A5 Extreme externe Zwangsstörungen

Thema

Extreme externe Klimaeinflüsse sind Anomalien im Klimasystem, die durch äußere Prozesse verursacht werden und nicht mit der internen Dynamik des Klimasystems selbst zusammenhängen. Die drei wichtigsten Beispiele für diese extremen externen Klimaeinflüsse sind explosive Vulkanausbrüche, die Schwefeldioxid in die Stratosphäre freisetzen und dort Sulfataerosole mit einer Halbwertszeit von ein bis drei Jahren bilden; Einschläge großer Asteroiden oder Meteoriten, die Staub und Ruß in die Atmosphäre abgeben; und extreme Schwankungen der Sonneneinstrahlung, wie das Maunder-Minimum, die Periode zwischen 1645 und 1715, in der die Sonnenaktivität stetig abnahm und die mit der Kleinen Eiszeit in Verbindung gebracht wird. Von diesen drei extremen externen Klimaeinflüssen ist der Vulkanismus am besten dokumentiert. Ein Vulkan wie der Mount Pinatubo, der 1991 ausbrach, schleudert etwa 20 Teragramm Schwefeldioxid in die Stratosphäre. Das eingeleitete Schwefeldioxid wird in etwa 30 Teragramm Sulfataerosole umgewandelt, die in diesem Fall aus Schwefelsäure bestehen. Diese Schwefelsäure-Sulfataerosole erzeugen für ein bis zwei Jahre eine negative Strahlungsbilanz von 3 bis 4 Watt pro Quadratmeter, wodurch sich das globale Klimasystem um 0,3 bis 0,5 Grad Celsius abkühlt. Die Reaktion des Klimasystems auf diese negative Strahlungsbilanz beschränkt sich nicht auf die direkte Abkühlung: Sie verringert auch die globalen Niederschläge, verändert die stratosphärische Zirkulation und erwärmt die Stratosphäre selbst, da die Sulfataerosole Infrarotstrahlung absorbieren. Sobald die negative Strahlungsbilanz nachlässt, folgt die Erholung des Klimasystems einer Exponentialkurve, die von der Verweildauer der Sulfataerosole in der Stratosphäre abhängt: Je länger die Sulfataerosole in der Stratosphäre verbleiben, desto langsamer erholt sich das Klimasystem auf seine Temperatur vor dem Vulkanausbruch.

Bei deutlich größeren explosiven Vulkanausbrüchen als dem des Pinatubo, wie etwa dem Ausbruch des Toba vor etwa 74.000 Jahren, bei dem rund 3.000 Teragramm Schwefeldioxid freigesetzt wurden, oder bei Einschlägen großer Asteroiden oder Meteoriten, ist die Reaktion des Klimasystems nicht mehr proportional zur negativen Strahlungsantriebskraft wie bei einem Vulkanausbruch vom Pinatubo-Typ: Die negative Strahlungsantriebskraft dieser viel größeren, extremen externen Störungen kann eine globale Abkühlung zwischen 5 und 15 Grad Celsius verursachen, genug, um die Photosynthese zum Erliegen zu bringen und einen sogenannten Impaktwinter auszulösen. Anders als bei der zuvor beschriebenen moderaten vulkanischen Strahlungsantriebskraft, bei der das Klimasystem reagiert und sich anschließend exponentiell erholt, kann das Klimasystem bei einer negativen Strahlungsantriebskraft dieser Größenordnung noch lange nach deren Abklingen reagieren. Dies liegt daran, dass jede kurzzeitige Störung eine Wirkung hinterlässt, die sich mit der Zeit akkumuliert und ausbreitet, anstatt sich sofort aufzulösen.

Die drei extremen äußeren Einflüsse – explosive Vulkanausbrüche, Einschläge großer Asteroiden oder Meteoriten und extreme Schwankungen der Sonneneinstrahlung – zeigen zusammengenommen, dass sich das Klimasystem abrupt abkühlen kann, und zwar aufgrund von Ursachen, die völlig außerhalb seiner internen Dynamik liegen. Diese Abkühlungen reichen von Zehntelgraden und einer Dauer von ein bis zwei Jahren, wie bei einem moderaten explosiven Vulkanausbruch, bis hin zu mehreren Grad, die die Photosynthese zum Erliegen bringen können, wie bei einem extremen explosiven Vulkanausbruch oder dem Einschlag eines großen Asteroiden oder Meteoriten. Das Verständnis dieser extremen äußeren Einflüsse ermöglicht es uns, sowohl das Ausmaß als auch die Dauer der Reaktion des Klimasystems auf einen Einfluss vorherzusagen, der – anders als die allmähliche Erwärmung durch andere Ursachen – plötzlich und von außerhalb des Klimasystems selbst erfolgt.

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