Vor 4,6 Milliarden Jahren:

Early Earth_NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Die frühe Klimageschichte der Erde startet

Vor 4,6 Milliarden entstand die Erde und damit startete die Klima- und Erdgeschichte. Damals lag die Bodentemperatur bei rund 180 °C. In den nächsten 600 Millionen Jahren kühlte der Planet ab. Vor 4 Milliarden Jahren war die Temperatur auf unter 100 °C gesunken. Es gab zwar immer noch keine Ozeane oder flüssiges Wasser, aber die Temperatur lag unter dem Siedepunkt. Die chemische Evolution startete und es entwickelten sich organische Moleküle, die als erste Bausteine des „Leben“ bezeichnet werden. Eine weitere Abkühlung in den nächsten Millionen Jahre war die Basis, damit Wasser den Aggregatzustand wechseln konnte: von Gas zu flüssigem Wasser. Das Vorhandensein von flüssigem Wasser ermöglichte eine biologische Evolution und setzte den natürlichen Wasserkreislauf in Gang. Anzeichen von Ozeanen entdeckte die Wissenschaft in Gesteinen, die 3,2 Milliarden Jahre alt waren. Nach weiteren 600 Millionen Jahren bildete und vermehrte sich langsam Sauerstoff in der Erdatmosphäre, während das Kohlendioxid abnahm. Die Veränderung der Klimagase führte zum natürlichen Treibhauseffekt, der die Erde seitdem wärmt.

Wasser auf der Erde

Die Erde existiert seit etwa 4,6 Milliarden Jahren. In diesem unvorstellbar langen Zeitraum gab es gibt nicht DAS eine Klima, sondern natürliche Klimaschwankungen – mal war es sehr heiß und trocken, manchmal eiskalt oder sehr nass.

Überhaupt hat das Wasser in seinen drei Aggregatzuständen eine besondere Bedeutung für die Erde und für die Wissenschaft. Temperaturen unter 100 °C waren nötig, um Leben auf dem Planeten überhaupt zu ermöglichen. Denn ohne flüssiges Wasser gibt es kein Leben.

Forscher/innen können in den Millionen Jahren alten Gesteinen lesen: sie finden Abriebspuren von Eis und Gletschern oder Spuren von Fossilien, die auf Meere und Seen hinweisen, und können diese auswerten.

Ob das Wasser vereist oder flüssig war, hatte immensen Einfluss auf die Erdoberfläche. Wenn es warm war, lag der Meeresspiegel sehr hoch. Weite Teile der Erde lagen dann unter Wasser. In sehr kalten Zeiten vereiste das Wasser der Meere und der Meeresspiegel sank. Die Nordsee war während Eiszeiten zum Beispiel Festland und kein Meer.

Weite Teile der Erde lagen dann unter Wasser, wenn der Meeresspiegel hoch war.

Die Aggregatzustände

Wetter und Klima

Klimawandel

Vor 2,3 Milliarden Jahren:

Fiktionale Darstellung eines Schneeball-Erde-Stadiums aber mit modernen Kontinenten.

Das erste Eiszeitalter

Die erste Hälfte der Erdgeschichte war eine Warmzeit. Erst nach 2,3 Milliarden Jahren begann das erste Eiszeitalter und hielt 300 Millionen Jahre an. Danach folgten wieder rund eine Milliarde eisfreie Jahre. Spuren von Eisbewegungen vom zweiten Eiszeitalter wurden insbesondere in Gesteinen im Gebiet des heutigen Europas entdeckt. Spätere Eiszeiten folgten in zeitlich geringeren Abständen, wobei „gering“ immer noch bedeutet, dass mehrere hundert Millionen Jahre zwischen den Eiszeiten lagen.

