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Über dieses Buch

Das Eiszeitalter (Quartär) ist eine Zeit extremer Klimaschwankungen, die zum Anwachsen und Abschmelzen gewaltiger Eisschilde in den hohen Breiten führten. Die tropischen Wüsten, Savannen, Regenwälder und Gebirgsregionen erlebten gleichermaßen dramatische Klimaänderungen, deren Spuren in sedimentären Ablagerungen erhalten geblieben sind. Die Kenntnis der tropischen Klimageschichte ist von größter Bedeutung, da in den Tropen und Randtropen natürliche und – neuerdings – vom Menschen ausgelöste Prozesse das weltweite Klima maßgeblich steuern. Dennoch sind aus diesen Regionen nur relativ wenige Paläoklimadaten bekannt.

Dieses Buch stellt die Klimaarchive der Tropen vor und diskutiert kritisch deren paläoklimatischen Aussagewert. Mit seiner holistischen Sicht auf der Basis von jahrzehntelangen eigenen Forschungen zeigt der Autor auf, dass mangelnde geoökologische Kenntnisse der Tropenwelt zu Fehldeutungen in den Modellierungen der Klimazukunft führen können. Die hier präsentierten Ergebnisse fordern eine Korrektur vieler weit verbreiteter Ansichten über die Bedeutung der atmosphärischen Treibhausgase für die globale Erwärmung der letzten 150 Jahre.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung
Eiszeiten und Tropen – passt das zusammen? Die Vorstellungen, die sich mit den Eiszeiten verbinden, beinhalten gewaltige Gletscher, Tundren, eine eiszeitliche Tierwelt (Mammut, Säbelzahntiger, Wollhaarnashorn, etc.), Jäger und Sammler, nicht aber tropische Wälder, Korallenriffe, eine tropische Tierwelt. Die Tropen haben die Menschheit in der alten Welt seit jeher fasziniert (Griechen, Mittelalter, Neuzeit). Es war für sie eine fremde Welt. Erst heute, durch die Globalisierung des Handels, des Fremdenverkehrs, der industriellen Produktion, der globalisierten Medien (Katastrophen!) und Märkte rücken die Tropen mehr und mehr, fast täglich, in unser Bewusstsein. Wer aber denkt schon an die Tropen, wenn Fragen der Klimageschichte der Vergangenheit diskutiert werden? Oder Probleme der Eiszeiten, der Warmzeiten, der plötzlichen Klimaänderungen? Oder Fragen nach unserer Klimazukunft?
Klaus Heine

2. Das Eiszeitalter

Zusammenfassung
Während der letzten 2,6 Mio. Jahre spielten sich dramatische Veränderungen in der Erdgeschichte ab. Im frühen Pliozän vor 5,3 bis 3,6 Mio. Jahren waren die globalen Durchschnittstemperaturen noch 3–4°C und die Arktis sogar 12°C wärmer als heute – und das bei einem CO2-Gehalt der Atmosphäre um 350–420 ppm (am 9.Mai 2013 überschritt die atmosphärische CO2-Konzentration auf dem Mauna Loa, Hawaii, zum ersten Mal seit dem Beginn der Nacheiszeit vor 11.600 Jahren den Wert von 400 ppm). Das Ende der pliozänen Wärme kündigte sich bereits vor 3,6 Mio. Jahren an, und zwar in den hohen wie auch in den niederen Breiten (Tropen). Der Temperaturgradient zwischen Tropen und Außertropen stieg an, und die Eisbedeckung der Arktis nahm langsam zu, um etwa eine Millionen Jahre später (ab 2,75 Mio. Jahre vor heute) rasch anzuwachsen. Damit beginnt das Quartär, auch Eiszeitalter genannt. Das Quartär wird durch markante globale Klimaschwankungen – kalte Glaziale (Kaltzeiten bzw. Eiszeiten) und warme Interglaziale (Warmzeiten) – charakterisiert. Ursachen, Intensität, Dauer und Verbreitung der großen und kleinen Klimaschwankungen werden vorgestellt. Durch die intensive Arktis- und Antarktisforschung der letzten Jahrzehnte basiert die Klimageschichte des Eiszeitalters vornehmlich auf Daten, die aus Eisbohrkernen gewonnen wurden, ergänzt durch Daten der marinen Paläoklimaforschung. Die Sonne, atmosphärische Aerosole und terrestrische Klimaarchive werden zu wenig beachtet.
Klaus Heine

