Warum gibt es Eis- und Warmzeiten? Natürliche Klimaveränderungen

Auf dem Höhepunkt der letzten großen Eiszeit war es bitterkalt. Und zwar so kalt, dass ein Drittel der Landfläche unter dicken Eispanzern verschwand. All das liegt etwa 20.000 Jahre zurück. Im Lauf der Jahrtausende stiegen die Temperaturen wieder an. Heute leben wir in einer Warmzeit und nur noch zehn Prozent der Landfläche sind vereist. Doch es war bei weitem nicht die erste Klimaveränderung auf unserem Planeten. Seit die Erde vor 4,6 Milliarden Jahren entstand, wurde es mal wärmer und mal kälter – ganz ohne Beteiligung des Menschen. Aber warum?

Nur noch ein Zehntel der Landoberfläche ist heute vereist
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Was die natürlichen Klimaveränderungen auslöst, versuchen Klimaforscher seit langem herauszufinden. Eine Erklärung dafür ist, dass die Erde beim Umkreisen der Sonne etwas „eiert“. Das kann man sich ähnlich vorstellen wie bei einem Kreisel, nur in viel größerem Maßstab. Sowohl die Neigung der Erdachse als auch die Umlaufbahn der Erde verschieben sich im Lauf von Jahrtausenden, und zwar in einem regelmäßigen Kreislauf. Durch dieses „Eiern“ ändern sich auch Menge und Verteilung der einstrahlenden Sonnenenergie. Über lange Zeiträume hinweg schwanken dadurch die Temperaturen und führen zu Eis- und Warmzeiten.

Die Erde „eiert“ um die Sonne wie ein Kreisel
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Auch die Verteilung der Kontinente spielt bei den Schwankungen eine Rolle. Denn ihre Lage hat sich im Lauf der Erdgeschichte ständig verschoben. Wenn große Landmassen den Nord- oder Südpol erreichten, konnten sich dort gewaltige Eismengen ansammeln. Das Eis reflektierte einen großen Teil der Sonnenstrahlen, es wurde noch kälter. Erst wenn sich der Kontinent wieder vom Pol entfernte, stiegen die Temperaturen und ein Ende der Eiszeit war in Sicht.

Eis und Schnee reflektieren mehr Sonnenenergie als das Land
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Die Zusammensetzung der Atmosphäre wirkt sich ebenfalls auf das Klima aus. Je größer der Anteil an Treibhausgasen, wie Kohlendioxid oder Wasserdampf, desto stärker heizt sich die Atmosphäre auf. Ihr Gasgemisch kann durch natürliche Vorgänge verändert werden, beispielsweise durch einen Vulkanausbruch. Spuckt ein Vulkan Feuer und Asche, werden dabei winzige Teilchen hoch in die Luft geschleudert, die Aerosole. Sie reflektieren die Sonnenstrahlen, bevor diese die Erdoberfläche erreichen. Die Temperatur auf der Erde sinkt – zumindest kurzfristig. So folgte dem Ausbruch des Vulkans Tambora im Jahr 1815 ein „Jahr ohne Sommer“. An der Ostküste Nordamerikas fegten damals, mitten in der wärmsten Jahreszeit, Schneestürme über das Land. Die Folge waren katastrophale Missernten.

Vulkanausbrüche jagen Aerosole in die Luft
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Im Unterschied zu diesen natürlichen Klimaveränderungen im Lauf der Geschichte ist der aktuelle Klimawandel vom Menschen selbst verursacht. Dass die Durchschnittstemperatur seit gut 150 Jahren steigt, liegt vor allem daran, dass die Menschen immer mehr Kohlendioxid produzieren.

Der Mensch bläst Klimagase in die Atmosphäre
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Drei Kilometer Eis am Stiel

Klimaforscher finden am Südpol uralte Luft

Genau 3270,2 Meter tief reicht der Eiskern, den Klimaforscher mitten in der Antarktis gebohrt haben. Ganz unten ist das Eis fast eine Million Jahre alt. Der gut drei Kilometer lange Eiskern verrät Klimaforschern vieles über die letzten acht Eiszeiten.

