Veränderungen der Kryosphäre früher und heute
Unter den heutigen klimatischen Bedingungen findet sich ganzjähriges Eis in größerer Menge ausschließlich an den Polen.
Erdgeschichtlicher Rückblick
Unter den heutigen klimatischen Bedingungen findet sich ganzjähriges Eis in größerer Menge ausschließlich an den Polen. Nur in höheren Gebirgsregionen gibt es Gletschereis auch in außerpolaren Gebieten, in den Tropen allerdings nur noch in etwa 5000 m Höhe (Kilimandscharo). Das war nicht immer so. In der letzten Kaltzeit, vor 20 000 Jahren und mehr, waren das heutige Kanada, Skandinavien, Teile Norddeutschlands und große Teile der Hochgebirge von Inlandeis bedeckt. Gegenüber einem Volumen von etwa 33 Mio. km3 heute betrug die Eismasse der letzten Kaltzeit, wie sich aus dem ca. 130 m niedrigeren Meeresspiegel abschätzen lässt, ungefähr 80 km3. Die Fläche der Eisbedeckung war um 30 Mio km2 größer als heute, was eine Erhöhung der globalen Albedo um 3% zur Folge hatte. Daraus lässt sich eine um etwa 6 oC niedrigere Durchschnittstemperatur ableiten. Klimamodelle, die unter anderem auch die Meeresoberflächentemperaturen berücksichtigten, errechneten eine um 4 oC niedrigere Temperatur als heute.1
Abb.1: Temperaturveränderung (Abweichung von der Mitteltemperatur des Holozän) der Atmosphäre nach Vostok-Eisbohrkernmessungen, Antarktis, in den letzten 420 000 Jahren2
Eine ähnliche Eisbedeckung wie vor 20 000 Jahren hat es in den letzten rund zwei Millionen Jahren, dem Eiszeitalter, mehrfach gegeben, wobei die zeitlichen Abstände der maximalen Vereisung etwa 100 000 Jahre betrugen.
Dagegen gab es im gesamten Mesozoikum, dem Erdmittelalter, vor 50 bis 250 Mio. Jahren, als u.a. die Dinosaurier die Erde bevölkerten, fast kein Eis auf dem Globus. Die globalen Durchschnittstemperaturen lagen zeitweilig etwa 8 oC über den heutigen. Noch weiter zurück in der Erdgeschichte in den sich allerdings weitere Perioden, in denen große Landgebiete vom Inlandeis bedeckt waren, so vor rund 300 Mio. Jahren, vor rund 600 Mio. Jahren und vor etwa 2,3 Mrd. Jahren. Die große Vereisung vor 580-750 Mio. Jahren ist in die wissenschaftliche Diskussion unter dem Begriff "Schneeball Erde" eingegangen und soll mit Abstand die größte Vereisung und gewaltigste Naturkatastrophe der gesamten Erdgeschichte gewesen sein.3 Die Ursachen der frühen Vereisungen der Erdgeschichte werden in der geringeren Solarstrahlung, dem in der ersten Phase der Erdgeschichte rapide abnehmenden CO2-Gehalt und in starken tektonischen Veränderungen gesehen. Die Kaltzeiten der letzten Eiszeit werden heute allgemein auf Schwankungen der Erdumlaufbahn um die Sonne zurückgeführt.
