Bild Ischia

Das Klima ist essentiell für das Leben auf unserem Planeten. Dies zeigen vor allem die plötzlichen Klimaänderungen in der erdgeschichtlichen Vergangenheit, die zum Teil katastrophale Auswirkungen auf die Umwelt hatten. Daher ist es nicht verwunderlich, das der aktuelle „Klimawandel“ und seine Folgen die Medien so beherrscht, wie kaum ein anderes Thema.

Klima und Klimawandel – eine Definition
Der deutsche Wetterdienst (DWD) definiert das Klima „als die Zusammenfassung der Wettererscheinungen, die den mittleren Zustand der Atmosphäre an einem bestimmten Ort oder in einem mehr oder weniger großen Gebiet charakterisieren.
Es wird repräsentiert durch die statistischen Gesamteigenschaften (Mittelwerte von Temperatur, Niederschlag etc, Extremwerte, Häufigkeiten, Andauerwerte u. a.) über einen genügend langen Zeitraum.
Im allgemeinen wird ein Zeitraum von 30 Jahren zugrunde gelegt, die sogenannte Normalperiode, es sind aber durchaus auch kürzere Zeitabschnitte gebräuchlich.“
Für die Normalperiode wird derzeit der Zeitraum von 1961-1990 herangezogen, ab dem Jahr 2021 wird der Zeitraum von 1991-2020 genutzt werden.
Klimawandel – oder auch Klimaänderung – ist demnach jede Veränderung des Klimas. Dies gilt sowohl für die Veränderung der Mittelwerte, als auch Änderungen anderer statistischen Kenngrößen (zum Beispiel Extreme) einzelner Klimaparameter, wie Temperatur oder Wind (DWD).

Natürliche Ursachen für einen Klimawandel
Im Laufe der Erdgeschichte unterlag das Klima auf der Erde einer ständigen Veränderung. Dieser natürliche Klimawandel liegt immer in der Änderung der Klimabilanz der Erde begründet. Die Ursachen für diese Änderung können allerdings sehr unterschiedlich sein.

Den größten Einfluss auf das Klima der Erde hat die Sonne bzw. die Sonneneinstrahlung, welche durch die Milanković-Zyklen gesteuert wird. Dabei handelt es sich um verschiedene Erdbahnparameter mit einem periodisch wiederkehrenden Zyklus: die Präzession (Taumelbewegung der Erdachse) alle 23.000 Jahre, die Obliquität (Änderung der Erdachsen-Neigung) alle 41.000 Jahre und Exzentrität (Änderung der eliptischen Umlaufbahn der Erde) alle 100.000 und 405.000 Jahre. Inzwischen hat man einen vierten Parameter entdeckt, die Kippung der Erdbahnebene gegenüber der Sonne-Jupiter-Ebene. Diese Kippung wiederholt sich mit einer Periode von 100.000 Jahren.

Darüber hinaus spielen die Änderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre, die Plattentektonik, die Ozeanzirkulation mit dem thermohalinen Strömungssystem (= Kombination von Meeresströmungen, die vier der fünf Ozeane miteinander verbinden und sich dabei zu einem globalen Kreislauf vereinen) und die Albedo eine wichtige Rolle. Auch kurzzeitige Groß-Ereignisse wie Impakt-Einschläge oder besonders starke bzw. lang andauernde Vulkanausbrüche können zu einem Klimawandel führen, da sie in der Lage sind, große Mengen an Aschepartikeln, Aerosolen und Treibhausgasen wie CO2 zu produzieren. In der Stratosphäre angereichert, können diese dort längere Zeit verbleiben und das Klima maßgeblich beeinflussen.