Es ist eine Sensation für die Wissenschaft: Im Rahmen des Forschungsprojekts „Epica“ haben Klimaforscher den Eispanzer der Antarktis komplett durchbohrt. Auf der Forschungsstation Dome Concordia stießen die Forscher nach neun Jahren Bohrzeit auf Felsen und erreichten so den tiefsten Punkt der Bohrung: In 3270,2 Meter Tiefe sind Luft und Eis ganze 900.000 Jahre alt. Die Proben aus diesem Eisbohrkern werden allerhand Neues über die Klimageschichte der Erde erzählen. So enthalten sie Informationen über die letzten acht Eis- und Warmzeiten, zum Beispiel über die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre.

Die verschiedenen Eisschichten sind wie Jahresringe des Klimas. Jedes Jahr fällt Schnee auf das Eis und bildet eine neue Schicht. Der Eisschild besteht also aus vielen übereinander liegenden Jahresschichten. In diese uralten Eisschichten sind Luftbläschen eingeschlossen, die Aufschluss über die Klimageschichte der Erde geben. Wie stark schwankten über Jahrtausende die Treibhausgase in der Luft? Wie entwickelten sich die Temperaturen über lange Zeiträume? Antworten auf diese Fragen sind in den Eisschichten verewigt.

Um dem drei Kilometer langen Eiskern möglichst viel Information zu entlocken, wird er in Stücke gesägt und in Forschungslabors transportiert. Im Kühlhaus werden die Stücke aufbewahrt bis das Eis im Labor genauer untersucht werden kann.

Stücke eines antarktischen Eisbohrkerns
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Antarktischer Eisbohrkern
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Was hat der Whisky mit dem Klima zu tun?
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Klimaforschung im Whisky-Glas

Viele Entdeckungen sind dem Zufall zu verdanken. So beobachtete der französische Eisforscher Claude Lorius, wie Eisstückchen in einem Glas Whisky schmolzen. Dabei fielen dem Wissenschaftler Luftbläschen auf, die im Eis eingeschlossen waren. Als die Bläschen beim Schmelzen der Würfel zerplatzten, kam Lorius auf eine geniale Idee: Die Luftbläschen waren Zeugen für die Zusammensetzung der Luft. Vielleicht könnte man auf ähnliche Weise die Klimageschichte der Erde erforschen, nämlich indem man uralte Eisschichten anbohrt. Dieser Gedanke kam Claude Lorius 1965. In den kommenden Jahren setzte er seine Idee in die Tat um. Groß angelegte Forschungsprojekte auf Grönland und in der Antarktis untersuchten die Klimageschichte mit Hilfe von Eisbohrkernen. Das Ergebnis ist vorzeigbar: Die jüngste Bohrung von Dome Concordia in der Antarktis brachte nun sogar Einblick in 900.000 Jahre Klimageschichte!

Warme Zeiten – kalte Zeiten

Es gab Zeiten auf der Erde, da waren große Landflächen unter einer dicken Eisdecke begraben. Die Eismassen drangen zeitweise sogar bis in die Nähe des Äquators vor. Im Wechsel mit den Eiszeiten erfassten diesen Planeten gigantische Hitzewellen. Über Jahrmillionen war es so heiß, dass sogar am Nordpol Palmen wachsen konnten. Seit es die Erde gibt, wechseln sich Eis- und Warmzeiten ab. Klimawechsel gab es also schon lange bevor der Mensch die Erde bewohnte. Und diese natürlichen Klimaveränderungen hinterließen ihre Spuren.

In einer frühen Eiszeit reichten die Eismassen bis in die Tropen
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Pollenfunde beweisen: Am Nordpol wuchsen einst Palmen
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Während der Eiszeiten breiteten sich die Gletscher aus. Eismassen schliffen über den Untergrund, hobelten Täler aus und schoben Geröllmassen vor sich her. Solange es kalt war, blieben große Wassermengen im Eis gebunden, was den Meeresspiegel sinken ließ. Sobald die Temperaturen wieder stiegen, schmolz das Eis und auch der Meeresspiegel stieg wieder an. Täler und Senken füllten sich mit Wasser, wurden zu Flüssen und Seen.

Schmilzt das Eis, steigt der Meeresspiegel
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Tiere und Pflanzen erschienen oder verschwanden mit den Temperaturwechseln. In einer besonders warmen Phase lebten zum Beispiel viele verschiedene Dinosaurierarten. Als es kühler wurde, starben viele von ihnen aus. Typisch für die letzte Eiszeit waren Tiere wie Mammut, Rentier oder Wisent. Mit den steigenden Temperaturen verschwanden sie von der Bildfläche oder sie zogen in kühlere Regionen. Rentiere zum Beispiel haben ihre Heimat noch heute in Nordeuropa, Sibirien und Kanada.

