Erde-Sonne-Abstand verändert Jahreszeiten in 22.000-jährigem Zyklus deutlich

Saisonale Wind- und Meeresströmungen wie die El-Niño-Ereignisse können nicht nur das Wetter auf der Südhalbkugel beeinflussen. El Niño ist ein stetig wiederkehrendes Wetterphänomen, bei dem sich die Wasser- und Luftströmungen nahe des pazifischen Äquators (sogenannte „kalte Zunge“) umkehren und verändern. Dabei treiben Winde feuchte Luft vermehrt nach Osten in Richtung Amerika, wo es zu Überschwemmungen kommen kann.

Eine neue Forschung zeigt nun, dass eine bislang unbekannte Triebkraft die jährlichen Wetterzyklen auf der Südhalbkugel stark beeinflusst: nämlich die sich ändernde Entfernung zwischen Erde und Sonne.

Derzeit kleinster Erde-Sonne-Abstand

Der Abstand zwischen Erde und Sonne ändert sich im Laufe des Jahres langsam, da die Erdbahn leicht elliptisch ist. Gegenwärtig ist die Erde bei ihrer größten Annäherung – dem Perihel. Genau dann ist sie etwa fünf Millionen Kilometer näher an der Sonne als an ihrem weitesten Punkt – dem Aphel. Infolgedessen ist das Sonnenlicht im Perihel etwa sieben Prozent intensiver.

Wissenschaftler der Berkeley University (Kalifornien, USA) zeigten jüngst, dass diese geringfügige jährliche Veränderung einen großen Einfluss auf den Jahreszyklus der kalten Zunge haben kann. In der Forschung gilt jedoch die Neigung der Erdachse, die auch unsere Jahreszeiten verursacht, als Ursache für den Jahreszyklus der kalten Zunge.

Eine Temperaturkarte des Pazifischen Ozeans vom Dezember 1993 zeigt die kalte Zunge (blau), die sich von der Küste Südamerikas westwärts entlang des Äquators erstreckt. Die Temperatur und die Ausdehnung der Kaltwasserzunge ändern sich mit dem Erde-Sonne-Abstand. Foto: Berkeley University

Da die Dauer des Jahreszyklus aufgrund der Neigungs- und Entfernungseffekte leicht unterschiedlich ist, variieren ihre kombinierten Auswirkungen jedoch im Laufe der Zeit, wie der Geographieprofessor John Chiang Anfang November erklärte. „Das Besondere ist, dass der jährliche Zyklus des Entfernungseffekts etwas länger ist als der des Neigungseffekts – derzeit etwa 25 Minuten. Das bedeutet, dass die beiden jährlichen Zyklen über eine Zeitspanne von etwa 11.000 Jahren von gleich- zu gegenläufig wechseln […]“, so Chiang.

Laut den Forschern werde der Entfernungseffekt zwischen Erde-Sonne bereits in Klimamodellen berücksichtigt, jedoch wurden seine Auswirkungen auf den äquatorialen Pazifik bisher nicht erkannt. Zudem haben laut Chiang die aktuellen Ergebnisse keine Auswirkungen auf Wetter- oder Klimavorhersagen.

Unbekannte Schlüsselrolle

Der 22.000-jährige Zyklus könnte jedoch langfristige historische Auswirkungen haben. So ist bekannt, dass die Präzession der Erdumlaufbahn zum Beispiel den zeitlichen Ablauf der Eiszeiten beeinflusst hat.

Der Erde-Sonne-Abstand kann mit seiner 22.000-jährigen Schwankung auch andere irdische Wettersysteme wie das El Niño-Southern Oscillation (kurz ENSO) beeinflussen. „Die Theorie besagt, dass der Zyklus der kalten Zunge eine Schlüsselrolle bei der Entstehung und Beendigung von ENSO-Ereignissen spielt“, so Geographieprofessorin Alyssa Atwood. „Aus diesem Grund sind viele der Hauptmerkmale von ENSO mit dem saisonalen Zyklus verbunden.“

So erreichen ENSO-Ereignisse meist auf der winterlichen Nordhalbkugel ihren Höhepunkt und halten in der Regel nicht über die Frühlingsmonate hinaus an, was von Forschern als „Frühjahrsvorhersagebarriere“ bezeichnet wird.

„Wir lernen schon in der Grundschule, dass die Jahreszeiten durch die Neigung der Erdachse verursacht werden“, fügt Anthony Broccoli von der Rutgers University hinzu. „Das ist sicherlich richtig und wird seit Jahrhunderten gut verstanden. Obwohl die Auswirkung des Abstands zwischen Erde und Sonne ebenfalls bekannt ist, scheint dessen ‚Entfernungseffekt‘ eine wichtigere Auswirkung auf das Klima zu haben, als bisher bekannt ist.“

Bereits 2015 wiesen Broccoli und ein Kollege nach, dass die durch die elliptische Erdumlaufbahn verursachten Abstandsänderungen den Jahreszyklus der kalten Zunge deutlich verändern. Doch die meisten Klimamodellierer ignorierten das Ergebnis, so Chiang.

Nord und Süd nicht gleich

Anders als die Neigung der Erdachse, die für die Jahreszeiten verantwortlich ist, beeinflusst die Entfernung Sonne-Erde die nördliche und südliche Hemisphäre nicht unterschiedlich. Stattdessen erwärmt sie die „kontinentale Halbkugel“ mit Amerika, Afrika und Eurasien mehr als die „maritime Halbkugel“, die vom Pazifik dominiert wird. Die durch diese unterschiedliche Erwärmung der beiden Halbkugeln erzeugten Winde verändern schließlich die jährlichen Schwankungen der Winde und damit die kalte Zunge.

Wenn sich die Erde auf ihrer elliptischen Umlaufbahn der Sonne nähert, erwärmt sich die „kontinentale Halbkugel“ (rechts) stärker als die „maritime Halbkugel“ (links). Foto: Berkeley University

„Wenn die Erde der Sonne am nächsten ist, sind diese Winde stark. In der Nebensaison, wenn die Sonne am weitesten entfernt ist, werden diese Winde schwächer“, so Chiang. „Diese Windänderungen werden dann in den Ostpazifik weitergeleitet, was im Grunde zu einem jährlichen Zyklus der kalten Zunge führt.“

Heute, so Chiang, ist der Entfernungseffekt auf die Kältezunge etwa ein Drittel so stark wie der Neigungseffekt. Beide verstärken einander, was zu einem starken Jahreszyklus der kalten Zunge führt. Vor etwa 6.000 Jahren hoben sie sich auf, was zu einem gedämpften Jahreszyklus führte. In der Vergangenheit, als die Erdumlaufbahn noch elliptischer war, wäre der Entfernungseffekt auf die kalte Zunge größer gewesen und hätte zu einer vollständigeren Aufhebung des Unterschieds führen können. Dies hätte vermutlich wiederum weltweite Auswirkungen auf das Wetter gehabt.

Die Studie erschien am 9. November in der Fachzeitschrift „Nature“.

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