Die Kleine Eiszeit als weltweite Kältephase: Welche Rolle spielten die Vulkane?

Noch vor einigen Jahren gab es doch wirklich Wissenschaftler, die die Kleine Eiszeit und Mittelalterliche Wärmeperiode als lokales nordatlantisches Phänomen kleinreden wollten. Was heute im Rückblick unvorstellbar erscheint, wurde erschreckenderweise von einigen Forschern jahrelang als angeblicher „Konsens“ in der Öffentlichkeit verbreitet. Es war die Zeit als die Welt noch von der Hockey Stick Kurve genarrt wurde. Der frischgebackene Doktor Michael Mann hatte die Kleine Eiszeit und die Mittelalterliche Wärmeperiode mithilfe statistisch fragwürdiger Methoden und fehlerhafter Daten kurzerhand zu einem klimatisch ereignislosen Strich ausgebügelt. Auch in Deutschland gab es prominente Unterstützung für diese heute nicht mehr nachvollziehbare Denkweise. So spielte Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) 2007 die zahlreichen weltweiten Hinweise auf die Mittelalterliche Wärmeperiode und die Kleine Eiszeit in einem FAZ-Beitrag mit den Worten herunter:

„Dass lokal und regional wesentlich größere Klimaschwankungen auftreten als in der globalen Mitteltemperatur, ist für jeden Klimatologen klar […]. Diese mitteln sich jedoch global heraus […].“

Die Hockey Stick Kurve ist heute Geschichte, die beiden lange bekannten, natürlichen Klimaschwankungen der letzten 1000 Jahre wieder rehabilitiert. In seinem faszinierenden Buch “The Hockey Stick Illusion” schildert Andrew Montford wie die Hockey Stick Kurve enttarnt wurde, die noch im 2001er IPCC Bericht sowie in Al Gores Klimafilm eine tragende Rolle gespielt hatte.

In den letzten Monaten haben weitere wissenschaftliche Arbeiten den globalen Charakter der Kleinen Eiszeit eindrucksvoll belegen können. Das angebliche „nordatlantische Phänomen“ wurde nun gleich von drei Wissenschaftlergruppen in der Antarktis nachgewiesen.

So untersuchte ein Forscherteam der Scripps Institution of Oceanography der University of California in San Diego um Anais Orsi die Temperaturdaten eines 300 m tiefen Bohrlochs im West Antarktischen Eisschild. In der im Mai 2012 in den Geophysical Research Letters erschienenen Studie konnten die Wissenschaftler zeigen, dass die Temperaturen im Untersuchungsgebiet von 1400 bis 1800 etwa ein halbes Grad unter dem Temperaturdurchschnitt der vergangenen 100 Jahre lag. Die kalifornischen Forscher bestätigten damit den globalen Charakter der Kleinen Eiszeit. Das frühere Modell einer reinen Wärmeumverteilung auf der Erde, also einem energetischen Nullsummenspiel, halten Anais Orsi und seine Kollegen aufgrund ihrer neuen Ergebnisse für abwegig. Die auch von Rahmstorf einst propagierte Klimaschaukel, bei der die Kälte in einem Gebiet durch Wärme in einem anderen Gebiet ausgeglichen würde, hat sich letztendlich nicht bestätigt.

Die Forscher der Scripps Institution machten sich auch Gedanken über die Ursachen der Kleinen Eiszeit. Am wahrscheinlichsten halten sie eine verminderte Sonnenaktivität im Zusammenhang mit großen Vulkanausbrüchen. Für beide Mechanismen werden jedoch Verstärkerprozesse benötigt, da die beobachteten Temperaturschwankungen größer sind als die Änderungen die die theoretischen Klimamodelle derzeit suggerieren. Da die Abkühlung auf dem grönländischen Eisschild etwa doppelt so stark ablief wie in der West-Antarktis, vermutet das Wissenschaftlerteam, dass die Wirksamkeit der gesuchten Verstärkerprozesse regional variiert.