Rentiere haben das Ende der Eiszeit überstanden…
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…Mammuts sind ausgestorben.
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Die Erdzeitalter

Seit ihrer Entstehung hat sich die Erde stark verändert: Berge, Meere und Kontinente sind entstanden und vergangen, Tier- und Pflanzenarten haben sich ausgebreitet und sind ausgestorben. Die meisten dieser Veränderungen passierten sehr langsam, über viele Millionen Jahre hinweg. Aber ab und zu gab es einschneidende Ereignisse: Innerhalb weniger tausend Jahre änderten sich die Umweltbedingungen drastisch.

Äonen: Die großen Kapitel der Erdgeschichte
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Für die Wissenschaftler, die die Geschichte der Erde erforschen, sind diese drastischen Veränderungen wie ein neues Kapitel in einem Buch: Sie unterteilen die Erdgeschichte in verschiedene Abschnitte, die Äonen genannt werden.

Zu Beginn, vor 4,5 Milliarden Jahren war die Erde völlig unbewohnbar. Sie entstand als eine heiße Kugel aus glühendem geschmolzenem Gestein, umgeben von heißen, ätzenden und giftigen Gasen. Das klingt wie eine Beschreibung der Hölle – und vom griechischen Wort „Hades“ für Hölle stammt auch der Name dieser Zeit: Hadaikum. Es endete vor etwa vier Milliarden Jahren mit der ersten großen Veränderung: Die Erde war so weit abgekühlt, dass die Oberfläche fest wurde – die Erde bekam eine Kruste.

Im Hadaikum war die Erde eine Kugel aus flüssigem Gestein
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Die Erde kühlte weiter ab, so dass sich auf der Kruste flüssiges Wasser sammeln konnte: Meere entstanden. Und in diesen Meeren begann vor etwa 3,8 Milliarden Jahren das Leben – zunächst aber nur in Form einfachster Bakterien. Das griechische Wort für Ursprung oder Beginn steckt im Namen dieser Zeit: Archaikum. Eine wichtige Klimaveränderung vor etwa 2,5 Milliarden Jahren markierte den Übergang zur nächsten Epoche: Die primitiven Lebewesen begannen, die Umwelt zu beeinflussen. Sie produzierten Sauerstoff, der bislang in der Atmosphäre fast gar nicht vorkam.

Die frühen einzelligen Lebensformen wurden mit der Zeit komplexer, sie bildeten Zellkerne. Später begannen einige auch, dauerhaft in Verbünden zusammenzuarbeiten – daraus wurden schließlich die ersten mehrzelligen Organismen. Allerdings hatten sie noch keine festen Schalen oder Skelette, so dass aus dieser Zeit kaum Fossilien erhalten sind. Dieser Zeit vor dem Entstehen der Fossilien verdankt diese Epoche ihren Namen: Proterozoikum.

Das Proterozoikum endete vor 550 Millionen Jahren mit einer Explosion des Lebens: Innerhalb kurzer Zeit entwickelte sich aus den primitiven Lebensformen eine enorme Artenvielfalt. Diese Arten waren viel komplexer gebaut – und einige hatten auch schon harte Schalen, die erstmals als Fossilien erhalten blieben. Daher wird für die Wissenschaftler die Geschichte des Lebens erst ab diesem Zeitpunkt so richtig sichtbar. Und nach dem griechischen Begriff für „sichtbar“ ist auch diese Epoche bennant: Phanerozoikum.

Dieses Zeitalter des Lebens dauert seit 550 Millionen Jahren bis heute an. Allerdings verlief auch die Entwicklung des Lebens nicht gleichmäßig: Nach der explosionsartigen Ausbreitung des Lebens gab es zwei verheerende Massensterben. Diese markieren weitere wichtige Einschnitte in der Erdgeschichte, so dass Wissenschaftler das Zeitalter des Lebens, das Phanerozoikum in drei Abschnitte, Ären genannt, einteilen.

