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".

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Der Strahlungshaushalt der Atmosphäre

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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