Einige Monate zuvor erschien im Februar 2012 online in den Earth and Planetary Science Letters eine Arbeit eines US-amerikanisch-britischen Forscherteams um Zunli Lu von der Syracuse University im Bundestaat New York. Diese Gruppe untersuchte auf der Antarktischen Halbinsel eine spezielle Mineralart des Kalziumkarbonats, die sich in Abhängigkeit der Wassertemperatur bildet und daher eine Art fossiles Thermometer darstellt. Speziell das Kristallwasser dieses „Ikait“ genannten Minerals liefert wichtige Informationen über die Temperaturen, die bei der Bildung der Kristalle geherrscht haben. Die Forscher konnten mithilfe ihrer neuen Methode sowohl die Kleine Eiszeit als auch die Mittelalterliche Wärmeperiode in ihrem Untersuchungsgebiet nachweisen. Auch diese Studie unterstützt den globalen Charakter dieser beiden natürlichen Klimaschwankungen. Berichte zu der Arbeit erschienen auch auf WUWT, Kopp Online, EIKE, the reference frame und The Register

Im Januar 2012 war bereits eine neue Studie vom antarktischen Ross Schelfeis im Fachmagazin Climate oft he Past Discussions erschienen. Ein Forscherteam um Rachel Rhodes vom Antarctic Research Centre im neuseeländischen Wellington konnte auch für das Rossmeer die Kleine Eiszeit in eindrucksvoller Weise nachweisen. Während der Kleinen Eiszeit lagen die Temperaturen in der Region etwa 1,75°C unter denen von heute. Zudem herrschten damals in dem Gebiet besonders heftige Fallwinde.

 

Welche Rolle spielen die Vulkane?

Der globale Charakter der Kleinen Eiszeit ist aufgrund der zahlreichen neuen wissenschaftlichen Beschreibungen des Phänomens aus den verschiedensten Teilen der Welt eindeutig belegt. Wenn die globale Durchschnittstemperatur nun also wirklich deutlich niedriger war, was könnte der Auslöser gewesen sein? Am plausibelsten ist natürlich die verminderte Sonnenaktivität zu dieser Zeit. Eigentlich sollte die große Anzahl von Studien zu diesem Thema keinen Zweifel daran lassen. Die Klimawirkung der Sonne wurde in unzähligen Arbeiten immer wieder eindrucksvoll bewiesen (siehe Kapitel 3 in „Die kalte Sonne“) und fast wöchentlich kommen neue wichtige Belege hinzu (siehe unsere Blog-Artikel-Übersicht).

Da der Weltklimarat die Bedeutung dieser Studien jedoch noch immer eisern kleinredet und die Sonne in den IPCC-Klimamodellen eine nur zu vernachlässigende Klimawirkung besitzt, brauchte der IPCC dringend Ersatz für die kollabierte Hockey Stick-Argumentation. Eine nichtsolare Alternative musste dringend her, die die benötigte Kühlung verursacht haben soll. Bei der Suche nach einer neuen klimatisch dämpfenden Wunderwaffe fiel die Wahl auf kühlende Asche von Vulkanen.

Ein internationales Forscherteam um Gifford Miller von der University of Colorado at Boulder arbeitete die IPCC-Denkweise jetzt in einem neuen Artikel entsprechend aus, der Ende Januar 2012 in den Geophysical Research Letters erschien. Die Wissenschaftler rekonstruierten hierzu die arktische Eis-Entwicklung in Kanada und Island. Dabei fielen ihnen zwei Phasen auf, in denen das Eis abrupt anwuchs, nämlich 1275-1300 sowie 1430-1455 (Abbildung 1). Miller und Kollegen verglichen die Eis-Entwicklung mit einer Rekonstruktion stratosphärischer Vulkanausbrüche, die ein Team um Chaochao Gao von der Rutgers University im Jahre 2008 anhand von Eiskernuntersuchungen in der Antarktis und Grönland erstellt hatte. Dabei fanden sie, dass in zeitlicher Nähe zum festgestellten Eiszuwachs wohl größere Vulkanausbrüche stattgefunden haben, die ihre Asche bis in die Stratosphäre katapultierten und die dann durch die Höhenströmungen über den ganzen Erdball verteilt wurden. Die Asche hat für einige Jahre Kühlung gebracht, sank dann aber schließlich ab, so dass sie in den polaren Eisschilden heute nachgewiesen werden kann. Und genau hier trafen die Forscher auf ein größeres Problem. Normalerweise erlischt nämlich der Kühleffekt bereits nach einigen Jahren, wenn die Asche aus der Atmosphäre wieder entfernt ist. Gut zu beobachten war dies zum Beispiel in jüngster Zeit beim Ausbruch des mexikanischen El Chichon 1982 und des philippinischen Pinatubo 1991 (siehe S 99-103 in „Die kalte Sonne“).