Die Abschnitte des Phanerozoikum
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Die älteste Ära des Phanerozoikum begann vor 550 Millionen Jahren mit der massenhaften Entstehung neuer Arten. Man nennt sie das Erdaltertum oder Paläozoikum. Zunächst spielte sich das Leben nur in den Ozeanen ab. Dann besiedelten die Pflanzen das Land, später zog auch die Tierwelt nach: Zuerst entwickelten sich die Amphibien, die sich bereits ein wenig an Land vortasten konnten, und schließlich auch Reptilien, die unabhängig vom Wasser wurden und das Land eroberten. Das Erdaltertum endete vor etwa 251 Millionen Jahren mit dem größten Massensterben aller Zeiten: Über 90 Prozent aller Tier- und Pflanzenarten starben aus, vor allem in den Meeren. Der Grund ist bis heute nicht endgültig geklärt. Wissenschaftler vermuten, dass eine Eiszeit schuld war, möglicherweise als Folge eines Meteoriteneinschlags.

Als sich die überlebenden Tier- und Pflanzenarten an ihre neue Umwelt gewöhnen mussten, brach das Erdmittelalter oder Mesozoikum an. Es ist vor allem das Zeitalter der Dinosaurier: Riesige Echsen entwickelten sich und beherrschten das Leben fast 200 Millionen Jahre lang. Doch auch das Erdmittelalter endete mit einem einschneidenden Ereignis: Vor etwa 65 Millionen Jahren schlug ein großer Meteorit auf der Erde ein. Dabei wurde so viel Staub und Asche in die Luft geschleudert, dass sich der Himmel verdunkelte und sich das Klima für lange Zeit veränderte. Die Dinosaurier und viele andere Arten starben aus.

Das Erdmittelalter war die Zeit der Dinosaurier, wie Stegosaurus ...
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... und Tyrannosaurus Rex.
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Davon profitierten vor allem kleine Säugetiere, die sich am besten an den Klimawandel anpassen konnten. Sie hatten sich bereits im Erdmittelalter entwickelt, waren aber im Schatten der Dinosaurier geblieben. Nun konnten sie sich rasant ausbreiten, die unterschiedlichsten Lebensräume erobern und sich immer weiter entwickeln. Auch der Mensch stammt von dieser Gruppe ab. Dieses jüngste Zeitalter hält bis heute an und wird daher auch die Erdneuzeit oder Känozoikum genannt.

Die Erdneuzeit gehört den Säugetieren
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Die Erdneuzeit gehört den Säugetieren
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Die Erdneuzeit gehört den Säugetieren
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Diese grobe Einteilung der Erdgeschichte orientiert sich an sehr einschneidenden Veränderungen des Lebens: Explosionsartige Vermehrung oder Massensterben. Dazwischen gab es aber weitere Umbrüche durch verschiedene andere Einflüsse – Veränderungen der Meere und Kontinente durch die Kontinentalverschiebung, Klimawandel zwischen Eis- und Warmzeiten, Zusammensetzung der Luft und vieles mehr. Immer bevorzugten die neuen Bedingungen einzelne Arten und benachteiligten andere. So können die drei Abschnitte des Phanerozoikum (Zeitalter des Lebens) noch jeweils in mehrere Perioden unterteilt werden.

Übersichtstabelle der Erdzeitalter
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Wie bewegt sich die Erde?

Jeden Morgen sehen wir, wie die Sonne aufgeht, über den Himmel wandert und abends wieder untergeht. Für uns sieht es so aus, als bewege sich die Sonne um die Erde. Noch bis ins späte Mittelalter hinein haben viele Menschen tatsächlich geglaubt, die Erde stehe still in der Mitte des Universums und alles kreise um sie herum.

Heute wissen wir, dass es genau umgekehrt ist: Tag und Nacht erleben wir, weil sich die Erde dreht. Und die Erde steht weder still noch im Mittelpunkt, sondern sie kreist um die Sonne.

Dabei hält die Anziehungskraft der Sonne die Erde fest, wie an einer langen Leine. Genauer gesagt: einer fast 150 Millionen Kilometer langen Leine. So groß ist der Abstand, in dem die Erde um die Sonne kreist.

Die Zeit, die die Erde für eine Umkreisung braucht, nennen wir ein Jahr. In dieser Zeit legt die Erde eine Strecke von etwa 940 Millionen Kilometern zurück. Das bedeutet, sie rast mit einer Geschwindigkeit von über 100000 km/h durchs All! (Das sind fast dreißig Kilometer pro Sekunde.)

