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Beginn einer Eiszeit

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 25.04.2012 14:11

Zugefrorene Grachten und Flüsse, unter wachsenden Gletschern begrabene Alpendörfer und arktisches Meereis soweit südlich wie niemals zuvor bemerkt - die kleine Eiszeit sorgte seit dem 14. Jahrhundert für merklich kühlere Temperaturen auf der Nordhalbkugel. Eine internationale Forschergruppe hat jetzt in den "Geophysical Research Letters" eine Erklärung für die ungewöhnliche Länge dieser Kälteperiode versucht, indem sie präzise Datierungen von der Baffin Insel und Island mit Klimasimulationen kombinierte.

Barocke Winterszene aus London (Bild: University of Colorado/Gifford Miller).Zahlreiche Winterbilder der niederländischen und flämischen Meister aus Renaissance und Barock zeigen, dass seit dem 14. Jahrhundert in Europa eine ungewöhnliche Kälteperiode herrschte. Ihr Beginn fiel mit einer allgemeinen Krisenperiode am Ende des Mittelalters zusammen, so dass bislang nie ganz klar war, ob nicht das Klima an dieser Stelle starken Einfluß auf den Gang der Geschichte genommen hatte. Doch auch ohne diese weltgeschichtlichen Implikationen ist die kleine Eiszeit eine bemerkenswerte Anomalie in der laufenden bislang gut 8000 Jahre dauernden Warmzeit, die das Aufblühen der menschlichen Zivilisationen ermöglichte.

Alle bisherigen Versuche, eine Ursache für die gut 300 Jahre mit harschen Wintern und kühlen Sommern zu finden, lieferten unbefriedigende Ergebnisse. Entweder waren Ursachen wie Vulkanausbrüche zu kurzlebig, um eine so lange Kälteperiode auszulösen, oder die Wirkung war zu schwach, um einen derart drastischen Effekt auszulösen. Dieses Verdikt traf zum Beispiel den Versuch, eine Verringerung der Sonneneinstrahlung als "Bösewicht" dingfest zu machen. Forscher aus den USA, Island und Großbritannien warten jetzt mit einer vergleichsweise komplexen Erklärung auf, die jedoch den Vorzug hat, sowohl den abrupten Beginn als auch die Dauer der Kleinen Eiszeit begründen zu können.

Den dramatischen Auftakt macht eine Serie von starken Vulkaneruptionen im letzten Viertel des 13. Jahrhunderts. Die Forscher unter Leitung von Gifford Miller von der Universität von Colorado in Boulder fanden in Eisbohrkernen Spuren von insgesamt vier Ausbrüchen, die große Mengen von Sulfat-Partikeln in die Erdatmosphäre schleuderten. Dass diese Schwefelaerosole abkühlend auf die Atmosphäre wirken, konnte man beim Ausbruch des Pinatubo 1991 live und mit vielen Instrumenten verfolgen. Doch schon der Ausbruch des indonesischen Tambora 1815 mit den anschließenden Hungerwintern in Europa und Nordamerika war ein weithin publizierter Beleg dafür.

Kurt Refsnider (l.) und Gifford Miller suchen nach Pflanzenproben (Bild: University of Colorado/Gifford Miller).Doch Pinatubo und Tambora zeigen auch, dass ein Vulkan noch keine Eiszeit macht. Nach ein paar Jahren verschwand der Effekt der Sulfat-Aerosole genauso wie die Partikel selbst. "Wir haben daher in Simulationen ein Klima-Feedback-System getestet, dass den Kühlungseffekt für eine lange Zeitperiode erhält", erklärt Miller. Startpunkt dieses Feedback-Systems ist die Serie von Vulkanausbrüchen, die sich im letzten Viertel des 13. Jahrhunderts kurz hintereinander ereigneten. 150 Jahre später kam dann noch einmal ein großer Ausbruch hinzu. "Wenn das Klimasystem kurz hinter einander von Abkühlungseffekten getroffen wird, ergibt das offenbar einen kumulativen Effekt", so Miller. Mehrere geringere Ausbrüche sind demnach durchschlagender als ein großer.

Ein Gletscher mündet auf der Baffin-Insel ins Wasser (Bild: University of Colorado/Gifford Miller).Doch auch das hätte nicht zu drei Jahrhunderten Kälte führen können, wenn diese kumulative Abkühlung nicht in die atlantische Heizanlage eingegriffen hätte. Mit Klimamodellen haben Miller und seine Kollegen nämlich untersucht, welche Effekte die Aerosol-Kühlung auf das Klimasystem der Nordhemisphäre haben. Sie ließen die Simulationen einmal mit und einmal ohne Vulkanausbrüche laufen. Das Ergebnis: Das arktische Meereis stieß so weit nach Süden vor, wie niemals zuvor seit Beginn der Warmzeit. Es breitete sich die Ostküste von Grönland entlang bis weit nach Süden aus. Tatsächlich tauchen offenbar Ende des 13. Jahrhunderts im Norden Islands Indizien für vermehrte Gegenwart von Meereis auf, während sich die 500 Jahre zuvor kein Eis so weit südlich zeigte. "Die Vulkanausbrüche hätten eine Kettenreaktion ausgelöst, die das Meereis und die Meeresströmungen beeinflusste und so die Temperaturen für Jahrhunderte senkte", fasst Bette Otto-Bliesner vom Nationalen Zentrum für Atmosphärenforschung in Boulder zusammen.

In den Klimamodellen setzte das Meereis einen Feedback-Mechanismus in Gang, der die Kälteperiode bis ins Jahr 1700 - dem Enddatum der Simulation - trug: Irgendwann auf dem Weg nach Süden schmolz das Eis schließlich doch und etablierte im Nordostatlantik eine gewaltige Süßwasserblase. Sie schwamm auf dem dichteren Salzwasser und schwächte so die Wasserzirkulation, die als Motor die atlantischen Ozeanströme antreibt. Mit einem dieser Ströme, dem Golfstrom kommt Wärme aus den amerikanischen Tropen nach Europa und in den Polarkreis. Eine schwächere Strömung ließ diesen Wärmetransport schrumpfen, was wiederum zu kälteren Temperaturen im arktischen Winter und zu vermehrtem Meereis führte.

Über Ausdehnung und Dicke des Meereises am Nordpol liegen nicht genug Informationen vor (Bild: Esa).Diese Feedback-Schleife war so ausgeprägt, dass in den Simulationen kein weiterer Faktor benötigt wurde, um die kühlen Temperaturen der Kleinen Eiszeit zu erreichen. Die geringere Sonneneinstrahlung, die für die Zeit vom 14. bis zum 18. Jahrhundert angenommen wird, dürfte nach Einschätzung der Klimatologen nur verstärkenden Charakter gehabt haben, als Auslöser und Träger käme sie nicht mehr in Frage.

Das Lager der Expedition auf der Baffin-Insel (Bild: University of Colorado/Gifford Miller).Aufgelöst wurde der Kreislauf erst zu einer Zeit, als der Mensch als aktiver Spieler ins Klimageschehen eingriff. Aufzeichnungen und zunehmend auch immer ausführlichere Messungen zeigen, dass das arktische Meereis erst mit dem Rückzug begann, als der menschliche Einfluß auf das Klima anstieg. Ob das der einzige Faktor war, der dem Feedback-Kreislauf  ein Ende bereitete, oder ob vielleicht noch andere Faktoren eine Rolle spielten, können die Forscher nicht beantworten.

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