Aber die Miller-Mannschaft wusste sich zu helfen. Geschwind wurde ein theoretisches Modell zusammengeschustert, in dem der Kälteimpuls mithilfe von Verstärkungsmechanismen via arktisches Meereis und andere ozeanische Faktoren längerfristig aufrechterhalten werden konnte. Das Modell war dabei so eingestellt, das die Vulkane die gesamte Kleine Eiszeit erklären konnten. Zufrieden schlossen die Autoren daraus, dass Schwankungen der Sonnenaktivität zur Erklärung der Kleinen Eiszeit „nicht mehr benötigt würden“ (siehe auch Bericht über das Paper in Life Science und im Blog von Roger Pielke Sr.).

Zeit für einen Faktencheck. Wie ernst kann man diese Studie eigentlich nehmen? Offensichtlich wird hier auf die Schnelle ein Verstärkermechanismus für die Vulkane aus dem Hut gezaubert, während der Sonne selbiger beharrlich weiter verweigert wird. Grundlage des Papers ist die angebliche gute zeitliche Übereinstimmung des abrupten Eiszuwachses mit den Vulkanausbrüchen. Was im Paper aber nicht behandelt wird, ist die zwingend zu klären gewesene Frage, wie denn der Zusammenhang mit der Sonnenaktivität aussieht. Und an dieser Stelle erwartet uns eine riesige Überraschung. Die starken Eiszuwachsphasen fallen exakt in die bekannten solaren Schwächephasen des Wolf-Minimums und des Spörer-Minimums (Abbildung 1). Es ist schon überraschend, dass die Gruppe um Miller in ihrer Arbeit hierauf mit keinem Wort hinweist. Die Begriffe „Wolf“ und „Spörer“ wollen im Artikel einfach nicht fallen. Wie redlich ist eine solche Vorgehensweise? Alec Rawls hat diese unverständliche Auslassung in einem Beitrag auf WUWT ausführlich thematisiert.

Auch Dennis Avery machte sich kritische Gedanken über das Paper. Avery kritisiert, dass das von den Autoren verwendete Klimamodell von vorneherein eine nur vernachlässigbar kleine Klimawirkung der Sonne annimmt. Mithilfe dieses Modells kann die Mittelalterliche Wärmeperiode jedoch nicht reproduziert werden. Wie überzeugend ist ein angeblicher Verstärker-Beweis durch ein Modell, das die Vergangenheit nicht korrekt abbilden kann?

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist, dass es bereits eine ganze Reihe von „Kleinen Eiszeiten“ in den letzten 10.000 Jahren gegeben hat. Immer wenn die Sonne im Verlauf ihres 1000-Jahreszyklus einen Tiefpunkt erreichte, gingen die Temperaturen zurück und es brach eine neue „Kleine Eiszeit“ an. Spinnt man die Vulkan-Idee zurück in der Zeit, müssten auch in all diesen Fällen „zufällig“ immer Vulkane ausgebrochen sein, um dann die Kälteperiode zu erklären. Könnte man das Absacken der Sonnenaktivität während der Kleinen Eiszeit im letzten Jahrtausend vielleicht gerade noch als Zufall durchgehen lassen, ist jedoch eine Vervielfachung dieses blöden Zufalls in den davorliegenden Jahrtausenden aus wissenschaftlicher Sicht vollkommen auszuschließen. Das jahrtausendealte Muster spricht daher ganz eindeutig für einen solaren und weniger für einen vulkanischen Auslöser der Kleinen Eiszeit.