Eiszeitalter und Warmklima

Ein Zeitalter gilt als „Eiszeitalter“, wenn die Polkappen der Erde vereist sind. Das Gegenteil eines Eiszeitalters nennt sich „Warmklima“. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen von mindestens sechs Eiszeitaltern in der Erdgeschichte aus – auch die heutige Zeit zählt dazu, denn Nord- und Südpol sind zurzeit beide von Eis bedeckt. Seit der Entstehung der Erde waren die Polen meistens eisfrei. Eiszeiten sind Ausnahmen, die Warmzeiten machen 80 bis 90 % der Erdgeschichte aus. In diesem „Normalzustand“ liegt die durchschnittliche Temperatur der Erde bei 20 bis 25 °C.

Ice Age Earth by Ittiz, CC

Immer anders

Die Eiszeitalter und auch die Warmzeiten waren in der Erdgeschichte unterschiedlich ausgeprägt, das betrifft sowohl die Temperaturen als auch die betroffenen Gebiete. Mal war das Gebiet der heutigen Wüste „Sahara“ vereist, mal bildeten Teile des heutigen Europas den Boden eines tropischen Ozeans. Fossilien und Kalksteine zeigen, dass vor 150 bis 200 Millionen Jahren Wasser Teile Deutschlands bedeckte. Die Wissenschaft vermutet, dass einmal sogar die komplette Erdkugel von Eis bedeckt war. Das Zeitalter wird deswegen auch „Schneeball Erde“ bezeichnet.

„Schneeball Erde" by Neethis

Vor 2,6 Millionen Jahren bis heute:

Ice Age Earth by Ittiz, CC

Das Eiszeitalter „Quartär“

Das letzte Eiszeitalter wird „Quartär“ genannt. In diesem Eiszeitalter befinden wir uns noch heute, auch wenn die Temperaturen wieder ansteigen. Vor rund 30 Millionen Jahren begann die Antarktis zu vereisen, seit 2,6 Millionen Jahren sind wieder beide Pole von Eis bedeckt: ein neues Eiszeitalter startete und das Klima der Erde kühlte ab. Das Quartär ist folglich noch „jung“ im Vergleich zur kompletten Erdgeschichte.

Kalte und warme Eiszeiten

Das aktuelle Eiszeitalter ist sehr gut erforscht, weil die Spuren der Vereisungen noch gut erhalten sind. So konnte die Wissenschaft feststellen, dass es auch in einem Eiszeitalter sowohl kalte als auch warme Phasen gibt. Die Kaltzeiten werden als „Glaziale“ bezeichnet, die Warmzeiten, die in etwa unserem heutigen Klima entsprechen, als „Interglaziale“. Kalt- und Warmzeiten wechseln sich ungefähr alle 100.000 Jahre ab. Wie die beiden Namen zeigen, finden die Warmzeiten zwischen den Kaltzeiten statt. Die Glaziale werden als das „normale“ Klima gewertet.

Mehr über Glaziale und Interglaziale

Das Klima hinterlässt Spuren

In dem Zeitraum der letzten 2,6 Millionen Jahre waren nicht nur Nord- und Südpol von Eis bedeckt, auch in Asien, Europa und Nord- und Südamerika hat man Spuren von Gletschern gefunden. Wenn das Wasser in Eismassen gebunden ist, sinkt der Meeresspiegel. Die Eismassen formen aber nicht nur die Landschaft, sondern wirken sich auch auf Flora, Fauna und Erdatmosphäre aus. Die Pflanzen- und Tierwelt passt sich an, viele Arten ziehen sich zurück oder sterben aus. In dem kalten Klima entstanden, neben den Gletschern, großflächigen Steppenlandschaften. Der Planet wurde von der Sonne nicht so stark erwärmt, da die Eismassen große Teile der Sonnenenergie ins Weltall zurück reflektierten. Nach einer Eiszeit sehen Landschaften und Vegetation anders aus als vorher. Der Druck der gewaltigen Eisschichten formt Berge, Täler, Flüsse und Seen, so wie es auch im Berliner Urstromtal geschehen ist.

Die Eismassen reflektieren große Teile der Sonnenenergie ins Weltall zurück.

