NASA's Jet Propulsion Laboratory
Unser Leben dreht sich buchstäblich um Zyklen: Reihen von Ereignissen, die sich regelmäßig in der gleichen Reihenfolge wiederholen. Es gibt Hunderte von verschiedenen Arten von Zyklen in unserer Welt und im Universum. Einige sind natürlich, wie der Wechsel der Jahreszeiten, die jährlichen Tierwanderungen oder die zirkadianen Rhythmen, die unser Schlafverhalten bestimmen. Andere sind vom Menschen geschaffen, wie Anbau und Ernte, musikalische Rhythmen oder wirtschaftliche Zyklen.
Zyklen spielen auch eine Schlüsselrolle für das kurzfristige Wetter und das langfristige Klima der Erde. Vor einem Jahrhundert stellte der serbische Wissenschaftler Milutin Milankovitch die Hypothese auf, dass die langfristigen, kollektiven Auswirkungen von Veränderungen der Position der Erde im Verhältnis zur Sonne eine starke Triebkraft für das langfristige Klima der Erde sind und für den Beginn und das Ende von Vergletscherungsperioden (Eiszeiten) verantwortlich sind.
Konkret untersuchte er, wie sich Schwankungen bei drei Arten von Erdbahnbewegungen darauf auswirken, wie viel Sonnenstrahlung (die so genannte Sonneneinstrahlung) die Erdatmosphäre erreicht und wo die Sonneneinstrahlung ankommt. Diese zyklischen Orbitalbewegungen, die als Milankovitch-Zyklen bekannt wurden, verursachen Schwankungen von bis zu 25 Prozent in der Menge der einfallenden Sonneneinstrahlung in den mittleren Breiten der Erde (die Gebiete unseres Planeten, die zwischen etwa 30 und 60 Grad nördlich und südlich des Äquators liegen).
Die Milankovitch-Zyklen umfassen:
- Die Form der Erdumlaufbahn, bekannt als Exzentrizität;
- den Winkel, um den die Erdachse gegenüber der Erdbahnebene geneigt ist, die so genannte Schiefe; und
- die Richtung, in die die Rotationsachse der Erde zeigt, die so genannte Präzession.
Dieser Zyklus der Exzentrizität hat auf das Klima nur geringfügig Einfluss.
Exzentrizität - Die jährliche Pilgerreise der Erde um die Sonne ist nicht perfekt kreisförmig, aber ziemlich genau. Im Laufe der Zeit führt die Anziehungskraft der beiden größten Gasriesenplaneten unseres Sonnensystems, Jupiter und Saturn, dazu, dass sich die Form der Erdbahn von nahezu kreisförmig zu leicht elliptisch verändert. Die Exzentrizität misst, wie stark die Form der Erdbahn von einem perfekten Kreis abweicht. Diese Abweichungen wirken sich auf den Abstand zwischen der Erde und der Sonne aus.
Die Exzentrizität ist der Grund dafür, dass unsere Jahreszeiten leicht unterschiedlich lang sind, wobei die Sommer auf der Nordhalbkugel derzeit etwa 4,5 Tage länger sind als die Winter und der Frühling etwa drei Tage länger als der Herbst. Wenn die Exzentrizität abnimmt, gleicht sich die Länge der Jahreszeiten allmählich an.
Die Differenz zwischen der größten Annäherung der Erde an die Sonne (Perihel), die jedes Jahr um den 3. Januar stattfindet, und ihrer größten Entfernung von der Sonne (Aphel) um den 4. Juli beträgt derzeit etwa 5,1 Millionen Kilometer, was einer Abweichung von 3,4 Prozent entspricht. Das bedeutet, dass jeden Januar etwa 6,8 Prozent mehr Sonnenstrahlung auf die Erde trifft als im Juli.
Wenn die Erdumlaufbahn am elliptischsten ist, erreicht jedes Jahr etwa 23 Prozent mehr Sonnenstrahlung die Erde bei der größten Annäherung an die Sonne als bei der größten Entfernung von der Sonne. Gegenwärtig ist die Exzentrizität der Erde nahezu am geringsten elliptisch (am kreisförmigsten) und nimmt sehr langsam ab, in einem Zyklus, der sich über etwa 100.000 Jahre erstreckt.