Abbildung 1: Die arktische Eiskappe dehnte sich just in dem Moment aus, als die Sonne Schwächephasen erlitt, die als Wolf Minimum (Wm) und Spörer Minimum (Sm) bekannt sind. Zur gleichen Zeit sollen auch große Vulkane ausgebrochen sein, wie im Sulfat-Aerosol Diagramm enthalten. Miller et al. setzen in ihrer Interpretation voll auf die Vulkane und ignorieren die Synchronität mit den Solarflauten. Die obere Kurve stammt aus Usoskin et al. (2003), die unteren drei aus Miller et al. (2012). Beschriftung links und gelbe/rote Boxen sind ergänzt.

 

Aber es kommt noch besser. Auch Willis Eschenbach hat das Paper von Miller et al. näher analysiert und eine weitere schwerwiegende Unstimmigkeit entdeckt, die die Gutachter der Arbeit eigentlich hätten entdecken müssen. Eschenbach zoomte sich in die Kleine Eiszeit ein und überprüfte die zeitliche Abfolge des angeblichen vulkanischen Auslösers und des arktischen Eiskappenwachstums. Die zweite Phase des abrupten Eiswachstums begann laut der Forschergruppe um Gifford Miller im Jahre 1430. Der dazugehörige Vulkanausbruch fand jedoch erst im Jahre 1452 statt (Abbildung 2). Hatte das Klima den Vulkanausbruch bereits geahnt und in vorauseilendem Gehorsam die Temperatur zwei Dekaden zuvor abgesenkt? Unwahrscheinlich. Das Spörer-Minimum passt da schon deutlich besser (Abbildung 1). Und was passierte eigentlich, nachdem der Vulkan 1452 ausgebrochen ist? Das Eiskappenwachstum verlangsamte sich! Nicht gerade der erwartete Effekt.

Zu diesem Thema schneite gerade noch eine ganz neue Studie von Plummer et al. ins Haus, die im Mai 2012 in Climate of the Past Discussions erschien. Plummer und seine Kollegen analysierten Eiskerne in der Ostantarktis und fanden auf Basis von Sulfatanreicherungen drei große vulkanische Ausbrüche. Darunter war ein Ausbruch der auf 1458 datiert wurde und dem Kuwae Vulkan auf Vanuatu zugeordnet werden konnte. Es handelt sich dabei um den gleichen Ausbruch, den die Miller-Gruppe noch mit 1452 angegeben hatte. Möglicherweise gab es zwischen 1450-1460 noch einen zweiten großen Ausbruch, wie Studien an grönländischen Eiskernen zeigten. Die neuen Daten erhärten noch einmal schön das Problem der unlogischen Zeitlichkeit zwischen arktischem Eiskappenwachstum und Vulkantätigkeit.

Auch der große von Miller et al. vermutete Vulkanausbruch im Jahre 1258 zeigte zunächst nicht die erwartete Wirkung. Erst zehn Jahre später begann die arktische Eiskappe stark anzuwachsen, so dass ein ursächlicher Zusammenhang schwer zu begründen ist. Der entsprechende Ausbruch taucht auch in der neuen Studie von Plummer et al. auf, und wurde hier mit 1257 datiert. Der Ort des Ausbruchs bleibt unklar.

Abbildung 2: Sulfatkurve aus der Antarktis (Maud Dronning Land) (blau und grün) als Maß für die vulkanische Aktivität, sowie Eiskappenausdehnung von Baffin Island (violette Kurve). Abbildung von Willis Eschenbach.

 

Probleme mit Vulkanen hatte auch der aus Funk und Fernsehen bekannte „Hockey Stick“-Michael Mann. Der beschriebene große Vulkanausbruch um 1258 war wohl der größte Ausbruch eines Vulkans in den Tropen während der letzten 1000 Jahre. Und trotzdem hat er in Mann’s fragwürdigen Baumring-Rekonstruktionen nahezu keine Spur hinterlassen. Bei einer zu erwartenden Abkühlung von etwa 2 Grad ist dies allerdings etwas bedenklich. Michael Mann ging dem Paradoxon jetzt zusammen mit zwei Kollegen nach und veröffentlichte das Ergebnis seiner Überlegungen im Februar 2012 in Nature Geoscience. Sie diskutieren in der Arbeit allerhand Gründe warum die Kälte nicht in den Bäumen auftaucht und ersinnen dabei jede Menge Szenarien und Ausreden. Am Ende des Papers scheinen sie mit ihrer Diskussion ziemlich zufrieden zu sein und stellen fest, dass alles gut sei und das alles gar kein Problem darstelle würde. So einfach geht das.