Übrigens ist die Erdumlaufbahn nicht exakt kreisrund, sondern ein ganz kleines bisschen in die Länge gezogen: Anfang Januar steht die Erde der Sonne am nächsten. Ein halbes Jahr später, Anfang Juli, ist der Abstand am größten. Die Erde ist dann ein paar Millionen Kilometer weiter von der Sonne entfernt als im Januar. Mit dem Wechsel der Jahrszeiten hat das aber nichts zu tun: Der Unterschied ist so klein, dass sich die Menge an Sonnenlicht kaum ändert. (Und außerdem ist ja, wenn die Erde im Januar näher an der Sonne steht, bei uns auf der Nordhalbkugel Winter.)

Die Wirkung von Sonnenlicht

Im Inneren der Sonne ist es unvorstellbar heiß: Ganze 15 Millionen Grad herrschen hier. An der Oberfläche der Sonne sind es immerhin noch 5.600 Grad Celsius. Damit ist die Sonne weißglühend und erscheint unserem Auge als weiße Kugel.

Die Sonne strahlt Licht und Wärme in alle Richtungen
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Ohne die Sonne gäbe es kein Leben auf diesem Planeten, jedenfalls nicht so wie wir es heute kennen. Die Sonne ist eine gigantische Energiequelle, die Licht und Wärme ins Weltall strahlt. Ein Teil ihrer Strahlung erreicht auch die Erde. Diese Energie erwärmt unsere Atmosphäre, den Erdboden und die Meere.

Ihre Energie erreicht auch die Erde
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Am stärksten heizt die Sonne die Gegend um den Äquator auf, denn dort treffen ihre Strahlen senkrecht auf eine relativ kleine Fläche. Die Pole erreichen die Sonnenstrahlen dagegen in einem flacheren Winkel. Hier verteilt sich die Sonnenenergie daher auf eine größere Fläche; und in diesen Regionen bleibt es kühler. So sorgt die verschieden starke Sonneneinstrahlung für unterschiedliche Klimazonen. Auch Jahreszeiten und Wetter sind das Ergebnis von unterschiedlich starker Sonneneinstrahlung.

Am Nordpol verteilen sich die Sonnenstrahlen auf eine große Fläche
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Würde die Erde die gesamte Sonnenenergie speichern, wäre es hier in kürzester Zeit unerträglich heiß. Das ist schon an einem heißen Sommertag zu spüren, wenn die Temperatur nach Sonnenaufgang in kürzester Zeit auf 30 Grad Celsius klettert. Damit das Klima über Jahrhunderte stabil bleiben kann, muss die Erde etwa die gleiche Menge der gelieferten Sonnenenergie auch wieder loswerden.

Wo die Sonne scheint, wird es schnell warm
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Das geschieht durch die Strahlung der Erde ins All. Etwa ein Drittel der Sonnenenergie wird von Atmosphäre, Landfläche, Gewässern und Eismassen sofort zurückreflektiert. Den Rest an Energie nimmt die Erde zunächst in Form von Wärme auf. Diese Wärme gibt sie dann langsam und in alle Himmelsrichtungen wieder an den Weltraum ab.

Tag und Nacht gibt die Erde Wärme ab
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Kontinente auf Wanderschaft

Lange Zeit dachte man, die Landmassen der Erde würden starr an Ort und Stelle stehen. Später stellte sich heraus: Das Gegenteil ist der Fall. Die Kontinente unseres Planeten bewegen sich! Wie gewaltige Eisschollen treiben sie in unterschiedliche Richtungen, wenn auch nicht sehr schnell. Ihre Geschwindigkeit entspricht etwa dem Wachstum eines Fingernagels. Doch woran liegt es, dass die Kontinente ständig auf Wanderschaft sind?

Auch wenn es nicht so aussieht: Die Kontinente bewegen sich
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Die Erdkruste, die unseren Planeten umhüllt, ist spröde und rissig. Sie ähnelt einer zersprungenen Eierschale und setzt sich aus sieben großen und vielen kleineren Platten zusammen. Einige von ihnen bilden die Kontinente, andere den Ozeanboden. Diese Platten der Erdkruste treiben auf einem heißen, zäh fließenden Gesteinsbrei umher und werden dabei von Bewegungen im Erdinneren angetrieben, genauer gesagt: von Strömungen des Erdmantels. Fachleute sagen auch: Sie driften. All diese Vorgänge rund um die Bewegung der Erdplatten heißen Plattentektonik, die Bewegung selbst auch Plattendrift.

