Sonne steuerte eiszeitliches Klima
Geringe Aktivität korreliert mit strengen Wintern auf der Nordhalbkugel.
Der bekannteste Aktivitätszyklus der Sonne ist der elfjährige Sonnenfleckenzyklus. Es sind aber auch Schwankungen auf anderen Zeitskalen bekannt. Sonnenflecken sind Stellen auf der Oberfläche der Sonne, die dunkler erscheinen, weil sie kühler sind und entsprechend weniger Strahlung abgeben. Gleichzeitig verlässt dort aber sehr energiereiche Strahlung, vor allem im UV-Bereich, die Sonne. Während des Sonnenfleckenminimums gibt es weniger Sonnenflecken und es kommt daher weniger energiereiche Sonnenstrahlung auf der Erde an, bei einem Sonnenfleckenmaximum ist es genau umgekehrt.
Abb.: Magnetfelder treten aus bestimmten Regionen der Sonnenoberfläche aus und vermindern dadurch lokal die Leuchtkraft der Sonnenstrahlen. Sonnenflecken werden somit als dunkle Flecken wahrgenommen. (NASA / ESA)
Mehr Sonnenstrahlung, insbesondere im UV-Bereich, führt im Sonnenfleckenmaximum zu einer Erwärmung der Stratosphäre in den Tropen und zu einer verstärkten Ozonproduktion. Dies führt wiederum zu Zirkulationsänderungen in der Atmosphäre, die bis zum Erdboden zu spüren sind. Die Mechanismen, wie Änderungen in der Sonnenaktivität die Atmosphäre beeinflussen, sind allerdings immer noch Gegenstand aktueller Forschung. Insbesondere wird über den Zusammenhang von großen Sonnenfleckenminima mit kalten, schneereichen Wintern spekuliert, sowie ob die momentan geringere Sonnenaktivität für die Pause in der globalen Erderwärmung verantwortlich sein könnte.
Wissenschaftlern der Universität Lund in Schweden ist es in Kooperation mit Forschern des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel gelungen, die Sonnenaktivität bis zur letzten Eiszeit zu rekonstruieren. Um Aufschlüsse über die Sonnenaktivität zu einer Zeit zu bekommen, in der Schweden und Norddeutschland unter einem dicken Eispanzer lagen, verwendete das Team Eisbohrkerne aus Grönland. Die Auswertung funktioniert ähnlich wie bei Baumringen: Im Eisbohrkern sind verschiedene Schichten zu sehen, die Informationen über Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse enthalten. Die radioaktiven, kosmischen Moleküle Beryllium und Kohlenstoff spielen hierbei eine wichtige Rolle. Sie entstehen nämlich immer dann in der Atmosphäre, wenn das Magnetfeld der Erde zu schwach ist und viel kosmische Strahlung durchlässt. Wenn im Eisbohrkern also viel radioaktives Beryllium und Kohlenstoff vorhanden ist, weist das auf eine schwache Schutzschicht und somit auf eine geringe Sonnenaktivität hin.
Eine kombinierte Analyse aus Eisbohrkernen und Tropfsteinen erlaubte eine Rekonstruktion der Sonnenaktivität bis zum Ende der letzten Eiszeit. Sie zeigen, dass der elfjährige Sonnenfleckenzyklus auch damals existierte. „Erstmals ist es gelungen eine hochauflösende Aufzeichnung der Sonnenaktivität nachzuweisen“, sagt GEOMAR-Forscherin Katja Matthes. „Mit unserem Klimamodell, welches die Übertragung des Sonnensignales von der Stratosphäre bis zum Erdboden genauer als andere Modelle enthält, konnten wir die für ein Sonnenfleckenminimum typischen atmosphärischen Zirkulationsmuster rekonstruieren und so Rückschlüsse auf mögliche Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse über Grönland gewinnen, die den Verhältnissen zum Ende der letzten Eiszeit sehr nahe kommen. Die Übereinstimmung ist beeindruckend und lässt vermuten, dass der Mechanismus für die Beeinflussung des Klimas durch solare Aktivität damals und heute sehr ähnlich funktioniert.“
Die Ergebnisse bestätigen die Hinweise aus anderen Studien, dass Jahre mit geringer Sonnenaktivität mit strengen Wintern auf der Nordhalbkugel zusammenhängen. Ein Beispiel dafür ist der starke Wintereinbruch, verbunden mit Schneefall und Stürmen in Nordeuropa und Nordamerika 2008 und 2010 während eines Sonnenfleckenminimums. „Der Effekt der Sonnenaktivität auf regionale Klimaschwankungen ist sehr aufschlussreich. Abschätzungen der zukünftigen Sonnenaktivität könnten zu genaueren Klimavorhersagen innerhalb der nächsten Jahrzehnte führen“, so Matthes.
GEOMAR / RK
