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Innovativer Ansatz zur Erklärung der Klimaschwankungen während der Erdgeschichte: Verkippung der Erdachse durch Vorbeiflug eines Himmelskörpers Mittwoch, 6. August 2008
Während der Erdgeschichte gab es immer wieder Perioden tiefer Temperaturen (sogenannte Eiszeiten), die zu großflächigen Vereisungen an der Polnähe auf der Süd- und Nordhalbkugel führten. Während einer Eiszeit schwankte das Klima zwischen verstärkter Kälte (Kaltzeiten, Glaziale) und milderem Klima (Warmzeiten, Interglaziele). Dabei passierte der Wechsel zwischen diesen beiden Klimaperioden nicht zufällig sondern folgte einer Periodik von ca. 100.000 Jahren (ca. 90.000 Jahre Kaltzeit, ca. 15.000 Jahre Warmzeit). Momentan befinden wir uns ein Warmzeit (Holozän), die einer Kaltzeit (Pleistozän) folgte, welche vor ca. 10.000 Jahren zu Ende ging und vor ca. 21.000 Jahren ihren Höhepunkt hatte. Zu dieser Zeit waren 32 % der Erdoberfläche mit Eis bedeckt (im Vergleich zu 10 % heute).
Doch was ist die Ursache der Kalt- und Warmzeiten? Warum gibt es eine Periodizität von ca. 100.000 Jahren? Und warum kam es zu solch abrupten Wechseln zwischen Warm- und Kaltzeiten, dass z.B. die Mammuts schockgefroren wurden und unter dem Eis in Grönland Pflanzen konserviert sind?
Diese Fragen waren und sind weiter Gegenstand paläoklimatologischen Forschungen. Bisherige Untersuchungen erbrachten, dass das Klima maßgeblich durch zwei Faktoren beeinflusst wird: zum einen durch die Variation der Sonnenaktivität, zum andern durch die Variation der Erdbahngeometrie. Da die Erdbahn die Folge eines dynamischen Gleichgewichts der gravitativen Wechselwirkungen mit allen anderen Planeten der Sonnensystems ist, ergibt sich eine stetig andauernde komplexe Änderung der Erdbahngeometrie. Hauptsächlich drei Bahnparameter ändern sich mit charakteristischen Periodenlängen T: (i) die Neigung der Erdachse zur Umlaufbahn (Ekliptik, T = 41.000 Jahre, Schwankungsbereich: 21.8°-24.4°, heutiger Wert: 23.5°), (ii) die Form der elliptischen Erdumlaufbahn um die Sonne (Exzentrizität, T = 100.000 Jahre) und (iii) die Tag-Nacht-Gleiche auf der elliptischen Umlaufbahn (Präzession, T = 23.000). Alle diese Oszillationen zusammengenommen werden als Milankovic Zyklus bezeichnet. Der Milankovic Zyklus der Erdbahnvariationen führt zu einer Variation von 7-8 % der Sonneneinstrahlung auf der Erde.
Somit scheint das Rätsel der Eiszeit bzw. der Kalt-und Warmzeiten so gut wie gelöst. Aber es ist nur scheinbar der Fall: Obwohl durch die Milankovic Zyklen das prähistorische Klima gut modelliert werden kann, ergeben sich Schwierigkeiten, die abrupten Klimaänderungen bei den Übergängen der Epochen (sogenannte „Dansgaard-Oeschger events“, siehe Abbildung) zu erklären. Auch ist die Periodizität von 100.000 Jahren weitaus deutlicher ausgeprägt als die Milankovic Theorie vorhersagt. Es gibt also noch weitere Faktoren.
Die Abbildung zeigt die 18O Werte über einen Zeitraum von 150.000 Jahren. Deutlich ist die abrupte Änderung beim Übergang von Pleistozän zu Holozän vor ca. 11.500 Jahren zu erkennen (Grafik: Greenland Ice-core Project Members Climate instability during the last interglacial period recorded in the GRIP ice core, Nature, 364 (1993) 203–207).
Aktuelle Erkenntnisse liefern nun ein ganz neues Verständnis der paläoklimatischen Veränderungen. Sie erbringen Indizien, dass die starken Klimaänderungen vornehmlich durch einen Faktor verursacht werden, der bisher vernachlässigt wurde: das nahe Vorbeifliegen eines Himmelskörpers an der Erde.
Dass solch ein Szenarion wahrscheinlich die wahr Ursache der Kaltzeit-Warmzeitschwankungen ist, erbrachten Forschungen der beiden Physiker Prof. W. Wölfi (ETH Zürich) und W. Baltensperger (ETH Zürich), die sie erstmals 1999 in dem Fachartikel „A possible explanation for Earth’s climatic changes in the past few million years“ ausführlich erläuterten. Demnach können die Klimaschwankungen folgendermaßen erklärt werden:
· Die schnellen Klimawechsel (Dansgaard-Oeschger events), vor allem der Wechsel zwischen dem Holozän und dem Pelistozän, sind die Folge einer schnellen Verschiebung des Erdpols.