Analysen haben zum Beispiel gezeigt, dass sich vor allem in den Epochen der Greenhouse-Ära (zum Beispiel vor 540-485 Ma und 200-66 Ma) besonders viele Zirkone gebildet haben, die wiederum einen Hinweis auf einen hohen und lang andauernden Vulkanismus an den Ozeanrändern in dieser Zeit geben.
Für eine kurzzeitige globale Klimaänderung sorgte der bisher stärkste Vulkanausbruch in historischer Zeit: die Eruption des Tambora-Vulkans in Indonesien 1815. Bei der Eruption wurden bis zu 160 km3 Tephra bis 43 km hoch in die Stratosphäre geschleudert und verursachte so eine kurzfristige globale Abkühlung von 0,5°C. Als Folge ging das Jahr darauf (1816) in Europa und Nordamerika als Jahr ohne Sommer in die Geschichte ein, mit Schnee und Frost bis in den Juli hinein. Dadurch kam es zu Missernten, Hungersnöten und vielen Todesopfern.
Aerosole und Treibhausgase als klimawirksame Einflussfaktoren
Dass auch große Impakt-Einschläge, wie vor 66 Millionen Jahren, oder Vulkaneruptionen klimawirksam sein können, liegt darin begründet, dass das Wettergeschehen auf der Erde hauptsächlich in der Erdatmosphäre stattfindet. Dementsprechend haben die dortigen Wechselwirkungsprozesse einen entscheidenden Einfluss auf das Klima. Dabei spielen vor allem die Veränderungen der Konzentrationen der Aerosole und Spurenelemente wie Kohlendioxid, Methan, Ozon und Schwefeldioxid und Stickstoff eine wichtige Rolle.

Die durch Vulkaneruptionen sekundär gebildeten Sulfat-Aerosole, zum Beispiel, streuen vermehrt die kurzwellig einfallende Solarstrahlung ins All zurück und absorbieren einen Teil davon. Als Folge gelangt weniger Sonnenenergie in die bodennahen Schichten der Atmosphäre und verursacht damit eine Abkühlung, besonders in den höheren geographischen Breiten (JACOBEIT 2007).

Eine der größten Vulkaneruptionen in Europa der letzten 200.000 Jahre war die Entstehung der Caldera der Phlegräischen Felder im Golf von Neapel vor rund 39.000 Jahren. Damals wurden bis zu 350 km3 Tephra in die Atmosphäre geschleudert und führten zu Klimaschwankungen während der Würm-Kaltzeit. (NOWACZYK et al. 2012). Würde es erneut zu einer solchen Eruption kommen, könnte es wieder zu einer kurzfristigen globalen Abkühlung der Erde mit verheerenden Folgen, wie 1816 kommen.

Auch die Insel Ischia im Golf von Neapel ist vulkanischen Ursprungs. Dort ereignete sich vor ca. 55.000 Jahren die bisher größte Vulkaneruption. Damals wurden bis zu 40 km3 Tephra gefördert. Zum Vergleich: Beim berühmten Ausbruch des Vesuvs 79 nach Christus waren es immerhin noch 3,3 km3 Tephra.

Vulkane stoßen aber nicht nur Asche- und anderen Gesteinspartikel aus, sondern gehören gleichzeitig zu den natürlichen CO2-Produzenten auf der Erde. Die natürlichen Gasaustritte, in Form von Fumarolen, Solfataren und Mofetten können auch während der nicht-aktiven Phase eines Vulkans auftreten. Hierzu gibt es im Golf von Neapel zahlreiche Beispiele: im Krater des Vesuvs, an mehreren Stellen auf der Insel Ischia und auf den Phlegräischen Feldern stoßen Vulkane zum Teil seit mehreren zehntausend Jahren ununterbrochen CO2 und andere Treibhausgase in die Atmosphäre.

Auf der Insel Ischia werden die CO2-Ausgasungen in Küstennähe derzeit genauer untersucht, um die Prozesse der Ozeanversauerung besser zu verstehen. Beim Castello Aragonese im Osten der Insel sind unter anderem solche CO2-Exhalationen auf dem Meeresboden zu beobachten. Das austretende CO2 reagiert dabei mit dem Meerwasser und bildet Kohlensäure, die die Karbonationen von Lebewesen mit Kalkstrukturen und Kalkgehäusen angreift und auflöst.

Klimaarchive und ihre Datierungsverfahren
Die oben genannten Beispiele sind lediglich eine kleine Auswahl, um die Zusammenhänge und Wechselwirkungen im komplexen Klimasystem der Erde zu veranschaulichen. Das Verständnis der grundlegenden Prozesse von heute ist jedoch wichtig für die Erforschung des Klimas und der Klimaänderungen in der Vergangenheit.

Mit Hilfe von Klimaarchiven und verschiedenen Datierungsverfahren kann das Klima der Erdgeschichte inzwischen gut rekonstruiert werden. Neben den marinen und limnischen Sedimenten, liefern hierzu vor allem die Eiskerne aus den polaren Eismassen die besten und vollständigsten Klimadaten. Außerdem werden terrestrische Sedimente (z. B. Löß, Dünen), biologische Bildungen (Baumringe, Korallen, Pollen) und historische Aufzeichnungen als Klimaarchive herangezogen.

