Das globale Ökosystem

Anmerkungen & Quellen

Die Erforschung der Atmosphäre (Luft)

(520) Fourier veröffentlichte seine "Mémoire sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires" 1824 in den Annales de Chimie et de Physique, und leicht verändert 1827 in den Mémoires de l'Academie royal des Sciences de l'Institut de France, Band 7, S. 570-604. Der Text ist auf den Internet-Seiten der französischen Nationalbibliothek verfügbar (>> Gallica). Den Treibhauseffekt hatte 1767 der Schweizer Naturforscher Horace-Bénédict de Saussure demonstriert, der zeigte, dass in einem isolierten Kasten mit Doppelverglasung die Temperatur anstieg und vermutete, dass in dem Kasten das einfallende Sonnenlicht in "chaleur obscure" – unsichtbare Wärme – umgewandelt werde. Dass es sich bei der unsichtbaren Wärme um Infrarotstrahlung handelt, hatte im Jahr 1800 der deutsche Astronom Friedrich Wilhelm Herschel gezeigt, der die Temperaturen der Farben des Sonnenlichts gemessen hat, das er durch ein Prisma zerlegt hatte: die höchsten Temperaturen fand er jenseits des roten Endes des Spektrums. Er folgerte daraus, dass die Sonne nicht nur sichtbares Licht, sondern auch "unsichtbare Wärme" abgab. Fourier zitiert Herschel in seiner Arbeit allerdings nicht, so dass unklar ist, ob er dessen Arbeit kannte.

(522) Tyndall irrte jedoch insofern, als die Farbe der Luft nicht von winzigen Schwebeteilchen in der Luft verursacht wird, sondern von der Lichtstreuung an den Luftmolekülen selbst.

(525) Proceedings of the Royal Swedish Academy of Science, Stockholm 1896, Volume 22 I N. 1, pages 1–101; auch: On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of the ground, The London, Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 5, 237–276 (ebenfalls 1896).

(526) Es war vor allem der schwedische Physiker Knut Ångström, der Arrhenius wiedersprach: Er glaubte, mit einem Experiment, dass in seinem Labor durchgeführt wurde, gezeigt zu haben, dass eine weitere Zunahme der Kohlendioxid-Konzentration den Treibhauseffekt nicht verstärken würde, da die Atmosphäre bereits mit Kohlendioxid gesättigt sei und zudem vom Kohlendioxid durchgelassene Wärmestrahlung vom Wasserdampf in der Atmosphäre abgefangen würde. Heute wissen wir, dass beides nicht stimmt: es gibt weder eine Kohlendioxid-Sättigung noch überlagern sich die Absorptionsspektren von Kohlendioxid und Wasserstoff. Aber bis es in den 1950er Jahren erste Berechnungen der atmosphärischen Strahlungsbilanz mit Computern gab, die Arrhenius' Theorie unterstützen (siehe insb. Gilbert Plass: The Carbon Dioxide Theory of Climate Change, Tellus 8 (2) 1956, >> pdf), haben Ångströms Zweifel dazu beitragen, dass Arrhenius' Theorie lange nicht viele Anhänger fand.

Die Quelle des Lebens (Wasser)

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400: Die Zahlen zum globalen Wasserkreislauf sind immer Schätzungen und schwanken daher je nach Quelle etwas. Die hier verwendeten Zahlen stammen aus PhysicalGeography.net >> Introduction to the Hydrosphere (eingesehen 26.2.2007).

Gestein

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Den aktuellen Stand der Forschung zum Kohlenstoff im Gestein stellt der 2013 erschienene Band 75 der Reviews in Mineralogy and Geochemistry zum Thema "Carbon in Earth" dar. Dieser ist kostenfrei im Internet (www.minsocam.org) einseh- und herunterladbar.

Klima

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701: Der Anteil der Strahlung, der von einem Körper zurückgestrahlt wird, wird Albedo (von lateinisch Weißheit) genannt, der Wert liegt zwischen 0 und 1. Wenn die Erde etwa 30 Prozent der Sonnenstrahlung reflektiert, besitzt sie also einen Albedo von 0,3. Dieser Albedo ist aber nicht über die gesamte Erde gleich: Hohe Cumulonimbus-Wolken können einen Albedo von 0,8 bis 0,9 haben (also 80 bis 90 Prozent der Sonnenstrahlung reflektieren), niedirge Cirrus-Wolken einen von 0,02 bis 0,03 (sie reflektieren also nur 2 bis 3 Prozent des Sonnenlichts. Frischer Schnee hat einen Albedo wie Cumulonimbus-Wolken. Der Albedo der Erde ändert sich auch je nach Tages- und Jahreszeit: Wasser reflektiert Sonnenstrahlung kaum, wenn diese senkrecht einfällt (Albedo 0,04), aber immer stärker, je schräger die Strahlen einfallen (bis zu einem Albedo von 0,6); belaubte Wälder (im Sommer) reflektieren mehr Sonnenlicht als unbelaubte (oder gar schneebedeckte im Winter). In historischer Zeit hat die Entwaldung der Erde (Acker- und Weideflächen haben einen höheren Albedo als Wälder) den Albedo der Erde um etwa 0,01 erhöht. Heute steht der Albedo im Mittelpunkt der Klimaforschung, da die Auswirkung von Wolken und der Rückgang des Meereises zu den wichtigsten Rückkoppelungen gehören, die die Auswirkungen des Klimawandels bestimmen werden (>> mehr). (Alle Zahlen aus Vaclav Smil: Energy in Nature and Society, 2008.)

