Alles, was Sie über die Erdumlaufbahn und den Klimawandel wissen müssen

Die Klimawissenschaft ist ein kompliziertes Geschäft, und um zu verstehen, inwieweit der Klimawandel vom Menschen verursacht wird, muss man auch die mächtigen natürlichen Kreisläufe der Erde verstehen. Einer dieser natürlichen Zyklen beinhaltet die Erdumlaufbahn und ihren komplizierten Tanz mit der Sonne.

Das erste, was Sie über die Erdumlaufbahn und ihre Auswirkungen auf den Klimawandel wissen müssen, ist, dass Umlaufphasen über Zehntausende von Jahren auftreten. Die einzigen Klimatrends, die durch Umlaufbahnmuster erklärt werden können, sind langfristige.

Trotzdem kann ein Blick auf die Umlaufzyklen der Erde eine unschätzbare Perspektive auf das bieten, was kurzfristig geschieht. Vor allem werden Sie überrascht sein zu erfahren, dass der aktuelle Erwärmungstrend der Erde trotz einer relativ kühlen Umlaufphase stattfindet. Es ist daher möglich, den hohen Grad der anthropogenen Erwärmung im Gegensatz dazu besser einzuschätzen.

Nicht so einfach, wie Sie vielleicht denken

Viele Menschen könnten überrascht sein zu erfahren, dass die Erdumlaufbahn um die Sonne viel komplizierter ist als die einfachen Diagramme, die in naturwissenschaftlichen Klassenzimmern für Kinder studiert wurden. Zum Beispiel gibt es mindestens drei Hauptwege, auf denen sich die Erdumlaufbahn im Laufe der Jahrtausende ändert: ihre Exzentrizität, ihre Schrägstellung und ihre Präzession. Wo sich die Erde in jedem dieser Zyklen befindet, hat einen signifikanten Einfluss auf die Menge an Sonnenstrahlung - und damit auf die Wärme -, der der Planet ausgesetzt ist.

Schauen Sie sich dieses unverzichtbare Lehrvideo an, um eine visuelle Präsentation der komplizierten Erdumlaufbahn zu erhalten:

Exzentrizität der Erdumlaufbahn

Die Erdumlaufbahn um die Sonne ist eher ein Oval als ein Kreis. Der Grad der Orbitalellipse eines Planeten wird als seine Exzentrizität bezeichnet. Dieses Bild zeigt eine Umlaufbahn mit einer Exzentrizität von 0, 5. (Foto: NASA)

Anders als in vielen Diagrammen des Sonnensystems dargestellt, ist die Erdumlaufbahn um die Sonne elliptisch und nicht perfekt kreisförmig. Der Grad der Orbitalellipse eines Planeten wird als seine Exzentrizität bezeichnet. Dies bedeutet, dass es Zeiten im Jahr gibt, in denen der Planet näher an der Sonne ist als zu anderen Zeiten. Wenn der Planet näher an der Sonne ist, erhält er offensichtlich mehr Sonnenstrahlung.

Der Punkt, an dem die Erde der Sonne am nächsten kommt, wird Perihel genannt, und der Punkt, der am weitesten von der Sonne entfernt ist, wird Aphel genannt.

Es stellt sich heraus, dass die Form der Exzentrizität der Erdumlaufbahn im Laufe der Zeit von nahezu kreisförmig (niedrige Exzentrizität von 0, 0034) bis leicht elliptisch (hohe Exzentrizität von 0, 058) variiert. Es dauert ungefähr 100.000 Jahre, bis die Erde einen vollständigen Zyklus durchläuft. In Zeiten hoher Exzentrizität kann die Strahlenexposition auf der Erde zwischen Perihel- und Aphelperioden entsprechend stärker schwanken. Diese Schwankungen sind in Zeiten geringer Exzentrizität ebenfalls weitaus geringer. Gegenwärtig liegt die Exzentrizität der Erdumlaufbahn bei etwa 0, 0167, was bedeutet, dass ihre Umlaufbahn näher an ihrer Kreisform liegt.

Die axiale Neigung der Erde

Der Winkel, in dem sich die Erde neigt, variiert. Diese axialen Variationen werden als Schrägstellung eines Planeten bezeichnet. (Foto: NASA)

Die meisten Menschen wissen, dass die Jahreszeiten des Planeten durch die Neigung der Erdachse verursacht werden. Wenn es beispielsweise Sommer auf der Nordhalbkugel und Winter auf der Südhalbkugel ist, ist der Nordpol der Erde in Richtung Sonne geneigt. Die Jahreszeiten sind ebenfalls umgekehrt, wenn der Südpol mehr in Richtung Sonne geneigt ist.