Als Datierungsverfahren kommen in der Quartärforschung hauptsächlich die Dendrochronologie, die Pollenanalyse, sowie die Radiokarbon- und Lunineszenzmethode zum Einsatz. Das Klima in älteren erdgeschichtlichen Perioden und Epochen wird vor allem mittels radioaktiver Isotope und ihren unterschiedlichen Zerfallsreihen ausgewertet (BUBENZER et al.).

Insbesondere das Klima der letzten 2,6 Millionen Jahre wurde von verschiedenen Wissenschaftlern intensiv erforscht. Aus dieser Zeit liegen die genauesten Klimadaten vor. Je weiter wir in die Vergangenheit schauen möchten, desto schwieriger ist es, Klimaarchive zu finden, die eine so präzise Aussagekraft haben, wie die Klimaarchive der jüngeren Vergangenheit.

Klimaänderungen in der Erdgeschichte
Mit Hilfe der derzeitigen Datierungsmethoden konnten in der Erdgeschichte mehrere Icehouse- und Greenhouce-Ären ausgemacht werden. So kam es am Ende des Präkambriums zur bekannten „Snowball-Earth“-Situation, einem extremen Eiszeitalter mit einer globalen Mitteltemperatur von bis zu -50°C (RAMSTORF und SCHELLNHUBER 2007). Ursache war das Auseinanderbrechen ehemaliger Superkontinente, einhergehend mit starken Verwitterungs- und Abtragungsprozessen. Dies führte zu einer Abnahme des Kohlenstoffdioxidgehaltes in der Atmosphäre, sowie zum sich selbst verstärkenden Eis-Albedo-Effekt.

Nachdem, vermutlich durch andauernde Vulkanausbrüche, der CO2-Gehalt der Atmosphäre wieder stieg, wurde es auf unserem Planeten wieder wärmer. Die nächste größere Vereisungsphase folgte im Paläozoikum mit der Gondwana-Vereisung im Karbon und Perm. Auch hier sind wahrscheinlich plattentektonische Prozesse und deren Folgen als Hauptursache anzusehen.

Mit dem Mesozoikum gab es eine lange Phase ohne Eisbedeckung. Diese Greenhouse-Ära mit Temperaturen, die deutlich über den heutigen lagen, dauerte bis zum Ende der Kreidezeit, als ein Meteoriteneinschlag katastrophale Auswirkungen hatte.

Die bisher letzte Icehouse-Ära begann im Känozoikum. Nachdem es bis zum Eozän noch einmal wärmer wurde, gingen die globalen Temperaturen anschließend zurück. Dennoch blieben die Temperaturen weiterhin auf einem höheren Niveau als heute. Ende des Miozäns, vor etwa 7-8 Millionen Jahren, kam es schließlich zur Bildung erster Eismassen in den höheren nördlichen Breiten. Der Höhepunkt dieser Icehouse-Ära wurde im Pleistozän, vor etwa 2,6 Millionen Jahren – 11.000 Jahren vor heute, erreicht. In dieser Zeit kam es zu mehreren zyklischen Warm- und Kaltzeiten, die nachweislich vor allem auf die Milanković-Zyklen zurückzuführen sind. Sie sind auch für den Beginn der letzten Warmphase, dem Interglazial des Holozäns verantwortlich, in dem wir derzeit leben.

Daten und Fakten zum aktuellen Klimawandel
Um Aussagen zum aktuellen Klimawandel zu geben, ist ein Verständnis des Paläoklimas von hoher Bedeutung. Darüber hinaus benötigt man verlässliche Wetterdaten aus der Vergangenheit, um diese mit heute vergleichen und Prognosen für die Zukunft erstellen zu können.

Bereits aus dem Mittelalter gibt es von einigen Orten lokale Aufzeichnungen des Wetters, allerdings ohne quantitative Messwerte. Mit der Erfindung des Thermometers wurden ab dem 17. Jahrhundert erste Temperaturmessreihen durchgeführt. Da jedoch oftmals die Angabe zum Ort und der Durchführungsart fehlen, sind solche Messreihen nicht sehr zuverlässig. Des Weiteren reichen einzelne Stationen nicht aus, um die Klimaentwicklung einer ganzen Region, oder gar auf der ganzen Welt zu dokumentieren. Verlässliche Daten der globalen Temperaturentwicklung stehen daher erst seit 1851 zur Verfügung. In Deutschland existieren seit 1881 ausreichend Stationen, mit deren Hilfe die Temperaturentwicklung nachvollzogen werden kann (DWD).