Die Gesamtänderung der jährlichen globalen Sonneneinstrahlung aufgrund des Exzentrizitätszyklus ist sehr gering. Da die Schwankungen der Exzentrizität der Erde recht gering sind, spielen sie bei den jährlichen saisonalen Klimaschwankungen eine relativ geringe Rolle.
Schiefe Lage - Der Winkel, um den die Rotationsachse der Erde auf ihrer Reise um die Sonne geneigt ist, wird als Schiefe Lage bezeichnet. Die Schiefe ist der Grund, warum die Erde Jahreszeiten hat. In den letzten Millionen Jahren schwankte sie zwischen 22,1 und 24,5 Grad in Bezug auf die Erdbahnebene. Je größer der axiale Neigungswinkel der Erde ist, desto extremer sind unsere Jahreszeiten, da jede Hemisphäre im Sommer, wenn sie der Sonne zugewandt ist, mehr Sonneneinstrahlung erhält und im Winter, wenn sie von der Sonne abgewandt ist, weniger. Größere Neigungswinkel begünstigen Perioden der Deglaziierung (das Abschmelzen und Zurückziehen von Gletschern und Eisschilden). Diese Auswirkungen sind weltweit nicht einheitlich - in höheren Breitengraden ist die Veränderung der gesamten Sonneneinstrahlung größer als in Gebieten, die näher am Äquator liegen.
Die Erdachse ist derzeit um 23,4 Grad geneigt, also etwa auf halbem Weg zwischen ihren Extremen, und dieser Winkel nimmt in einem Zyklus von etwa 41 000 Jahren sehr langsam ab. Die maximale Neigung war zuletzt vor etwa 10.700 Jahren erreicht und wird in etwa 9.800 Jahren ihr Minimum erreichen. Die abnehmende Schiefe trägt dazu bei, dass unsere Jahreszeiten kälter werden, was zu immer kälteren Wintern und kühleren Sommern führt, die es im Laufe der Zeit ermöglichen, dass sich Schnee und Eis in hohen Breiten zu großen Eisdecken auftürmen. Mit zunehmender Eisbedeckung wird mehr Sonnenenergie in den Weltraum zurückreflektiert, was die Abkühlung noch weiter fördert.
Präzession - Wenn sich die Erde dreht, wackelt sie leicht um ihre Achse, wie ein leicht exzentrischer Spielzeugkreisel. Dieses Wackeln ist auf die Gezeitenkräfte zurückzuführen, die durch die Gravitationseinflüsse von Sonne und Mond verursacht werden und dazu führen, dass sich die Erde am Äquator ausbeult, was ihre Rotation beeinträchtigt. Der Trend in der Richtung dieses Taumelns relativ zu den festen Positionen der Sterne wird als axiale Präzession bezeichnet. Der Zyklus der axialen Präzession erstreckt sich über etwa 25.771,5 Jahre.
Die axiale Präzession bewirkt, dass die jahreszeitlichen Kontraste auf der einen Hemisphäre stärker und auf der anderen weniger stark ausgeprägt sind. Gegenwärtig findet das Perihel im Winter auf der Nordhalbkugel und im Sommer auf der Südhalbkugel statt. Dadurch werden die Sommer auf der Südhalbkugel heißer und die jahreszeitlichen Schwankungen auf der Nordhalbkugel abgeschwächt. Aber in etwa 13.000 Jahren wird die axiale Präzession dazu führen, dass sich diese Bedingungen umkehren, wobei die nördliche Hemisphäre mehr extreme Sonneneinstrahlung erfährt und die südliche Hemisphäre gemäßigtere jahreszeitliche Schwankungen erlebt.
Neuste Erkenntnisse weisen darauf hin, dass die Annahme nicht ganz richtig war.
Mittlere Neigung der Erde heute: -23,28° (relativ zur Sonne) Ein negativer Wert bedeutet, dass sich der Nordpol von der Sonne weg neigt. Heute ist die Fläche der südlichen Hemisphäre der Südhalbkugel, die direkte Strahlen von der Sonne empfängt 69,8% größer, als die der nördlichen Hemisphäre. Das bedeutet, dass die nördliche Hemisphäre sowohl im Sommer wie auch im Winter weniger solare Einstrahlung aufweist, als in der südlichen Hemisphäre.