Was viele Menschen jedoch nicht erkennen, ist, dass der Winkel, in dem sich die Erde neigt, je nach Zyklus von 40.000 Jahren variiert. Diese axialen Variationen werden als Schrägstellung eines Planeten bezeichnet.

Für die Erde variiert die Neigung der Achse zwischen 22, 1 und 24, 5 Grad. Wenn die Neigung höher ist, können die Jahreszeiten ebenfalls schwerwiegender sein. Gegenwärtig liegt die axiale Neigung der Erde bei etwa 23, 5 Grad - ungefähr in der Mitte des Zyklus - und befindet sich in einer abnehmenden Phase.

Die Präzession der Erde

Die vielleicht komplizierteste Variation der Erdumlaufbahn ist die der Präzession. Da die Erde um ihre Achse wackelt, ändert sich die Jahreszeit, in der sich die Erde im Perihel oder Aphel befindet, im Laufe der Zeit. Dies kann zu einem tiefgreifenden Unterschied in der Schwere der Jahreszeiten führen, je nachdem, ob Sie auf der Nord- oder Südhalbkugel leben. Wenn es beispielsweise Sommer auf der Nordhalbkugel ist, wenn sich die Erde im Perihel befindet, ist dieser Sommer wahrscheinlich extremer. Im Vergleich dazu ist der saisonale Kontrast weniger stark, wenn die nördliche Hemisphäre stattdessen einen Sommer im Aphel erlebt. Das folgende Bild kann helfen, die Funktionsweise zu veranschaulichen:

(Foto: GregBenson [CC BY-SA 3.0] / Wikimedia Commons)

Dieser Zyklus schwankt zwischen 21 und 26.000 Jahren. Gegenwärtig findet die Sommersonnenwende auf der Nordhalbkugel in der Nähe des Aphels statt, sodass die Südhalbkugel extremere saisonale Kontraste aufweisen sollte als die Nordhalbkugel, wobei alle anderen Faktoren gleich sind.

Was hat der Klimawandel damit zu tun?

Ganz einfach, je mehr Sonnenstrahlung zu einem bestimmten Zeitpunkt die Erde bombardiert, desto wärmer sollte der Planet werden. Der Platz der Erde in jedem dieser Zyklen sollte sich also messbar auf die langfristigen Klimatrends auswirken - und das tut es auch. Aber das ist nicht alles. Ein weiterer Faktor hat damit zu tun, welche Hemisphäre zufällig am schwersten bombardiert wird. Dies liegt daran, dass sich das Land schneller erwärmt als die Ozeane und die nördliche Hemisphäre von mehr Land und weniger Ozean bedeckt ist als die südliche Hemisphäre.

Es wurde auch gezeigt, dass Verschiebungen zwischen Eis- und Zwischeneiszeiten auf der Erde am stärksten mit der Schwere der Sommer auf der Nordhalbkugel zusammenhängen. Wenn die Sommer mild sind, bleibt während der gesamten Saison genügend Schnee und Eis übrig, wodurch eine Gletscherschicht erhalten bleibt. Wenn die Sommer zu heiß sind, schmilzt im Sommer jedoch mehr Eis, als im Winter wieder aufgefüllt werden kann.

Angesichts all dessen könnten wir uns einen "perfekten Orbitalsturm" für die globale Erwärmung vorstellen: Wenn die Erdumlaufbahn ihre höchste Exzentrizität aufweist, ist die axiale Neigung der Erde am höchsten und die Nordhalbkugel befindet sich zur Sommersonnenwende im Perihel.

Aber das sehen wir heute nicht. Stattdessen erlebt die nördliche Hemisphäre der Erde derzeit ihren Sommer im Aphel, die Neigung des Planeten befindet sich derzeit in der abnehmenden Phase seines Zyklus und die Erdumlaufbahn befindet sich ziemlich nahe an ihrer niedrigsten Phase der Exzentrizität. Mit anderen Worten, die aktuelle Position der Erdumlaufbahn sollte zu kühleren Temperaturen führen, aber stattdessen steigt die Durchschnittstemperatur des Planeten.

Fazit

Die unmittelbare Lehre aus all dem ist, dass die Durchschnittstemperatur der Erde mehr betragen muss, als durch Umlaufphasen erklärt werden kann. Es lauert aber auch eine zweite Lehre: Die anthropogene globale Erwärmung, von der Klimaforscher überwiegend glauben, dass sie der Hauptverursacher unseres aktuellen Erwärmungstrends ist, ist zumindest kurzfristig stark genug, um einer relativ kühlen Umlaufphase entgegenzuwirken. Es ist eine Tatsache, die uns zumindest eine Pause geben sollte, um über die tiefgreifenden Auswirkungen nachzudenken, die Menschen auf das Klima haben können, selbst vor dem Hintergrund der natürlichen Zyklen der Erde.

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