Veränderung der Erdbahnparameter

Änderung der Ekliptikschiefe
Änderung der Ekliptikschiefe
Bildquelle: Datengrundlage: Brunotte et al. 2002
Präzessionsbewegung der Erde
Präzessionsbewegung der Erde
Bildquelle: Datengrundlage: Schönwiese 1995, S. 128.
Änderung der Exzentrizität
Änderung der Exzentrizität
Bildquelle: Datengrundlage: Brunotte et al. 2002

Die Erdbahnparameter beziehen sich auf die Konstellation Erde-Sonne. Von daher sind diese, streng genommen, sowohl zu den extraterrestrischen als auch terrestrischen Ursachen zu zählen.

Da die Erdbahnparameter die Einstrahlungsbedingungen beeinflussen, führt jegliche Veränderung der Erdbahnparameter zwangsläufig zu einer Veränderung des Strahlungshaushaltes auf der Erdoberfläche. Hier erfolgt eine knappe Beschreibung der Veränderungen der drei Erdbahnparameter und ihrer jeweiligen Effekte, die sie auf der Erdoberfläche hervorrufen:

Änderung der Ekliptikschiefe

Die Erde seht heute mit einem Winkel von 23,5° auf der Schiefe der Ekliptik. Dies ist jedoch noch immer der Fall, denn die Ekliptikschiefe unterliegt kleinen periodischen Schwankungen: Variationen zwischen 21,8-24,4° im Verlauf einer Periode von ungefähr 40.000 Jahren (Schönwiese 1995, S. 142). Obwohl diese nur gering sein mögen und nur in erdgeschichtlichen Zeiträumen Auswirkungen haben, können diese als Ursachen für Eiszeitalter ausgemacht werden.

Auswirkungen auf das Klima der Erde

Wenn dieser Winkel am größten ist, kommt es auf beiden Halbkugeln zu den heißesten Sommern und den kältesten Wintern und umgekehrt.

Präzession der Erde

Da die Sonne aufgrund der Abplattung der Erde (Präzession) dauernd einen Drehmoment auf die rotierende Erde (Kreisel) ausübt, kommt es zu einer sogenannten Präzessionsbewegung: Die Erdachse kreist um die Senkrechte zur Erdbahn (rotiert also um den Pol) mit einer Periode von 21. 000 Jahren (Schönwiese 1995, S. 128).

Auswirkungen auf das Klima der Erde

Mit der Präzessionsbewegung ändern sich langsam die jahreszeitlichen Positionen der Erde auf der Bahn um die Sonne; d.h. es tritt eine Veränderung des Datums von Aphel und Perihel ein. Derzeit ist das Datum des Aphels der 3. Juli. Somit ist die Sonneneinstrahlung des Nordhemisphärensommers etwas geringer als die des Südhemisphärensommers. Diese Konstellation bewirkt milde Winter und kühle Sommer auf der Nordhalbkugel, warme Sommer und kühlere Winter hingegen auf der Südhalbkugel. Dies zeigt, dass die Präzession die Temperaturgegensätze auf einer Halbkugel verstärkt und auf der anderen verringert.

Änderungen der Exzentrizität

Die Änderungen der Exzentrizität der Erdbahn zeigen sich im Verlauf von 100.000 Jahren; d.h. die Abweichung von der Erdbahn unterliegt einer Schwingung von 100.000 Jahren, wobei die Erdbahn von der nahezu idealen Kreisform zur Ellipse und zurück variiert. Die Größe der Abweichung schwankt dabei zwischen 0,5 und 6 % (Brunotte et al.  2002).

Auswirkungen auf das Klima der Erde

Relativ starke Exzentrizität resultiert in starken Temperaturunterschieden zwischen Sommer und Winter auf beiden Halbkugeln; dass heisst deutliche Änderungen der Einstrahlung im Periphel und Aphel.

Milankovitch-Hypothese und deren Relativierung aufgrund von Rückkopplungsmechanismen

Aus der Überlagerung dieser drei Variationen lassen sich für alle geographischen Breiten der Erde die zeitlichen Änderungen der effektiven solaren Einstrahlung ermessen. Milankovitch hat diese Veränderungen bereits 1920 durch die Konstruktion seiner sogenannten Milankovitch-Zyklen beschrieben. Die ursprüngliche Milankovitch-Theorie hat dann versucht, mit Hilfe der so erhaltenen jährlichen Änderungen der effektiven solaren Einstrahlung den Minima dieser Einstrahlung die vier quartären Kaltzeiten zuzuordnen. Dabei war seine ursprüngliche Annahme für die Entstehung von Eiszeiten: milde Winter und kühle Sommer, mit großer Exzentrizität, Winter-Perihel und großem Winkel der Ekliptikschiefe.
Obwohl die Milankovitch-Theorie erst mal wieder verworfen wurde, erlebt diese in jüngerer Zeit dank neuer Modellierungsmethoden wieder eine Renaissance. Dennoch ist eine Relativierung hinsichtlich der Bedeutung des extraterrestrischen Einflusses angebracht: Heute wird zwar angenommen, dass die Veränderungen im Gravitationsfeld unseres Sonnensystems auch in Zukunft sehr ähnlich sein werden. Von daher lassen sich entsprechende Prognosen für den zukünftigen Verlauf machen. Damit muss aber nicht zwangsläufig ein ständiger Wechsel von Kalt- und Warmzeiten einhergehen! Dafür hätte dieser Wechsel als langanhaltender Vorgang in der Erdgeschichte nachgewiesen werden müssen, was aber eindeutig widerlegt wurde.

Daher ist die Variation der Erdbahnparameter - sowie die Änderung der Solarkonstante - eigentlich nur der Anstoß für Rückkoppelungsmechanismen. Der außerirdische Einfluss allein genügt somit zur Erklärung von Klimaänderungen nicht. Deshalb müssen stets mehrere Ursachen und deren Rückkoppelungen in die Erklärung einbezogen werden. Dabei sind die unterschiedlichen zeitlichen Größenordnungen, in denen sich die einzelnen Ursachen auswirken, zu beachten. Aus diesem Grund werden die Änderungen der Erdbahnparameter auch als "Schrittmacher des Eiszeitalters" bezeichnet, woraus eine gewisse Eiszeitbereitschaft resultiert.