3. Die Tropen

Zusammenfassung
Das Wesen der Tropen ist komplex, die Begriffsdefinition daher kaum eindeutig. Strahlungsklimatisch werden die Tropen durch die nördlichen und südlichen Wendekreise begrenzt. Tropen und Subtropen nehmen etwa zwei Drittel der Erdoberfläche ein. Klimatologen und Geographen haben diverse Versuche unternommen, die Tropen im Rahmen von genetischen und effektiven Klimaklassifikationen zu definieren.
Eine hygrothermische Gliederung der Tropen nimmt Lauer (1975) vor. Er entwirft eine Synthese aus thermischen Charakteristika (Warm-Tropen – Kalt-Tropen), hygrischen Merkmalen (Feucht-Tropen – Trocken-Tropen) und witterungsklimatischen Erscheinungen, die stark von der Atmosphärischen Zirkulation beeinflusst werden. Letztere wird ihrerseits wieder vom Relief, Verteilung von Land und Meer etc. modifiziert. Die Gliederung der Tropen von Lauer wird diesem Buch zugrunde gelegt. Auch Quan et al. (2013) haben aufgrund klimatischer Muster von Niederschlag, Evaporation und Atmosphärischer Zirkulation eine Abgrenzung der Tropen vorgenommen, um in Modellen das Klima zu simulieren. Eine Auswertung zahlreicher Beobachtungen hat ergeben, dass die Tropenzone in den letzten Dekaden in Verbindung mit der globalen Erwärmung größer geworden ist. Die Ausweitung des Tropengürtels ist von Bedeutung, weil sie mit einer großräumigen Verlagerung der atmosphärischen Zirkulation einhergeht. Regionale Veränderungen der Tropengrenzen werden durch Modellierungen nicht erfasst.
Klaus Heine

4. Klimaarchive

Zusammenfassung
Das Verständnis von zukünftigen Klimaänderungen hängt von der Kenntnis vergangener Schwankungen im Klimasystem ab. Zuverlässige Messreihen von Klimadaten aus wenigen Regionen der Erde decken lediglich die letzten 150 Jahre ab, sodass nur ein ganz schmales Fenster der Klimageschichte zugänglich ist. Für die Analyse verschieden langer und unterschiedlich weit zurückreichender Klimaschwankungen wird auf grundverschiedene Informationen über die Fakten von Klimaänderungen und über die möglichen Einflussfaktoren zurückgegriffen, die in der Natur in verschiedenen Systemen verfügbar sind. Diese Systeme heißen Klimaarchive und werden von der Klimaforschung seit vielen Jahren erfolgreich untersucht und ausgewertet. Damit ein System als Archiv geeignet ist, müssen Informationen aus dem Klimasystem regelmäßig aufgezeichnet und in einer Form gespeichert werden, die keinen langfristigen Änderungen unterworfen ist. Hier werden die wichtigsten terrestrischen und marinen Klimaarchive vorgestellt und hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Klimaforschung kritisch beleuchtet. Auf Unsicherheiten, Hypothesen, Annahmen etc. bei der Interpretation der Archive, ob marin oder terrestrisch, wird aufmerksam gemacht.
Klaus Heine