Kaltzeit formte das Berliner Urstromtal

Die Wissenschaft fand heraus, dass vor etwa 20.000 Jahren, auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit, der Meeresspiegel um 130 Meter niedriger lag als heute. Zu dieser Zeit war auch die Gegend, in der heute Berlin liegt, von Eismassen bedeckt. Es entstand das großen Naturschutzgebiet "Schöbendorfer Busch" mit dem ältesten Urstromtal in Brandenburg. Ein Urstromtal ist ein breites Tal, das durch Schmelzwasser von Gletschern entstanden ist. Als Eismassen über Berlin und Brandenburg geschmolzen sind, entstanden riesige Wassermengen, die sich ihren Weg durch die Erde gebahnt haben. Dadurch sind sehr große und breite Täler entstanden, durch die heute Flüsse fließen: zum Beispiel die Weser, die Oder, die Elbe oder die Weichsel – und in Berlin unter anderem die Spree.

Findlinge und märkischen Sand haben einst die skandinavischen Gletscher hierher geschoben.

Das Warschau-Berliner Urstromtal

Vor 11.500 Jahren bis heute:

Die Warmzeit „Holozän“

Gegenwärtig leben wir in einer Warmzeit innerhalb eines Eiszeitalters. Das Interglazial wird „Holozän“ genannt. Es begann vor etwa 11.500 Jahren und hält immer noch an. Die Pole sind vereist und es gibt noch einige Gletscher. Beides sind die Vermächtnisse der letzten Eiszeit, doch die Eismassen schmelzen. Während der letzten Eiszeit waren noch 32% der Erde von kilometerdicken Eisschichten bedeckt, jetzt sind es nur noch 10% vereist. Die schmelzenden Eismassen führten zu einem deutlichen Anstieg des Meeresspiegels. Seit dem Start der aktuellen Warmzeit starben zahlreiche sehr große Tierarten, zum Beispiel Mammuts, Beutellöwen, Riesenhirsche und Säbelzahnkatzen, aus.

Abschied vom Jagen und Sammeln

Die warme Periode eröffnete neue Möglichkeiten für die Menschheit. In der so genannten „Jungsteinzeit“ vor 4.000 bis 8.000 Jahren begannen die Menschen sesshaft zu werden. Sie entwickelten sich vom Jäger und Sammler zum Bauern, der sich von Ackerbau und Viehzucht ernährt. Damit die Menschen sich selbst und ihre Tiere und Felder mit lebensnotwendigem Wasser versorgen konnten, erfanden sie die ersten Brunnen, Bewässerungsanlagen, Wasserleitungen und sogar Abwasserleitungen. Das relativ warme Klima ermöglichte die Entwicklung von Kulturen wie das alte Ägypten und das Römische Reich.

Mit dem Start der aktuellen Warmzeit ist u.a. der Mammut ausgestorben, Grafik: Hawkins 1871.

Der Mensch hinterlässt Spuren

Der Mensch prägte und prägt Natur, Umwelt und Klima während der gegenwärtigen Warmzeit auf vielfältige Weise. Die Durchschnittstemperatur stieg in den letzten 11.000 Jahren um ca. 2 °C auf 15 °C an. Dabei gab es die höchste Temperaturerwärmung in den letzten 100 Jahren in der Klimaepoche „Anthropozän“, die ein Teil der Warmzeit „Holozän“ ist.

Gletscher schmelzen durch die Erderwärmung

Die aktuelle Klimaepoche:

Das „Anthropozän“

Der Begriff „Anthropozän“ bezeichnet die gegenwärtige Klimaepoche. Das Anthropozän ist auch eine geologische Epoche, denn Geologinnen und Geologen definieren Zeiträume nach den Merkmalen von Gesteinsschichten. Über den Beginn der Epoche gibt es verschiedene Ansätze in der Wissenschaft. Als Startpunkt werden die 1950er Jahre, die Industrialisierung vor 200 Jahren und die Sesshaftigkeit des Menschen vor rund 7.000 Jahren diskutiert. Einig ist man sich darin, dass der Mensch lokal und global stark in die natürliche Umwelt eingreift, und dass das Anthropozän diesen Eingriff zusammenfassen solle.

