Geokommission

In den letzten Jahrzehnten haben Klimaforscher die Schwankungen des Klimas überall auf der Welt kontinuierlich mit zahlreichen Messinstrumenten aufgezeichnet. Diese Datensätze belegen, dass das Klimasystem sich auf Zeitskalen verändert, die von wenigen Jahren bis zu einigen Dekaden reichen. Über längere Zeiträume sind dagegen kaum Aussagen möglich, da nur sehr wenige instrumentelle und historische Datensätze aus vergangenen Jahrhunderten existieren. Für die letzten 300 Jahre lassen solche Zeitreihen Trends erkennen, die sich zunächst nicht eindeutig erklären lassen. Erst eine Verlängerung der instrumentellen Aufzeichnungen durch Paläoklimadaten hat klare Belege dafür erbracht, dass diese Trends oft Abschnitte längerer Klimafluktuationen sind. Die Analyse von Paläoklimadaten hat zum Beispiel ergeben, dass das Klima während der warmen Perioden zwischen den Eiszeiten auf Zeitskalen von mehreren Jahrzehnten bis hin zu wenigen Jahrtausenden variiert.

Die sicherlich bekanntesten Beispiele für solche Klimaschwankungen sind die so genannte „mittelalterliche Wärmeperiode“ im 11. Jahrhundert und die anschließende „kleine Eiszeit“, deren kältester Abschnitt vom 17. bis zum 19. Jahrhundert andauerte. Obwohl sich die Durchschnittstemperatur zwischen beiden Perioden auf der Nordhemisphäre nur um etwa 0,4 Grad Celsius unterschied, wirkte sich die Abkühlung der kleinen Eiszeit drastisch auf die Menschen aus, wie historische Aufzeichnungen eindrucksvoll belegen. Schwankungen der Sonnenaktivität oder Vulkanismus könnten die Klimaschwankungen im Mittelalter ausgelöst haben.

Auf einer Zeitskala von wenigen Jahren prägen so genannte Moden die Schwankungen des Klimas. Dazu gehören zum Beispiel die El Niño – Südliche Oszillation, die Arktische Oszillation oder die Nordatlantische Oszillation. Es ist ein vordringliches Ziel der modernen Klimaforschung, diese Schwankungen zu verstehen und vorherzusagen. Ob die globale Erwärmung diese Moden abschwächen oder verstärken wird, lässt sich derzeit nicht eindeutig beantworten. Wie sich diese Moden langfristig entwickeln, kann jedoch anhand von Paläoklimaarchiven und mithilfe von Klimasystemmodellen untersucht werden. So zeigen Klimazeitreihen aus fossilen Korallen, dass Sommer- und Wintertemperaturen sich während des letzten Interglazials stärker voneinander unterschieden als heute. Der Vergleich mit einem Klimasystemmodell zeigte, dass sich diese verstärkte Saisonalität dadurch erklären lässt, dass das Klimasystem sich damals häufiger in der so genannten positiven Phase der Nordatlantischen Oszillation befand.

Es ist notwendig, die natürliche Klimavariabilität auf Zeitskalen von einigen Jahren bis Jahrtausenden speziell in Warmzeiten quantitativ abzuschätzen. Nur so lassen sich der menschliche Einfluss auf das Klimasystem und der Einfluss der natürlichen Schwankungen besser beurteilen. Der Vergleich unterschiedlicher Warmzeiten kann wichtige Rückschlüsse auf die Dynamik des Klimasystems liefern. Aufgrund der guten Datenlage sind die Warmzeiten während der vergangenen Jahrmillion hierzu besonders geeignet.

Klimavariationen können durch innere und äußere Faktoren oder eine Kombination von beiden zustande kommen. Moderne Klimasystemmodelle zeigen oftmals keine ausgeprägte Variabilität auf längeren Zeitskalen von mehreren Jahrzehnten bis hin zu wenigen Jahrtausenden. Daher ist nicht klar, ob solche langfristigen Klimaschwankungen äußere Ursachen haben und daher in den Modellen fehlen oder ob die Modelle nicht alle wesentlichen Aspekte berücksichtigen. Wie sich Klimavariationen und Kohlenstoffkreislauf über Jahrzehnte und Jahrtausende gegenseitig beeinflussen, ist ebenfalls nur unvollständig verstanden.

Vulkanismus beeinflusst das Klimageschehen in bedeutender Weise. Allerdings ist es bisher noch nicht hinreichend erforscht, wie sich extrem starke Vulkanausbrüche oder eine Häufung von Vulkanausbrüchen innerhalb kürzerer Zeit auf das Klima auswirken. Da nicht genau bekannt ist, wann welcher Vulkan in der Vergangenheit ausbrach und wie stark ein bestimmter Ausbruch war, besteht hier noch viel Forschungsbedarf.

Die gemeinsame Analyse von Paläoklimadaten und Modellergebnissen wird maßgeblich dazu beitragen, die Ursachen natürlicher Klimaschwankungen in Warmzeiten besser zu verstehen. Dabei ist es auch nötig, mögliche äußere Antriebsfaktoren des Klimas zu rekonstruieren. Instrumentelle Zeitreihen müssen durch Paläoklimadaten erweitert werden. Zudem sollten Proxies für den hydrologischen Kreislauf, die atmosphärische Zirkulation, die Sonneneinstrahlung und vulkanische Aerosole weiterentwickelt werden. Ein vorrangiges Ziel sollte darin bestehen, räumliche Klimavariabilitätsmuster zu dokumentieren, ihre zeitlichen Variationen auf verschiedenen Zeitskalen zu bestimmen und die Antriebsfaktoren zu identifizieren.