5. Regionale Beschreibung – Mittel- und Südamerika einschließlich der karibischen Inselwelt

Zusammenfassung
Die Paläoklimaarchive der Tropen und Randtropen von Mexiko bis Südbrasilien und deren Interpretation werden vorgestellt und kritisch diskutiert. Dabei wird die Bedeutung der quartären Vergletscherungen für die Klimarekonstruktion besonders hervorgehoben und in Beziehung zu den quartären Umweltveränderungen der mittel- und südamerikanischen Tiefländer gebracht. Ältere Gletscherspuren, die oft viel zu jung datiert werden, belegen seit dem Altquartär thermische und hygrische Klimaschwankungen, die wesentlich größer waren als die Klimaänderungen der letzten Eiszeit. Die Maximalvergletscherung der Kleinen Eiszeit ereignete sich auf der Südhemisphäre um CE 1700, nördlich des Äquators um CE 1850. Kalte Phasen zeichnen sich in den Tiefländern durch größere Aridität aus. Der orbitale und solare Einfluss auf große und kleine Klimaschwankungen wird durch viele unterschiedliche Paläoklimaarchive dokumentiert. Die terrestrischen südamerikanischen Paläoklimadaten werden vorwiegend mit den arktischen und weniger mit den antarktischen Daten korreliert. Bei Klimamodellierungen werden die terrestrischen Paläoklimadaten der neuweltlichen Tropen kaum berücksichtigt. Inwieweit das Klima menschliche Kulturen beeinflusste, wird am Beispiel Mittelamerikas erörtert und im Kapitel 9 weiter ausgeführt.
Klaus Heine

6. Regionale Beschreibung – Afrika und Madagascar

Zusammenfassung
Die Paläoklimaarchive des tropischen und randtropischen Afrika und deren Interpretation werden vorgestellt und kritisch diskutiert. Dabei wird die Bedeutung der geomorphologischen, sedimentologischen und pedologischen Archive neben den quartären Vergletscherungen für die Klimarekonstruktion besonders hervorgehoben und in Beziehung zu den quartären marinen Umweltrekonstruktionen gebracht. Der quartäre Klima- und Landschafswandel lässt sich in Afrika besser rekonstruieren als in Lateinamerika, da (i) der afrikanische Kontinent über 8000 km beiderseits des Äquators bis ca. 35° nach Norden und Süden reicht, (ii) über Dreiviertel der Fläche innerhalb der Wendekreise (23,5° N und S) liegen, (iii) größere Gebirgssysteme weder meridional (wie die Anden Südamerikas) noch latitudinal den Kontinent queren und (iv) der Wechsel vom feucht-heißen tropischen äquatorialen Regenwald bis zur extrem ariden Wüste beispielhaft ausgebildet ist. Die Klima- und Vegetationszonen werden nur in den Gebirgen Ostafrikas in ihrer breitenkreis-abhängigen Ausbildung unterbrochen. Alt- und mittelquartäre Paläoklimaarchive (u.a. Seenbildungen, Moränen, Speläotheme, Dünen) belegen seit dem Altquartär thermische und hygrische Klimaschwankungen, die wesentlich größer waren als die Klimaänderungen des letzten Eiszeitzyklus. Kalte Phasen zeichnen sich in den Tiefländern durch größere Aridität aus. Warme Phasen (Interglaziale) waren feuchter; seit dem Marine Isotope Stage 11 vor 400.000 Jahren nahm die warmzeitliche Humidität ab. Der orbitale und solare Einfluss auf große und kleine Klimaschwankungen wird durch viele unterschiedliche Paläoklimaarchive dokumentiert. Die terrestrischen afrikanischen Paläoklimadaten belegen den arktischen Einfluss nördlich des Äquators und den antarktischen Einfluss im südlichen Afrika. Bei Klimamodellierungen werden die terrestrischen Paläoklimadaten der afrikanischen Tropen kaum berücksichtigt. Inwieweit das Klima menschliche Kulturen beeinflusste, wird am Beispiel der Sahara und Ostafrikas gezeigt.
Klaus Heine