Abb. 2: Entwicklung des Klimas in den letzten rund 500 Millionen Jahren mit Vereisungsphasen4
Jüngste Entwicklung
Gegenüber den großen Änderungen in der Eis- und Schneebedeckung der Erde in der geologischen Vergangenheit sind die Veränderungen, die die Kryosphäre in den letzten Jahrhunderten und Jahrzehnten erlebt hat, geringfügig. Sie sind als Zeichen für klimatische Veränderungen und in ihren Konsequenzen für die Ökosysteme der kalten Zonen dennoch von großer Bedeutung. Auf der Nordhalbkugel folgte auf das sogenannte "Mittelalterlichen Klimaoptimum", während dem sich die Eis- und Schneegrenze z.B. auf Grönland zeitweise weiter als heute zurückgezogen hatte, ein relativ kalte Phase von der Mitte de 16. bis in die Mitte des 19. Jahrhunderts, die sogenannte "Kleine Eiszeit". Gletscher, Treibeis und Schneebedeckung besaßen auf der Nordhalbkugel während der "Kleine Eiszeit" wahrscheinlich ihre größte Ausdehnung im gesamten Holozän, wenn auch die Veränderungen regional keineswegs homogen verliefen. In den letzten 100 Jahren aber zeigt sich eine deutliche Tendenz zur Erwärmung in der Arktis und angrenzenden Gebieten, die deutlich über der allgemeinen globalen Erwärmung liegt und vor allem in den letzten Jahrzehnten für das gesamten Holozän einmalig zu sein scheint.
Während die globale Temperatur in den letzten 100 Jahren um 0,76 oC angestiegen ist, betrug die Erwärmung auf den Landstationen nördlich von 60o nördlicher Breite 0,9 oC. Besonders stark war der Anstieg in den letzten 40 Jahren mit Trends von 1 oC und mehr pro Jahrzehnt im nördlichen Eurasien und nordwestlichen Nordamerika und 0,4 oC über die gesamte Arktis. Nach Modellstudien ist eine höhere Erwärmung in den Gebieten nördlich von 60o N konsistent mit der Zunahme von Treibhausgasen in der Atmosphäre und daher im wesentlichen auf den anthropogenen Antrieb zurückzuführen. Eine Verstärkung der Arktischen Oszillation, die aber auch anthropogen bedingt sein kann, spielt offensichtlich ebenfalls eine Rolle. Die Folgen der außerordentlichen Erwärmung der hohen Breiten der Nordhalbkugel für die Eis- und Schneebedeckung dieser Region sind gravierend. Sie werden in den folgenden Abschnitten behandelt.
Anders ist die Situation auf dem Antarktischen Kontinent einzuschätzen. Die Antarktis ist mit Temperaturen von -40 oC im Sommer und -60 oC bis -70 oC im Winter der kälteste Kontinent der Erde. Der größte Teil der Antarktis, die Ostantarktis, ist von der jüngsten Klimaänderung unberührt. Die Temperaturen haben sich nicht geändert oder sind sogar leicht gesunken. Anders ist die Situation in der Westantarktis und vor allem auf der Westantarktischen Halbinsel. Mit einem durchschnittlichen Anstieg der bodennahen Lufttemperatur um ca. 3 oC seit 1951 gehört die Westantarktische Halbinsel zu den sich am stärksten erwärmenden Gebieten auf der Erde.5
Anmerkungen:
1. Hajo Eicken, Peter Lemke: Variabilität der polaren Meereisdecke als Anzeiger für Klimaschwankungen, in: J.L.Lozán u.a.(Hg.): Warnsignal Klima, Hamburg 1998, S.207-212
2. verändert nach Petit, J. R., J. Jouzel, D. Raynaud, N.I. Barkov, J.-M. Barnola, I. Basile, M. Bender, J. Chappellaz, M. Davis, G. Delaygue, M. Delmotte, V.M. Kotlyakov, M. Legrand, V.Y. Lipenkov, C. Lorius, L. Pépin, C. Ritz, E. Saltzman, M. Stievenard (1999): Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica, Nature 399, 429 - 436
3. Vgl. Archaikum und Proterozoikum
4. Eigene Darstellung nach Royer, Dana L., Robert A. Berner, Isabel P. Montañez, Neil J. Tabor, and David J. Beerling (2004). "CO2 as a primary driver of Phanerozoic climate". GSA Today 14 (3): 4-10
5. Meredith, Michael P.; King, John C. (2005): Rapid climate change in the ocean west of the Antarctic Peninsula during the second half of the 20th century, Geophys. Res. Lett., 32, L19604, doi:10.1029/2005GL024042