06
Dec
2012

Die Sonne als Ursache natürlicher Klimaänderungen

Während auf der zu Ende gehenden UN-Klimakonferenz in Doha (26. November bis 7. Dezember 2012) Politik und Fachwelt um eine Nachfolgeregelung zum Kyoto-Protokoll zur Begrenzung des mutmaßlich anthropogenen Einflusses auf das irdische Klimasystem ringen, sollen an dieser Stelle einmal astronomisch bedingte, natürliche Klimaänderungen skizziert werden.

Die Sonne ist gleichzeitig Zentralgestirn und "Ofen" unseres Planetensystems. In ihrem Inneren finden laufend Kernfusionen statt, in mehreren Zwischenschritten werden dort Wasserstoff- zu Heliumkernen verschmolzen und dabei gigantische Energiemengen freigesetzt. So herrschen im Zentrum der Sonne ca. 15 Millionen °C, an der Oberfläche sind es immerhin noch etwa 6000 °C.

Bei einer mittleren Entfernung zwischen Sonne und Erde von ca. 150 Millionen Kilometern (entspricht 1 AE - eine astronomische Einheit) benötigt das Sonnenlicht etwa 8 Minuten um zu uns zu gelangen. Bei senkrechtem Strahlungseinfall erhält die Obergrenze der Erdatmosphäre derzeit eine auf die Fläche bezogene mittlere Strahlungsleistung von etwa 1378 W/m², die sog. "Solarkonstante".

Diese empfangene Sonnenstrahlung wird von der Erdoberfläche und der Atmosphäre in Wärme umgewandelt, im Ergebnis dieser Prozesse herrscht eine globale Mitteltemperatur von ca. 15 °C. Der Begriff "Solarkonstante" ist allerdings eine irreführende Bezeichnung, denn ihr Zahlenwert ändert sich durch verschiedene Effekte innerhalb unterschiedlicher Zeitskalen. Damit korrespondieren natürlich bedingte Klimaänderungen verschiedenen Ausmaßes.

Verwendet man den Lebenszyklus unserer Sonne als Maßstab, so wird es auf der Erde immer wärmer, denn unser Fixstern hat als Hauptreihenstern seine beste Zeit noch vor sich, d.h. er wird an Radius und Leuchtkraft wachsen, was in ca. 900 Millionen Jahren in einer globalen Mitteltemperatur von etwa 30 °C resultiert.

Eine Ursache natürlicher Klimaänderungen findet sich außerdem in himmelsmechanischen Gegebenheiten, und zwar in der Neigung der Erdachse bzw. deren Schwankungen zwischen 22.2 ° und 25.5 ° gegenüber der Ekliptik innerhalb einer Periode von ca. 40400 Jahren (Nutation), der Wanderung des Frühlingspunktes auf der Ekliptik (Präzession der Erdachse, Periode ca. 25800 Jahre für einen vollen Umlauf) und der Änderung der Form bzw. der Exzentrizität der Erdbahn innerhalb eines Rhythmus von ca. 91800 Jahren.

Mit diesen drei genannten Variationen der Erdbahnelemente sind merkliche Unterschiede in der Sonneneinstrahlung verbunden. Fallen beispielsweise steile Stellungen der Erdachse mit Sommern in größter Sonnenentfernung (Aphel) und stark elliptischen Umlaufbahnen zusammen, sind wichtige Voraussetzungen für die Entstehung von Eiszeiten gegeben.

Ein weiteres Phänomen innerhalb des Lebenszyklus der Sonne ist die Sonnenaktivität, also die relativ kurzperiodische Fluktuation der solaren Ausstrahlung. Diese zeigt sich im sichtbaren Licht durch die wechselnde Anzahl der Sonnenflecken. Der bekannteste Sonnenfleckenzyklus dauert 11 Jahre und verursacht Helligkeitsunterschiede von etwa 0.1 %, weiterhin sind 86.5- und 210-jährige Aktivitätszyklen bekannt. Auch diese formal geringen Intensitätsunterschiede in der Solarstrahlung können unter Umständen markante Klimavariationen auf der Erde bewirken.

Dipl.-Met. Thomas Ruppert
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 06.12.2012

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