7. Regionale Beschreibung – Süd- und Südost-Asien

Zusammenfassung
Bedeutende Paläoklimaarchive des tropischen und randtropischen Süd- und Südostasien und deren Interpretation werden vorgestellt und kritisch diskutiert. Dabei wird die Bedeutung der quartären Vergletscherungen neben den geomorphologischen, sedimentologischen, pedologischen und palynologischen Archiven für die Klimarekonstruktion aufgezeigt. Alt- und mittelquartäre Paläoklimaarchive (u.a. Moränen, Speläotheme, marine Sedimente) belegen seit dem Altquartär thermische und hygrische Klimaschwankungen, die größer waren als die Klimaänderungen des letzten Eiszeitzyklus. Kalte Phasen zeichnen sich in den Tiefländern durch größere Aridität aus. Warme Phasen (Interglaziale) waren feuchter. Zeitlich hochauflösende Klimarekonstruktionen, die auf weitreichende Hypothesen verzichten können, bestehen nur für das LGM, das Termination I und das Holozän. Der orbitale und solare Einfluss auf große und kleine Klimaschwankungen (und auf das Monsunsystem) wird durch viele unterschiedliche Paläoklimaarchive dokumentiert. Die terrestrischen Paläoklimadaten belegen den arktischen Einfluss nördlich des Äquators (Heinrich event 1, Jüngere Dryas, 8,2 ka event) und den antarktischen Einfluss im südlichen Südostasien. Bei Klimamodellierungen werden die terrestrischen Paläoklimadaten der asiatischen Tropen kaum berücksichtigt.
Klaus Heine

8. Regionale Beschreibung – Australien, pazifische Inselregion (Ozeanien), Hawaii

Zusammenfassung
Die terrestrischen quartären Paläoklimaarchive von Australien, der tropischen pazifischen Inselwelt und Hawaii legen Zeugnis ab von den – auch in anderen tropischen Regionen erfassten – Klimaschwankungen mit unterschiedlichen zeitlichen Skalen. Die großen Zyklen der Glazial-/Interglazialzeiten werden für die letzten ca. 300 ka BP in den glaziären Formen und Sedimenten des Mauna-Kea-Vulkanmassivs von Hawaii, den Dünengenerationen, Strandwällen und lakustrinen Sedimenten des ariden inneren Australiens eindrucksvoll dokumentiert. Speläothemdaten der letzten ca. 500 ka BP ergänzen die Beobachtungen. Warmzeiten waren in den tropischen Regionen wärmer und feuchter, Kaltzeiten kühler und arider im Vergleich zum gegenwärtigen Klima. Quartäre Seespiegelstände und Moränen belegen einen Trend der Abnahme der Humidität seit dem MIS 11 von (Inter)glazial zu (Inter)glazial und – wie in Afrika – extreme interglaziale Humidität in den älteren Warmzeiten. Die letzte Glazialzeit und das Termination I zeigten zahlreiche Klimaschwankungen. Das MIS 4 ist im tropischen pazifischen Raum durch Gletscherbildungen in Hawaii als wesentlich kühlere Phase belegt. Die Gletschervorstöße erreichten eine größere Ausdehnung als im LGM (MIS 2). Damit zeigen sie ein ähnliches Verhalten wie die Gletscher im tropischen SE- und S-Asien, E-Afrika und S-Amerika. Das LGM war relativ kalt (ca. 5°C kühler als heute: 3–7°C niedrigere Temperaturen im tropischen Australien, Indonesien und Papua-Neuguinea; bis zu 8°C kälter im Innern von SE-Australien; ca. 7°C kühler in Hawaii) und trocken (ca. 30% weniger Niederschläge als heute, aufgrund eines schwächeren Sommermonsuns und einer Nordwärtsverschiebung der ITCZ ). Die SSTs waren ca. 5°C kälter und erwärmten sich nach ca. 20 ka BP schnell; um ca. 15 ka BP erreichten sie die heutigen Werte. Südlich von Australien und in und um Neuseeland gibt es Hinweise auf das ACR, während die YD nicht nachweisbar ist. Zahlreiche Paläoklimaarchive zeigen den großen Einfluss von global und solar forcing.
Klaus Heine

