sonne stagniert – Erde wird wärmer Je heller die Sonne scheint, umso wärmer wird es auf der Erde. Die Faustregel galt einigermaßen zwischen 1850 und 1980. Beide Kurven verlaufen meist parallel. Allerdings erwärmte sich 1930 und 1950 zuerst die Erde, und die Sonnenhelligkeit stieg erst mit etwas Verzögerung. Warum, dass wissen die Forscher noch nicht. Ab 1980 gibt es keinen Zusammenhang mehr zwischen Sonnenaktivität und Erdtemperatur. Die Erde wird immer wärmer, obwohl die Sonne seitdem sogar etwas an Kraft verloren hat. Beide Kurven verlaufen oft nicht als Linien, sondern als breite Flächen. Der Grund: Die Sonnenhelligkeit lässt sich erst seit 1978 mit Satelliten genau messen, vorher war man auf indirekte Beobachtungen angewiesen, und über diese Werte gehen die Ansichten der Forscher auseinander – ebenso wie über das Ausmaß der Erderwärmung. RHYTHMISCHE SONNENFLECKEN Die Zahl der Sonnenflecken, die ein Maß für die Sonnenaktivität ist, schwankt in einem rund 11-jährigen Zyklus. Die Beobachtungen der letzten 400 Jahre (Grafik: Rekonstruktion) zeigt aber auch größere Veränderungen. Im 17. Jahrhundert gab es kaum Flecken – und die irdischen Durchschnittstemperaturen sanken. In Mitteleuropa kam es zur „Kleinen Eiszeit”. Ob die Sonne die Ursache war, ist aber umstritten. Auch die starken Schwankungen des Sonnenflecken-Zyklus sind noch ein Rätsel. Vielleicht sind sie die Folge magnetischer Anomalien. Ruhige Sonne Satelliten-Messungen belegen, dass die Leuchtkraft der Sonne – und somit auch die auf der Erde ankommende Strahlungsintensität – seit 1978 nur um etwa 0,1 Prozent schwankt. Das ist viel zu wenig, um den irdischen Temperaturanstieg der letzten Jahrzehnte zu erklären.