Indirekte Aufzeichnungen des Erdklimas, die an ungewöhnlichen Orten wie Korallen, Pollen, Bäumen und Sedimenten gefunden wurden, zeigen interessante Schwankungen etwa alle 100.000 Jahre mit Beginn vor ungefähr einer Million Jahren. Starke Veränderungen des globalen Eisvolumens, des Meeresspiegels, der Kohlendioxidkonzentration und der Oberflächentemperatur deuten auf Zyklen eines langen, langsamen Übergangs zu einer Gletscherperiode und zu einem plötzlichen Wechsel zu einer warmen und kurzen Zwischeneiszeit hin.
Milutin Milankovitch vermutete, dass die Zeitpunkte dieser Zyklen durch die Orbitalparameter der Erde bestimmt werden, darunter die Form ihrer Umlaufbahn um die Sonne und die Neigung der Rotationsachse des Planeten. Eine etwas nähere Umlaufbahn oder ein stärker geneigter Planet könnten einen kleinen Anstieg der Sonnenstrahlung und eine Feedbackschleife verursachen, die zu massiven Klimaveränderungen führt. Diese Theorie spricht dafür, dass das Klima – ein extrem komplexes System – etwas vorhersagbar sein könnte.
Im Journal Chaos, herausgegeben von AIP Publishing, schlug Stefano Pierini von der Parthenope University of Naples ein neues Paradigma vor, um die Verifizierung von Milankovitchs Hypothese zu vereinfachen.
„Die Hauptmotivation hinter dieser Studie war der Wunsch, die Milankovitch-Hypothese auf eine einfache, elegante und intuitive Weise zu charakterisieren und veranschaulichen“, sagte Pierini.
Viele Modelle sprechen dafür, dass Milankovitch recht hat, allerdings sind solche Methoden oft detailliert und spezifisch. Sie beziehen Klimafeedbackschleifen als grenzüberschreitende Regeln mit ein: Beispielsweise reflektiert eine zunehmende Eisbedeckung mehr Strahlung zurück in den Weltraum, was zu weiterer Abkühlung und mehr Eisbedeckung führt. Das bedeutet, dass ein plötzlicher Sprung des Klimas nur auftritt, wenn ein Parameter einen gegebenen Kipppunkt erreicht.
Pierinis „deterministisches Anregungsparadigma“ kombiniert die physikalischen Konzepte der Relaxationsschwingungen und Anregbarkeit, um die Orbitalparameter der Erde und die Gletscherzyklen auf eine allgemeinere Weise zusammenzubringen. Die Relaxationsschwingungskomponente beschreibt, wie das Klima nach einer Störung langsam zu seinem ursprünglichen Gletscherzustand zurückkehrt. An diesem Punkt fängt die Anregungskomponente des Modells die externen Orbitalveränderungen ab und löst den nächsten Gletscherzyklus aus.
Durch die Verwendung seiner eigenen Grenzüberschreitungsregeln und Anpassung eines klassischen Energiegleichgewichtsmodells erhielt Pierini korrekte und zuverlässige Zeitpunkte der jüngsten Gletscherzyklen.
„Die Anwendung des deterministischen Anregungsparadigmas in der aktuellen Grundformulierung kann die Zeitpunkte der letzten vier Gletscherzyklen erklären“, sagte er. „Die Ausweitung derselben Analyse auf das gesamte Pleistozän wird Gegenstand einer zukünftigen Untersuchung.“
Pierini vermutet, dass ähnliche Methoden auf anderen Gebieten nichtlinearer Zusammenhänge und in Verbindung mit anderen Klimaphänomenen genutzt werden könnten.
(THK)
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