Die aktuelle Neigung der Achse
Über die Simulation die nachfolgend als Bild gezeigt wird, können Sie über den Link den Effekt auf europäische Länder simulieren.
Obwohl die Neigung der Erde von 23,44° "relativ zu ihrer Bahnebene" über viele Menschenleben hinweg im Wesentlichen konstant bleibt, ändert sich ihre Neigung "relativ zur Sonne" in einem regelmäßigen Jahreszyklus. Die beiden großen Ansichten unseres Planeten oben zeigen seine aktuelle Neigung relativ zur Sonne und geben Aufschluss darüber, welche Teile unseres Planeten sich gerade in das Tageslicht (Sonnenaufgang) und die Dunkelheit (Sonnenuntergang) drehen. In der linken großen Ansicht geht die Sonne an der östlichen Grenze des Erdschattens auf (das Tageslicht bricht an). In der rechten großen Ansicht geht die Sonne an der westlichen Grenze des Erdschattens unter (die Dunkelheit bricht herein). Der Blickwinkel der beiden großen Ansichten ist direkt über dem 0. Breitengrad, um die gesamten Teile der Erde zu zeigen, die sich zum Sonnenaufgang bzw. Sonnenuntergang drehen.
Die Präzession beeinflusst die jahreszeitlichen Zeitabläufe im Verhältnis zu den erdnächsten/fernsten Punkten um die Sonne. Das moderne Kalendersystem ist jedoch an die Jahreszeiten gebunden, so dass zum Beispiel der Winter auf der Nordhalbkugel niemals im Juli stattfindet. Die Nordsterne der Erde sind heute Polaris und Polaris Australis, aber vor ein paar tausend Jahren waren es Kochab und Pherkad.
Außerdem gibt es die apsidische Präzession. Nicht nur die Erdachse wackelt, sondern auch die gesamte Erdbahnellipse wackelt unregelmäßig, vor allem aufgrund der Wechselwirkungen mit Jupiter und Saturn. Der Zyklus der Apsidenpräzession erstreckt sich über etwa 112 000 Jahre. Die apsidische Präzession verändert die Ausrichtung der Erdbahn relativ zur elliptischen Ebene.
Die kombinierten Auswirkungen der axialen und apsidalen Präzession führen zu einem Gesamtpräzessionszyklus, der im Durchschnitt etwa 23 000 Jahre dauert.
Bei der Simulation ist ersichtlich, dass wenn sich der Winkel der axialen Veränderung zum Minus Maximal von -23.44° hin bewegt, die nördliche Hemisphäre massiv weniger solare Einstrahlung aufweist und deshalb härtere Winter zu erwarten hätte, wären da nicht noch solare Zyklen und Veränderungen der solaren Magnetosphäre, welche die Wolkenbildung der Erde grundsätzlich beeinflusst.
Wenn die solare Aktivität wie im Beitrag "Solar Update September, 2021" veröffentlicht abnehmend ist und dadurch die solare Megnetosphäre schwächer wird, gelangt mehr Strahlung des Universums in die irdische Atmosphäre, was zu einer erhöhung der Ionisierung und damit zur Zunahme der Aerosole sowie der Wolkenbildung durch erhöhung der Aerosole führt. Solare Aufzeichnungen seit 1874 belegen, dass die kleine Eiszeit die bis ca. 1914 andauerte, sowie die kalten Winter und Sommer zwischen 1960 bis 1980 einer reduzierten solaren Aktivität zuzuschreiben sind.
Die NASA geht davon aus, dass der aktuelle erst kürzlich begonnene solare Zyklus 25 schwächer ausfallen wird, als die solaren Zyklen während dem Maunder Minimum und denen der kleinen Eiszeit gleich kommen könnte. In 11 Jahren werden wir mehr wissen und weitere Wetterdaten ausgewertet haben.
Erste Auswirkungen dieser solaren Abnahme sind in den USA, Kanada, Japan mit Temperaturen weit unter -45° Celsius und Blizzards die bis zu 2 Meter Schnee brachten und 40 Todesopfer forderten. Entsprechende Berichte aus den USA und Japan können über Youtube, den örtlichen Medien, Gettr, Odysee oder anderen Alternativen gefunden werden. Wir werden darüber einen zusammenfassenden Bericht veröffentlichen.