9. Menschheitsentwicklung und Klima (Exkurs)

Zusammenfassung
Klima und biologische Evolution sind während der Erdgeschichte eng miteinander verknüpft. Das Klima spielt eine Rolle bei der Entwicklung und Adaption der Hominini (Hominiden) nicht nur in der Vergangenheit, sondern – vermutlich – auch in der Zukunft. Viel ist über Rückkoppelungen zwischen Klimaschwankungen und Menschheitsentwicklung diskutiert worden. Verschiedene Hypothesen nehmen an, dass die klimatisch bedingten Umweltveränderungen der letzten 7 Mio. Jahre verantwortlich für die Hominini-Entwicklung (Hominin Speciation) waren, für den morphologischen Wandel zum aufrechten zweibeinigen Gang, zum größeren Hirnvolumen, zu angepassten Verhaltensweisen (Behavioral Adaptability), zu kulturellen Innovationen (Nutzung von Steinwerkzeugen seit 3,3 Ma; regelmäßige Nutzung des Feuers seit 0,5 Ma) und interkontinentalen Wanderungen. Diese Hypothesen basieren auf Korrelationen von globalen Klimaänderungen, die in marinen und terrestrischen Klimaarchiven gespeichert sind, mit Ereignissen in der Hominini-Evolution, die in den terrestrischen, fossilienführenden Sedimenten dokumentiert werden. Ursache-Wirkung-Beziehungen zwischen Klima und Menschheitsentwicklung herzustellen, ist mühsam, eröffnet aber zahlreiche Herausforderungen für die Paläoanthropologie und die Geowissenschaften. Bedeutende Klimaproxys und die Hominini-Evolution werden gegenüber gestellt. Die Beziehungen zwischen Klima und Umweltveränderungen einerseits und den Ursprüngen der Hominini müssen auf einem theoretischen Fundament aufbauen in Verbindung mit einem kausalen Verständnis der Zusammenhänge zwischen Klima, Umwelt, Verteilung der Ressourcen, Hominini-Verhalten und Hominini-Gestalt. Die strikte Korrelationsforschung, die heute oft noch dominiert, muss überwunden werden.
Klaus Heine

10. Versuch einer Synopse (Globale Synthesen)

Zusammenfassung
Die Einflussfaktoren des Klimageschehens im Quartär sind nicht mit den gegenwärtigen vergleichbar und daher kein Schlüssel für die Klimaentwicklung der Zukunft. Der solare Strahlungshaushalt hat die Erwärmung seit AD 1850 maßgeblich beeinflusst, doch Aerosole, Treibhausgase, anthropogen bedingte Albedoänderungen und vieles andere mehr werden die natürliche Klimaentwicklung in der Zukunft stark prägen. Daher bleibt eine Vorhersage für die Klimazukunft, die auf den Gegebenheiten der Vergangenheit basiert, hypothetisch. Aus diesem Grund werden in den Kapiteln über das Eiszeitalter (Kap. 2), über die Tropen (Kap. 3) und über die Klimaarchive (Kap. 4) zahlreiche Forschungsergebnisse präsentiert, die die Möglichkeiten und Grenzen der Klimamodellierungen der Zukunft aufzeigen. Zurzeit kann noch nicht angegeben werden, welchen Einfluss der Mensch auf die Klimaentwicklung der letzten Jahrtausende, Jahrhunderte und Jahrzehnte ausgeübt hat. Sicher ist, dass die anthropogenen forcings sehr vielfältig sind. Ständig werden neue Erkenntnisse über den Einfluss einzelner Parameter (Aerosole, Sonnenwind, Wolken, etc.) auf das irdische Klima gewonnen. Daher ist es nicht möglich, anthropogene und natürliche Klima-forcings hinreichend exakt zu quantifizieren, um – wie von der Weltklimakonferenz gefordert – konkrete Maßnahmen zur globalen Klimabeeinflussung (Reduzierung der Erderwärmung auf ≤ 2°C seit AD 1850) zu treffen. Die Zukunft wird zeigen, ob die Zunahme des CO2atm-Gehalts (ohne weitere einschneidende Maßnahmen) reduziert werden kann und dadurch der gewünschte Erfolg eintreten wird. Vorerst muss sich die Menschheit auf eine weitere Erderwärmung einstellen, und zwar mit allen „Begleiterscheinungen“ (Meeresspiegelanstieg, Verschiebung und qualitative Änderungen der Klima- und Landschaftszonen, etc.).
Klaus Heine

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