703: Die Formel, die dieser Berechnung zugrunde liegt, ist das Stefan-Boltzmann-Gesetz.

705: Der französische Mathematiker und Physiker Jean Baptiste Fourier, der sich Anfang des 19. Jahrhunderts mit der Ausbreitung von Wärme in Festkörpern beschäftigte (und zu deren Berechnung die nach ihm benannte Fourierreihen entwickelte), fragte sich auch, wie die Temperatur der Erde zu erklären sei. Er erkannte, dass die Wärme aus dem Erdinneren nur eine sehr geringe Rolle spielte, die man vernachlässigen konnte. Also musste die Sonnenstrahlung die Temperatur bestimmen (die temperaturerhöhende Wirkung der "chaleur obscure" genannten Wärmestrahlung hatte im Jahr 1800 der deutsch-britische Astronom William Herschel entdeckt). Aber die Erde war wärmer, als aufgrund der Sonnenstrahlung zu erwarten wäre. Fourier erkannte, dass dieses an der Atmosphäre liegen musste, die "Wärme in Lichtform" leichter hin- als die "chaleur obscure" hinauslasse. (zuerst veröffentlicht 1824 in dem Beitrag "Remarques Générales Sur Les Températures", in den Annales de Chimie et de Physique, Band 27, S. 136–167). Siehe auch die Anmerkung >> 520.

Klimageschichte

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(850) James F. Kasting und David Catling 2003: Evolution of a Habitable Planet. (Annual Review of Astronomy and Astrophysics, Band 41, Seiten 429–463). Fachbeitrag über den Stand der Forschung zum Klima der Erdfrühzeit (englischsprachig).

(851) Minik Rosing, Dennis Bird, Norman Sleep und Christian Bjerrum 2010: No climate paradox under the faint early sun. Nature Band 464, Seiten 744–747 (englischsprachig).

(860) siehe Robert Hazen 2013: The Story of Earth. Penguin Books, S. 225 ff.

(861) Der Begriff wurde von Paul Hoffmann bekannt gemacht, der mit drei Kollegen einen bekannten Beitrag über diese Eiszeit veröffentlichte: Paul Hoffmann et al. 1998: A Neoproterozoic Snowball Earth. Science 281, 1342–1346, doi: 10.1126/science.281.5381.1342 (englischsprachig). Dieser Artikel ist auch auf der von Paul Hoffmann und anderen betriebenen Webseite http://www.snowballearth.org abrufbar (unter "people").

(862) Philip A. Allen & James L. Etienne 2008: Sedimentary challenge to Snowball Earth. Nature Geoscience 1, 817–825. http://www.nature.com/ngeo/journal/v1/n12/full/ ngeo355.html (englischsprachig).

(866) Der Anteil an dem leichten Kohlenstoff-Isotop ¹³C in den Kalkschalen war erhöht, und das bedeutet, dass der Anteil dieses leichten Isotops auch in der damaligen Atmosphäre erhöht war. Da bei biochemischen Reaktionen leichter Kohlenstoff bevorzugt umgesetzt wird, ist dieses ein starker Hinweis darauf, dass das freigesetzte Kohlendioxid ursprünglich auch Lebewesen stammt.

(880) Eine Zusammenfassung findet sich in seinem Hauptwerk: "Kanon der Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das Eiszeitenproblem", erschienen 1941.

(884) Lorraine Liesiecki und Maureen Raymo: "A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records". Paleooceanography, 20 (I): PA 1003, doi: 10.1029/2004/PA001051 (2005). (>> pdf).

(890) Siehe z.B. Victor Brovkin u.a.: "Glacial CO2 cycle as a succession of key physical and biogeochemical processes", Clim. Past, 8, 251–264 (2012). doi:10.5194/cp-8-251-2012 (>> pdf).

(894) Benannt nach dem dänischen Paläoklimatologen Willi Dansgaard und dem schweizer Physiker Hans Oeschger, die diese Schwankungen bei Untersuchungen von Eisbohrkernen zuerst entdeckten.

(896) Benannt nach dem deutschen Klimatologen Hartmut Heinrich, der diese 1988 zuerst beschrieben hat.