Die Erdkruste ist zersprungen wie eine Eierschale
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Dort, wo die einzelnen Platten aneinander grenzen, ist die Erde besonders aktiv. An einigen dieser Plattengrenzen dringt heißes Gestein aus dem Erdmantel nach oben und kühlt sich ab. Hier bildet sich neue Erdkruste: die beiden Platten wachsen und werden dadurch auseinandergedrückt. Dort dagegen, wo zwei Platten aufeinander prallen, wird die leichtere von ihnen – die kontinentale Kruste – zusammengeknautscht und zu Gebirgen aufgefaltet. Die schwerere der beiden – die ozeanische Kruste – verschwindet dagegen langsam in der Tiefe. Durch die Hitze im Erdinneren wird ihr Gestein wieder aufgeschmolzen. Während die Kante der Platte in der Tiefe versinkt, zieht sie den Rest der Platte hinter sich her und treibt so die Plattenbewegung zusätzlich an.

Aufgefaltete Erdkruste: Die Alpen
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Entlang solcher Plattenränder häufen sich Vulkanausbrüche, Erdbeben, lange Gebirgsketten und tiefe Ozeangräben. Die meiste Unruhe an der Erdoberfläche bringt die größte ihrer Platten mit sich: Es ist die Pazifische Platte, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 Zentimetern pro Jahr nach Nordwesten rückt. An ihren Rändern finden sich die meisten aktiven Vulkane der Erde, heftige Erdbeben erschüttern die Region. Wegen der häufigen Vulkanausbrüche und Beben heißt diese Plattengrenze auch der „Pazifische Feuerring“.

Spektakel am Plattenrand: Ein Vulkan spuckt Feuer
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Eine Hülle aus Gas

Vom Weltraum gesehen erscheint sie wie ein feiner bläulicher Schleier, der sich um die Erde legt: die Atmosphäre. Sie ist die Lufthülle, die unseren Planeten umgibt. Im Vergleich zum Durchmesser der Erde ist diese Hülle ziemlich dünn: Wäre die Erde so groß wie ein Apfel, dann hätte die Atmosphäre etwa die Dicke seiner Schale.

Die Atmosphäre liefert Sauerstoff zum Atmen
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Ohne die Atmosphäre gäbe es auf diesem Planeten kein Leben, denn Pflanzen, Tiere und Menschen benötigen Luft zum Atmen. Sie schützt uns vor der Kälte und vor schädlicher Strahlung aus dem Weltall. Außerdem lässt sie Meteoriten verglühen, bevor sie auf der Erdoberfläche einschlagen können. Diese Lufthülle ist für uns lebenswichtig – aber woraus besteht sie eigentlich?

Nur etwa ein Fünftel der Atemluft ist Sauerstoff
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Die Atmosphäre ist ein Mix aus verschiedenen Gasen. Ein großer Teil dieses Gasgemischs ist Stickstoff: Mit 78 Prozent sind das fast vier Fünftel der gesamten Atmosphäre. Nur 21 Prozent bestehen aus Sauerstoff, den wir zum Atmen brauchen. Das restliche eine Prozent machen verschiedene Spurengase aus – also Gase, die nur in Spuren in der Atmosphäre vorkommen. Zu diesen Spurengasen gehören Methan, Stickoxide und vor allem Kohlendioxid, kurz CO2 genannt. Obwohl der CO2-Anteil recht gering ist, hat dieses Spurengas gewaltigen Einfluss auf unser Erdklima. Das zeigt sich am Treibhauseffekt, der unseren Planeten aufheizt.

Auf den Gipfeln des Himalaya ist die Luft sehr dünn
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Dass die Erde überhaupt eine Atmosphäre hat, liegt an der Schwerkraft. Sie hält die Gasmoleküle auf der Erde fest und verhindert, dass diese einfach ins Weltall hinaus fliegen. Tatsächlich wird die Luft mit steigender Höhe und damit abnehmender Schwerkraft immer dünner. Schon ab 2000 Metern über dem Meeresspiegel kann sich das für den Menschen unangenehm bemerkbar machen: Er leidet an der Höhenkrankheit mit Atemnot, Kopfschmerzen und Übelkeit. Extrembergsteiger, die hohe Gipfel wie die 8000er des Himalaya erklimmen wollen, nehmen daher meistens künstlichen Sauerstoff mit auf ihre Tour.

