Erdbahn als Klimapendel

Orbitaler Klimaeffekt: Neue Daten bestätigen, dass sich die Erdbahn in einem Zyklus von 405.000 Jahren verändert – sie wechselt regelmäßig von fast kreisrund zu leicht elliptisch. Bisher war strittig, wie stabil dieser längste Erdbahnzyklus ist. Jetzt hat ein Bohrkern aus dem Zeitalter der Trias seine Regelmäßigkeit bestätigt. Das liefert wichtige Informationen zum Einfluss dieser planetaren Faktoren auf unser Klima, wie die Forscher erklären.

Sowohl die Rotationsachse der Erde als auch ihre Bahn verändern sich im Laufe der Zeit. Diese planetaren Zyklen, auch als Milankovic-Zyklus bezeichnet, beeinflussen das Klima unseres Planeten – so gelten beispielsweise als Mitauslöser für Eiszeiten. Konkret „taumelt“ die Erdachse in der Präzession alle 21.000 Jahre, die Neigung der Erdachse ändert sich in einem 41.000 Jahre dauernden Rhythmus. Dazu kommt eine periodische Veränderung in der Exzentrizität der Erdbahn um die Sonne: Sie folgt einem 100.000 Jahres-Zyklus und zusätzlich einem extrem langen Zyklus von 405.000 Jahren – so jedenfalls die Theorie.

Wie stabil ist der 405.000-Jahres-Zyklus

Doch gerade dieser längste aller planetaren Zyklen ließ sich bisher nicht eindeutig beweisen. Wegen seiner extrem langen Periode fehlte es an klaren Belegen für die Regelmäßigkeit dieser Orbit-Schwankung. Es blieb unklar, wie stabil dieser Zyklus im Laufe der Erdgeschichte war. Denn die Modelle dazu sind nur bis in die Zeit vor rund 50 Millionen Jahren verlässlich, Bohrkerne mit Indizien für diesen sogenannten Zyklus waren nur in Teilen genau datiert.

Jetzt haben Dennis Kent von der Rutgers University in New Jersey und seine Kollegen erstmals eindeutige geologische Befunde für die Stabilität dieses langperiodischen Erdbahnzyklus entdeckt. Fündig wurden sie in einem Bohrkern aus dem Petrified Forest National Park in Arizona, einer Gegend, die für ihre versteinerten Bäume bekannt geworden ist. Der Bohrkern umfasst Sedimente und Gesteinseinschlüsse vom Ende der Trias, der Zeit vor 209 bis 215 Millionen Jahren.

Das Entscheidende daran: In dieser Zeit fanden Umpolungen des Magnetfelds statt, die eine genaue Datierung des Bohrkerns und der in ihm enthaltenen Informationen über Erdbahnschwankungen und deren Auswirkungen erlaubten. Zusammen mit früheren Bohrkernen erlaubte dies den Forschern, den 405.000-Jahres Zyklus bis in die Trias zu rekonstruieren.

Einfluss auf die Erdbahn haben vor allem der erdnächste Planet Venus und der größte Planet im Sonnensystem, der Jupiter. © NASA

Einflüsse von Jupiter und Venus

Das Ergebnis: Die Bahn der Erde um die Sonne verändert tatsächlich im Rhythmus von 405.000 Jahren ihre Form. „Der Erdorbit wechselt dabei von fast perfekt kreisförmig zu rund fünf Prozent elliptisch“, berichtet Kent. Auslöser dieser subtilen Schwankungen sind vor allem die Schwerkrafteinflüsse der Planeten Venus und Jupiter, in geringerem Maße auch die der anderen Planeten. Je nach ihrer Position zueinander üben sie eine mal mehr mal weniger starke Anziehung auf die Erde aus.

„Diese Einflüsse und der daraus resultierende Zyklus werden durch Modelle bis zu 50 Millionen Jahre in die Vergangenheit hinein beschrieben“, so Kent. „Jetzt ist bestätigt, dass dieser Zyklus mindestens bis 215 Millionen Jahre zurückreicht.“ Im Gegensatz zu den kürzeren planetaren Zyklen scheint der 405.000 Jahreszyklus zudem ein stabiler Taktgeber zu sein – er ist regelmäßig wie ein Uhrwerk: „Das Schöne ist, dass dieser Zyklus alleine steht, er verändert sich nicht, während alle anderen ihn überlagern“, erklärt Kent.

Indirekter Klimaeffekt

Was aber bedeutet dies für das Klima der Erde? Von der Gesamtheit der Milankovic-Zyklen ist bekannt, dass sie spürbaren Einfluss auf das Erdklima haben und unter anderem Eiszeiten auslösen können. Weil sich die Phasen der verschiedenen Klimazyklen im Laufe der Zeit gegeneinander verschieben, bilden ihre Effekte ein komplexes, schwer zu rekonstruierendes Muster.

Milankovitch-Zyklus: Erdbahnparameter und Sonneneinstrahlung beeinflussen den Wechsel von Kalt- und Warmzeiten. © Global Warming Art/CC-by-sa 3.0

Der 405.000-Jahres-Zyklus scheint jedoch nicht direkt auf das Erdklima zu wirken, wie die Forscher erklären. Stattdessen verstärkt oder schwächt er primär die Effekte der kürzeren Zyklen. So führen Erdachsenneigung und Präzession periodisch zu einer Verstärkung der klimatischen Unterschiede zwischen den Jahreszeiten. Hat zu diesem Zeitpunkt der 405.000-Jahres-Zyklus seine stärkste Exzentrizität erreicht, wirkt er als Verstärker für diese Extreme.

Einfluss momentan gering

Im Moment ist die Erdbahn fast kreisförmig, wie die Forscher berichten. Der 405.000-Jahres-Zyklus bewegt sich damit an einem Ende seines „Pendels“. Wie wirkt sich dies auf unser Klima aus? „Wahrscheinlich nicht sonderlich spürbar“, sagt Kent. „Der Effekt ist zurzeit weit unten in der Liste der vielen Dinge, die unser Klima in für uns erfassbaren Zeitskalen beeinflussen.“

Auf Basis der kürzeren Klimazyklen haben Forscher vor einigen Jahren bereits ermittelt, dass die Erde auf eine neue Eiszeit zusteuern könnte – allerdings wäre dies erst in mehreren zehntausend Jahren fällig. Durch den massiven Ausstoß von Treibhausgasen und den anthropogenen Klimawandel wirken wir diesem Trend so effektiv entgegen, dass sich der Beginn der nächsten Eiszeit um weitere rund 50.000 Jahre in die Zukunft verschieben könnte. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; doi: 10.1073/pnas.1800891115)

(The Earth Institute at Columbia University, 08.05.2018 – NPO)