 

Die Kleine Eiszeit in Spanien, der Schweiz und Taiwan

Schauen wir am Ende dieses Beitrags noch kurz in die aktuelle Literatur und sehen uns einige neue Fallstudien zur Kleinen Eiszeit aus verschiedenen Ecken der Erde an.

Die Zeit 1600-1602 war in Spanien besonders ungemütlich kalt. Baumringstudien zeigten, dass das Pflanzenwachstum während dieser Phase arg eingeschränkt war. Die kurze Phase fällt in die viel längere Kleine Eiszeit, in der es sowieso bereits deutlich kühler als normal war. Mar Génova von der polytechnischen Universität in Madrid interpretierte nun, das die drei Kältejahre in Spanien durch den Ausbruch des Vulkans Huaynaputina in Peru Anfang 1600 ausgelöst wurden. Die Endfassung der Arbeit erschien im April 2012 im Fachmagazin Climate of the Past. Der peruanische Ausbruch wird als die weltweit stärkste Eruption der vergangenen 600 Jahre angesehen. Kurze vulkanische-bedingte Kältephasen von wenigen Jahren Länge sind nichts Ungewöhnliches. Im Jahr 1815 brach auf der indonesischen Insel Sumbawa der Tambora aus, der größte Ausbruch, der jemals von Menschen dokumentiert wurde. Es folgte das berühmte “Jahr ohne Sommer” (siehe vulkane.net und S. 102 in “Die kalte Sonne”).

In der Schweiz untersuchte ein internationales Team um Isabelle Larocque-Tobler von der Universität Bern kleine Tier-Fossilien im sauerstoffarmen schweizerischen Seebergsee. Änderungen in den analysierten Chironomiden gehen auf Schwankungen in der Luft- bzw. Wassertemperatur im See zurück, so dass hieraus eine Temperaturkurve rekonstruiert werden kann. Die Studie ergab, dass die Juli-Temperaturen im Bereich des Sees während der Kleinen Eiszeit etwa ein halbes Grad gegenüber dem Temperaturdurchschnitt des letzten Jahrhunderts abgesenkt waren. In der davorliegenden Mittelalterlichen Wärmeperiode lagen die Juli-Temperaturen hingegen um 1,2°C über dem Durchschnitt des 20. Jahrhunderts. Die Studie erschien im April 2012 in den Quaternary Science Reviews.

Ein taiwanesisch-chinesisches Forscherteam um Kandasamy Selvaraj von der Xiamen University untersuchte in einem See in Nordost-Taiwan die Kohlenstoff- und Stickstoff-Isotopen sowie weitere geochemische Parameter. Hieraus rekonstruierten die Wissenschaftler Veränderungen des Monsunklimas für die vergangenen 4000 Jahre. Altersdatierungen führten sie auf der Basis der Radiokarbonmethode durch. Für die Zeit der Kleinen Eiszeit fand das Team verminderte organische Gehalte und eine Anreicherung von delta 13C was sie als reduziertes C3-Pflanzenwachstum interpretierten. Ursache hierfür ist wohl eine Abschwächung des Monsuns zu dieser Zeit sowie niedrigere Temperaturen. Die Autoren sehen in ihren Ergebnissen einen Beleg für die Existenz der Kleinen Eiszeit in ihrem subtropischen Untersuchungsgebiet. Ursache der in der Studie nachgewiesenen Klimaschwankungen könnte laut der Forschergruppe der Rückgang der Sonnenaktivität in Verbindung mit Beeinflussung durch die El Nino-Zyklen gewesen sein. Die Studie wurde im Februar 2012 in den Quaternary Science Reviews online veröffentlicht.