Der Treibhauseffekt

In einem Treibhaus können Gemüse oder Blumen auch dann gedeihen, wenn es draußen kalt ist. Das liegt daran, dass Treibhäuser aus Glas gebaut sind. Das Glas – oder auch eine durchsichtige Folie – lässt die kurzwelligen Sonnenstrahlen ungehindert ins Innere gelangen: Die Luft erwärmt sich. Für die langwellige Wärmestrahlung dagegen ist das Glas undurchlässig, die Wärme kann also nicht mehr hinaus. Darum wird es in einem Treibhaus mollig warm.

Im Treibhaus wachsen Pflanzen auch bei niedriger Außentemperatur
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Etwas Ähnliches geschieht im großen Maßstab auf der Erde. Die Treibhausgase Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf sind von Natur aus in der Atmosphäre enthalten. Wasserdampf gelangt durch Verdunstung in die Luft, Kohlendioxid dadurch, dass wir ausatmen. Auch Vulkanausbrüche tragen zum natürlichen Kohlendioxidgehalt der Luft bei. Beide Gase haben den gleichen Effekt wie das Glas eines Treibhauses: Sie lassen die kurzwelligen Sonnenstrahlen bis zur Erde vordringen. Gleichzeitig behindern sie, wie eine unsichtbare Schranke, die langwellige Wärmestrahlung auf ihrem Rückweg ins All. Die Wärme staut sich und die Atmosphäre heizt sich auf.

Wasserdampf hält die Wärme auf der Erde fest
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Ohne den natürlichen Treibhauseffekt wäre es auf der Erde viel kälter
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Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt wäre kaum Leben auf der Erde möglich, denn für die meisten Lebewesen wäre es viel zu kalt. Anstatt der aktuellen Durchschnittstemperatur von plus 15 Grad würden hier eisige minus 18 Grad Celsius herrschen. Die Erdoberfläche wäre tiefgefroren!

Das Treibhausgas Kohlendioxid entsteht beim Verbrennen …
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Das Problem beginnt dann, wenn wir den Anteil an Treibhausgasen in der Atmosphäre zusätzlich erhöhen. Das geschieht vor allem durch das Verbrennen von Erdöl, Erdgas und Kohle. Wohnung heizen, Auto fahren, Müll verbrennen: Bei all diesen Vorgängen wird Kohlendioxid ausgestoßen. Dieses CO2 hat den größten Anteil am menschengemachten Treibhauseffekt. Aber auch der Anbau von Reis oder die Rinderhaltung verstärken den Effekt: In den Mägen von Wiederkäuern und in den überfluteten Böden der Reisfelder entstehen große Mengen Methan (CH4) – ebenfalls ein Treibhausgas. Zusätzlich gehören noch Lachgas, Ozon und Fluorkohlenwasserstoff zu den Treibhausgasen. Weil durch all diese Gase die Wärmeabstrahlung der Erde gebremst wird, steigen die Temperaturen auf unserem Globus weiter an.

…zum Beispiel von Benzin.
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Folgen von Vulkanausbrüchen

Vulkanausbrüche können schlimme Folgen haben. Gesteinshagel, Ascheregen, giftige Gase und glühende Lavaströme kosteten schon Hunderttausende von Menschen das Leben. Allein beim Ausbruch des Vesuv 79 n.Chr., bei dem die Städte Pompeji und Herculaneum verschüttet wurden, starben etwa 5000 Menschen. Auch in Kolumbien wurde eine ganze Stadt ausgelöscht: Der Ausbruch des vereisten Vulkans Nevado del Ruiz löste 1985 mehrere Schlammlawinen aus. Die Lawinen begruben die 47 Kilometer entfernte Stadt Armero und 25.000 Einwohner unter sich.

Pompeij: Die Stadt wurde beim Ausbruch des Vesuv verschüttet.
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Auch Tsunamis können durch Vulkanausbrüche entstehen: Die Explosion der Vulkaninsel Krakatau im Jahr 1883 verursachte eine Flutwelle, die noch Tausende von Kilometern entfernte Regionen überschwemmte. Sogar Erdbeben folgen manchmal auf solch einen explosiven Vulkanausbruch. Bei diesen Beben entladen sich aufgebaute Spannungen in der Erde.