Vergleicht man nun die heutigen Daten mit denen aus der Vergangenheit, so ist folgendes festzustellen (Daten der NASA und NOAA 2019):

  1. Die globale Durchschnittstemperatur ist seit 1880 um etwa 1°C gestiegen.
  2.  Auswertungen aus Eiskernbohrungen zeigen, dass der CO2-Gehalt der Atmosphäre vor der industriellen Revolution im 18. Jahrhundert stets um oder unter 280 ppm lag. Anschließend stieg der Gehalt zunächst langsam, seit Mitte des 20. Jahrhunderts stark an. Im Jahr 2013 überstieg er erstmals die Marke von 400 ppm. Derzeit liegt der CO2-Gehalt der Atmosphäre bei 412 ppm. Das ist der höchste Wert seit mehr als 800.000 Jahren.
  3. Im Jahr 2019 bedeckten arktische Eisflächen 4,32 Millionen km2. Das entspricht einer Abnahme von rund 13% pro Dekade.
  4. Die Grönland-Eismasse ist zwischen 2002 und 2017 um 3.771 Gigatonnen geschrumpft. Das sind 286 Gt pro Jahr.
  5. Der Meeresspiegel ist seit 1880 um ca. 230 mm gestiegen. Davon alleine im Zeitraum 1993-2019 um 95 mm (also ca. 3,3 mm pro Jahr).
Temperaturanstieg auch auf Ischia messbar
Auch auf Ischia ist eine Temperaturerhöhung erkennbar. Für den Zeitraum von 1971-2000 wird für die Insel Ischia im Golf von Neapel eine Jahresmitteltemperatur von 16,8°C angegeben (DATAMETEO). Wetterdaten für den Zeitraum zwischen 2010 und 2019 zeigen, dass die Jahresmitteltemperatur stets bei rund 18°C lag, also etwa 1°C über dem langjährigen Mittelwert.
Ursachen und Auswirkungen der aktuellen Klimaänderung
Die Daten und Fakten machen deutlich, dass es auf der Erde derzeit wieder wärmer wird. Im Gegensatz zu prähistorischen Klimaschwankungen, sind sich die meisten Wissenschaftler einig, dass es sich im jetzigen Fall um eine antropogen verursachte Klimaänderung handelt. Die Gründe für diese Theorie sind zum einen der Zusammenhang zwischen Temperatur und CO2-Konzentration der Atmosphäre, zum anderen die Schnelligkeit des Temperaturanstieges in den letzten 150 Jahren.

Während der pleistozänen Klimaschwankungen ist die Kurve der CO2-Konzentration dem Temperaturverlauf gefolgt, heute ist es genau umgekehrt. Die Milanković-Zyklen verursachten damals eine Änderung der Sonneneinstrahlung, wodurch zeitweise die Erd- und Wasseroberflächen aufgewärmt wurden. Als Folge verringerte sich die CO2-Löslichkeit des Wassers und das CO2 wurde in die Atmosphäre abgegeben. Dadurch wurde die Erderwärmung zusätzlich verstärkt. Der Anstieg des CO2-Gehaltes fand dabei zeitversetzt, etwa 800 - 1.000 Jahre nach dem beginnenden Temperaturanstieg statt. Nahm die Intensität der Sonneneinstrahlung ab, konnten Erd- und Wasseroberflächen wieder mehr CO2 binden und die Temperaturen gingen zurück.

Seit dem Beginn der Industrialisierung ist der umgekehrte Prozess zu beobachten. Infolge der verstärkten Emission des Treibhausgases CO2 in die Atmosphäre, verbleibt mehr langwellige Wärmestrahlung auf der Erde. Dies hat einen Temperaturanstieg zur Folge und damit ein Abschmelzen der Eismassen, sowohl in den Polregionen, als auch über den Landmassen. Die Abnahme der (Land-)Eismassen wiederum führt einerseits zum Anstieg des Meeresspiegels, andererseits zu einer Verringerung der Albedo und damit zur weiteren Erderwärmung.

Wissenschaftler haben berechnet, dass eine Verdopplung der CO2-Konzentration von 280ppm vor der Industrialisierung auf 560ppm bis zum Ende des 21. Jahrhunderts zu einer Erhöhung der globalen Durchschnittstemperatur zwischen 1,5°C und 4,5°C führen kann.