· Die Erdpolverschiebung ging mit einer Verkippung der Erdachse einher.
· Die Verkippung der Erdachse war die Folge eines Vorbeiflugs von einem Himmelkörper (Planet Z), der auf einer extrem exzentrischen Bahn um die Sonne kreiste (bzw. immer noch kreist).
· Die Masse des Planeten Z kann abgeschätzt werden auf 0.03-0.2 Erdmassen, wenn man annimmt, dass er wenigstens in einer Entfernung von 30.000 km an der Erde vorbeiflog.
· Planet Z hatte eine große Gashülle (Radius: 3 Mio km), die mit der Erdatmosphäre interagierte und deren Zusammensetzung änderte (Abgabe großer Mengen an Ozon und Stickstoffverbindungen an die Erdatmosphäre).
· Die veränderte Erdatmosphäre führte zu einem Treibhauseffekt, sodass das Klima wärmer wurde (wie es z.B. für das Holozän charakteristisch ist).
· Die gesamten Klimawechsel in der Erdgeschichte ab ca. 3.3 Mio Jahren sind stark beeinflusst durch die wiederholte Annäherung des Planeten Z an die Erde.
· Vor ca. 3.2 Mio Jahren kam es zu einer ersten Annäherung zwischen Planet Z und der Erde, infolgedessen die Erdachse verkippt wurde, sodass der Nordpol in Richtung Nordamerika wanderte.
· Vor ca. 1.0 Mio Jahren ereignete sich ein zweites Mal ein naher Vorbeiflug von Planet Z, wodurch es abermals zu einem Verschiebung des Nordpols in Richtung Nordamerika kam. Die Folge: ein dramatischer Klimawandel im Sinne einer Kaltzeit.
· Ein dritter Vorbeiflug vor ca. 11.500 Jahren erzeugte einen erneuten Klimawandel.
· Planet Z könnte der Überrest einer Kollision eines Planeten sein, der ursprünglich zwischen Mars und Jupiter angesiedelt war und mit einem weiteren Planeten kollidierte. Der Asteroidengürtel (zwischen Mars und Juptier) kann als Ansammlung von Trümmern dieser Kollision angesehen werden.
Abbildung links: Simulation der Verschiebung der Erdachse nach einem Vorbeiflug von Planet Z (Bild: W. Wölfli , W. Baltensperger and R. Nufer: An additional planet as a model for the Pleistocene Ice Age, 2002). Abbildung rechts: Asteroidengürtel.
W. Wölfli and W. Baltensperger
A possible explanation for Earth’s climatic changes in the past few million years.
arXiv:physics/9907033v3, 1999
[download pdf] (18 pages)
Abstract: The astronomical theory of Milankovitch relates the changes of Earth’s past climate to variations in insolation caused by oscillations of the orbital parameters. However, this theory has problems to account for some major observed phenomena of the past few million years. Here, we present an alternative explanation for these phenomena. It is based on the idea that the solar system until quite recently contained an additional massive object of planetary size. This object, called Z, is assumed to have moved on a highly eccentric orbit bound to the sun. It influenced Earth’s climate through a gas cloud of evaporated material. Calculations show that more than once during the last 3.2 Myr it even approached the Earth close enough to provoke a significant shift of the geographic position of the poles. The last of these shifts terminated the Earth’s Ice Age epoch. The origin and fate of Z is also discussed.
W. Wölfli, W. Baltensperger and R. Nufer
An additional planet as a model for the Pleistocene Ice Age.
arXiv:physics/0204004v1, 2002
[download pdf] (11 pages)
Abstract: We propose a model for the Pleistocene Ice Age, assuming the following scenario: Between 3 Myr and 11.5 kyr BP a Mars-sized object existed which moved in a highly eccentric orbit. Originating from this object, gas clouds with a complex dynamics reduced Earth’s insolation and caused a drop in the global temperature. In a close encounter, 11.5 kyr ago, tidal forces deformed the Earth. While the shape of the gyroscope Earth relaxed, the North Pole moved geographically from
A link between an ice age era and a rapid polar shift.
arXiv:physics/0407082v1, 2004
[download pdf] (5 pages)
Abstract: The striking asymmetry of the ice cover during the Last Global Maximum suggests that the North Pole was in Greenland and then rapidly shifted to its present position in the Arctic See. A scenario which causes such a rapid geographic polar shift is physically possible. It involves an additional planet, which disappeared by evaporation within the Holocene. This is only possible within such a short period, if the planet was in an extremely eccentric orbit and hot. Then, since this produced an interplanetary gas cloud, the polar shift had to be preceded by a cold period with large global temperature variations during several million years.