Viele antike Bauwerke sind unter der Ascheschicht erhalten geblieben.
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In Island löste der Ausbruch von über hundert Vulkanen in der Laki-Spalte im Jahr 1783 eine Hungersnot aus. Durch den Ausbruch gelangten giftige Gase in die Luft. Das Gift setzte sich ab und verseuchte die Schafweiden. Die Tiere starben am vergifteten Futter, geschätzte zehntausend Menschen wegen der folgenden Hungersnöte.

Der Laacher Vulkan schleuderte mächtige Lavamassen und Felsbrocken weit ins Land hinein.
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Den „Laki-Feuern“ auf Island folgte eine Abkühlung, die noch weit entfernt zu spüren war. Die aufsteigende Aschewolke verdunkelte den Himmel, starke Winde kamen auf und die Temperatur sank. Ganz Nordeuropa erlebte danach einen ungewöhnlich kalten Winter. Tatsächlich verändern Vulkanausbrüche das Klima. Schuld daran sind vor allem die ausgestoßenen Schwefelgase, die in der Luft feine Schwefelsäuretröpfchen bilden, die lange in der Atmosphäre schweben. Das Sonnenlicht wird von den Tröpfchen gestreut und zum Teil zurückreflektiert. Dadurch kann die Durchschnittstemperatur auf der ganzen Erde sinken.

Die globale Erwärmung

Auf der Erde wird es immer wärmer. Allein in den letzten hundert Jahren ist die durchschnittliche Temperatur um knapp ein Grad Celsius gestiegen. Grund für diese Erwärmung ist vor allem der gestiegene Anteil an Kohlendioxid in der Luft. Diesen CO2-Anstieg verursachen hauptsächlich die Industriestaaten durch das Verbrennen von Öl, Gas und Kohle.

Fabrik-Landschaft
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Die Verbrennung von Öl, Gas und Kohle verstärkt den Treibhauseffekt
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Eine schützende Wirkung auf das Klima haben dagegen Pflanzen. Sie können Kohlendioxid aus der Luft aufnehmen und bei der Fotosynthese in organische Verbindungen umwandeln. Besonders viel Kohlendioxid speichern die tropischen Wälder. Weil in den Tropen aber große Waldflächen gerodet werden, wird diese Speicherfunktion immer kleiner. Denn wo kein Baum mehr steht, wird auch kein Kohlendioxid mehr aus der Luft entnommen. Der Treibhauseffekt verstärkt sich, die Atmosphäre erwärmt sich.

Wälder können Kohlendioxid speichern
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Werden wir also im Winter bald im Badesee schwimmen statt Schlitten zu fahren? Schwer vorherzusagen. Um wie viel Grad Celsius die Erde sich in Zukunft aufheizt, versuchen Wissenschaftler mit Hilfe von Computermodellen zu errechnen. Laut dieser Modelle könnte bis zum Jahr 2100 die Durchschnittstemperatur auf der Erde um weitere ein bis sechs Grad steigen. Wie die Temperaturkurve tatsächlich verlaufen wird, ist vor allem davon abhängig, ob der Anteil an Kohlendioxid weiter steigt.

Badespaß im Januar?
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Schwerwiegende Folgen des Klimawandels sind schon jetzt zu erkennen: Die Eismassen schmelzen, der Meeresspiegel steigt, Unwetter und Dürren nehmen zu. Umso wichtiger ist es, den Ausstoß an Treibhausgasen zu reduzieren, vor allem den des CO2. Denn dieses Spurengas bleibt in der Atmosphäre lange erhalten. Nur, wenn wir weniger davon in die Atmosphäre blasen, kann der menschengemachte Klimawandel zumindest verlangsamt werden.

Zeichen des Klimawandels: Die Eismassen der Arktis schrumpfen
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Einige Industriestaaten haben sich darum verpflichtet, ihren Ausstoß an Treibhausgasen zu reduzieren und bestimmte CO2-Werte nicht zu überschreiten. Doch trotz einer ganzen Reihe von Klimagipfeln ist es der Weltgemeinschaft noch nicht gelungen, den Anstieg von Kohlendioxid in der Luft zu bremsen.

Maßnahme zum Klimaschutz: Windkraft
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