Der rasante Temperaturanstieg wirkt sich besonders auf die Ökosysteme aus. Lebensräume von Flora und Fauna verschwinden schneller, als sich Pflanzen und Tieren an die neuen Situationen anpassen könnten. Damit ist ein Artensterben vorprogrammiert. Gleichzeitig verschieben sich Klima- und Vegetationszonen, sodass Tiere – wie zum Beispiel Mücken oder Zecken - aus den Tropen nun auch in Mitteleuropa überleben und auch dort tropische Krankheiten auf Mensch und Tier übertragen können.

Wetterdaten zeigen zudem, dass in den letzten Jahrzehnten Wetterextreme häufiger zu werden scheinen, auch wenn es schon vor der industriellen Revolution Sturmfluten oder extrem kalte und lange Winter mit Ernteausfällen gab. Aufgrund der Temperaturerhöhung kommt es zum Beispiel vermehrt zu Dürreperioden oder Waldbränden. An anderen Orten treten gehäuft Starkregen mit Hochwasserereignissen auf.

Die Folgen des Klimawandels können die ökologischen, ökonomischen und sozialen Probleme, besonders in den Schwellen- und Entwicklungsländern verstärken und zu Krieg, Vertreibung und Flucht führen (LOZÁN et al. 2018).

Der Klimawandel und die Folgen auf Ischia
Ob auch auf Ischia solche Wetterextreme zugenommen haben, ist schwer zu beurteilen, da entsprechende Wetterdaten fehlen. Interessant ist jedoch, dass es im Kastanienwald von Falanga mehrere große, bis zu fünf Meter tiefe Löcher gibt, die sogenannten Schneegruben. Dort hat man bis etwa 1900 Schnee und Hagel gesammelt und daraus Eis hergestellt. In den letzten Jahrzehnten hat es auf Ischia aber kaum geschneit und auch Hagelschauer sind eher selten. Die Nutzung solcher Schneegruben wäre also in der heutigen Zeit nicht mehr möglich.

Auf der Insel Ischia die Starkregenereignisse mit Erdrutschungen und Schlammströmen, die besonders in den Wintermonaten auftreten, könnten ebenfalls ein Anzeichen für den Klimawandel sein, sollte sich herausstellen, dass ihre Häufigkeit und Intensität in den letzten Jahrzehnten zugenommen hat.

Darüber hinaus können größere Regenmengen das empfindliche Gleichgewicht zwischen Thermalwasser und Magmaherd, der sich untrehalb der Insel Ischia befindet, beeinflussen, indem sie die über jahrtausende Jahre aufgebauten Spannungen an den Erdspalten lösen und so verstärkt zu Erdbeben führen.

Ein Ansteigen des Meeresspiegels würde sich besonders auf die Küstenregionen Ischias auswirken. Bereits jetzt wird bei Unwettern mit kleinen Sturmfluten die Altstadt von Ischia Ponte mit ihren Tavernen regelmäßig unter Wasser gesetzt und gibt so einen Vorgeschmack auf die Folgen, die ein Anstieg des Meeresspiegels in den nächsten Jahrzehnten haben kann.
Quellen/Literatur (Auswahl)

Bubenzer, O. et al. (2007): Natürliche Klimaänderungen im Laufe der Erdgeschichte. Aus: Der Klimawandel – Einblicke, Rückblicke, Ausblicke. S. 17-26, Potsdam-Institut für Klimafolgeforschung e.V., Potsdam
Jacobeit, J. (2007): Zusammenhänge und Wechselwirkungen im Klimasystem. Aus: Der Klimawandel – Einblicke, Rückblicke, Ausblicke. S. 1-16, Potsdam-Institut für Klimafolgeforschung e.V., Potsdam
Lozán et al. (2018): Warnsignal Klima – Extremereignisse. Wissenschaftliche Auswertungen, Hamburg.
Nowaczyk, N. R.; Arz, H. W.; Frank, U.; Kind, J.; Plessen, B. (2012): “Dynamics of the Laschamp geomagnetic excursion from Black Sea sediments” Earth and Planetary Science Letters, 351-352, 54-69
Ramstorf, S. und Schellnhuber (2007): Der Klimawandel. Diagnose, Prognose, Terapie. 144 S. München

datameteo.it
climate.nasa.gov/
noaa.gov/climate
dwd.de/DE/klimaumwelt/klimawandel/klimawandel_node.html
bildungsserver.hamburg.de/klimawandel/

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