Besondere Klimaveränderungen im Anthropozän

Zurzeit liegt die Durchschnittstemperatur der Erde bei ungefähr 15 °C. Im Vergleich zur erdgeschichtlichen „Normaltemperatur“ von 20 bis 25 °C ist das deutlich kühler, aber in der Vergangenheit lebten auch keine Menschen während der „Normaltemperatur“. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben festgestellt, dass von 1901 bis 2012 die globale Durchschnittstemperatur um 0,8 °C anstieg. Das Klima veränderte sich in den letzten 100 Jahren schneller als in den vielen Millionen Jahren davor. Ein Ende des schnellen Temperaturanstieges ist zurzeit nicht in Sicht. Das bedeutet, Tiere, Pflanzen und auch Menschen haben weniger Zeit sich den Klimaveränderungen anzupassen, als es in der Erdgeschichte sonst üblich. Weil sich das Klima so schnell ändert, unterscheidet die Wissenschaft zwischen dem natürlichen Klimawandel und dem vom Menschen verursachten Klimawandel. Die meisten Wissenschaftler gehen davon aus, dass der deutliche Anstieg der bereits vorhandenen Treibhausgase, wie zum Beispiel Kohlendioxid (CO2), den Klimawandel beschleunigt. Und für diesen CO2-Anstieg ist der Mensch verantwortlich.

Weil sich das Klima so schnell ändert, unterscheidet die Wissenschaft zwischen dem natürlichen Klimawandel und dem vom Menschen verursachten Klimawandel.

Besondere geologische Veränderungen im Anthropozän

In den letzten 200 Jahren nahm der Mensch mit seinen Erfindungen und seiner Lebensart nicht nur Einfluss auf die Klimaveränderungen, er veränderte auch Landschaften, Vegetation, die Atmosphäre und die Tierwelt. Nie veränderte sich die Erde in einem so kurzen Zeitraum so stark. Dieser Wandel durch den Menschen macht sich auch in den Sedimentschichten bemerkbar. Geologinnen und Geologen finden zum Beispiel Plastikteilchen, Betonreste, Verstrahlungen von Atomversuchen, Asche aus der Verbrennung fossiler Energieträger, aber auch unglaublich viele Skelette von Haustiere im Erdreich. Auch die riesigen Wassermassen der Meere verändert der Mensch: Überfischung, Übersäuerung und die steigenden Wassertemperaturen gefährden die Unterwasserwelt. Die Ozeane haben einen enormen Einfluss auf das Klima. Ohne die Ozeane würden die Erderwärmung und der damit verbundene Klimawandel noch stärker ausfallen.

93,4% der Erderwärmung wird von den Meeren aufgenommen. Der Temperaturanstieg hat gravierende Folgen für die Unterwasserwelt.

Auswirkungen des Klimawandels auf Ozeane und Meere

Das Klima bestimmt die Zukunft auf unserem Planeten

Der Mensch hat einen Kreislauf in Gang gesetzt, der schwierig zu durchbrechen ist. In erster Linie gefährdet der Mensch damit seinen eigenen Lebensstandard. Wissenschaftler diskutieren sogar, ob der steigende CO2-Gehalt in der Erdatmosphäre und die dadurch ansteigenden Temperaturen dazu führen, dass die nächste Kaltzeit ausfällt, und ob das Eiszeitalter „Quatär“ durch den Einfluss des Menschen vorzeitig beendet wird. Die Erde wird die nächste Warmzeit mit Sicherheit überstehen, die große Frage ist, ob die Menschheit damit zurechtkommt und wenn ja wie, das Leben auf der Erde dann aussehen könnte.

Klimaschutz und Klimaanpassung

Die Erd- und Klimageschichte