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Kann uns der Himmel auf den Kopf fallen? Außerirdische Einflüsse auf Klimaänderungen? Dr. B. Pfeiffer Astronomische Arbeitsgemeinschaft Mainz, Astronomische Gesellschaft • • • • 1. 2. 3. 4. • Anregungen Ist das nicht alles weit-weit weg? Kann das überhaupt einen Einfluss auf uns haben? Sensationsmedien Mögliche Einflüsse (z.T. hoch spekulativ): Kann uns der Himmel auf den Kopf fallen? Ist die Sonne wirklich friedlich? Die „Kleine Eiszeit“ „Globale Erwärmung“, Teil eines Kreislaufs? Sind Sternexplosionen eine Gefahr? Zusammenfassung, Ausblick 5th Russbach Workshop on Nuclear Astrophysics Gemeindesaal, 3. März 2008 20:15 1 Eine Anregung zu diesem Vortrag Globale Erwärmung Seevölker Dunkles Mittelalter Gästehaus Walpurga Im März 2004 veranstalteten wir hier den ersten “Workshop on Nuclear Astrophysics”. Schon beim Frühstück befragte mich die überaus freundliche Pensionswirtin über die Globale Erwärmung, insbesondere ob wir das behandeln. Ich sagte, unsere Themen hätten nichts mit der Erde zu tun. Etwa 6 Wochen später erwähnte ich bei einem Astronomiekurs in der VHS Mainz über kosmische Höhenstrahlung, dass es vielleicht doch einen Zusammenhang gäbe. Ursprünglich wollte ich heute nur über den Einfluss von Höhenstrahlung auf das Klima sprechen, doch dann habe ich Asteroideneinschläge und Vulkane davor geschaltet. Die Journalistin vor 2 Jahren hat auch fast nur über den von Prof. Oberhummer im Abendvortrag erwähnten Apophis geschrieben und die Themen des Workshops kaum erwähnt. Hoffentlich kommen wir heute zur Höhenstrahlung! Doch fangen wir am besten gleich an! “Kosmische Strahlung – Boten aus dem Weltall” http://www.staff.uni-mainz.de/bpfeiffe/Vhs04f-w.pdf 2 Russbach08 Bezug zu Hallstatt Arrian: Anabasis, Book Ia Alexander der Große 4. ALEXANDER DESTROYS THE CITY OF THE GETAE – THE AMBASSADORS OF THE CELTS There ambassadors came to him from Syrmus, king of the Triballians, and from the other independent nations dwelling near the Ister. Some even arrived from the Celts who dwelt near the Ionian gulf. These people are of great stature, and of a haughty disposition. All the envoys said that they had come to seek Alexander’s friendship. To all of them he gave pledges of amity, and received pledges from them in return. He then asked the Celts what thing in the world caused them special alarm, expecting that his own great fame had reached the Celts and had penetrated still further, and that they would say that they feared him most of all things. But the answer of the Celts turned out quite contrary to his expectation; for, as they dwelt so far away from Alexander, inhabiting districts difficult of access, and as they saw he was about to set out in another direction, they said they were afraid that the sky would some time or other fall down upon them. These men also he sent back, calling them friends, and ranking them as allies, only adding the remark that the Celts were braggarts. In der Übersetzung von E.J. Chinnock (1893) Πτολεμαίος Α' Σωτήρ Lucius Flavius Arrianus Xenophon (c. 92-c. 175) stützt seinen Bericht über die Feldzüge Alexanders auf die Schilderungen der Offiziere Alexanders Aristobulus und Ptolemaios I. Soter. In letzter Zeit wird viel Wirbel um einen Kometeneinschlag im Chiemgau vor etwa 2500 Jahren gemacht. Obwohl er noch umstritten ist, ziehen die Forscher weitreichende Folgerungen, Darunter die Angst der Kelten, der Himmel könnte ihnen wieder auf den Kopf fallen. 3 Russbach08 Was ist Nukleare Astrophysik? Die Astronomie ist vielleicht die älteste Wissenschaft. Seit jeher werden Tageszeit und Kalender von den Himmelskörpern abgeleitet. Lange war die Berechnung der Positionen der Wandelsterne für Horoskope ihr Hauptanliegen. Die Natur der himmlischen Körper galt als unerforschbar. Astrometrie Seit den Arbeiten von Kirchhoff und Bunsen gestattet die Spektralanalyse des Lichtes der Sterne ihre physikalische Natur zu ergründen: Astrophysik Spätestens seit der Kenntnis des Erhaltungssatzes der Energie (um 1845) stellte sich die Frage nach den Energiequellen der Sterne. Atomare Verbrennungsprozesse und Energie aus der Kontraktion von Sternen erwiesen sich als unzureichend. Erst Einsteins berühmte Formel wies den Weg: Umwandlung von Masse in Energie bei Kernreaktionen. Nukleare Astrophysik Keplers Supernova 1604 Es fällt zwar nicht der Himmel auf unsere Köpfe, doch hin und wieder fallen Meteorite zur Erde. Sie enthalten Informationen über die chemische und isotopische Zusammensetzung der außerirdischen Materie. Kosmochemie Seiten 161 - 189 Kohliger Chondrit Murchison Doch können stellare/kosmische Ereignisse auf die Erde einwirken? 4 Russbach08 Hier kann die BILD jedoch keinen Anspruch auf Exklusivität erheben! Pro 7: Galileo.Spezial: Apokalypse - Wann kommt der Todesmeteorit? Geht am Freitag, den 13. April 2029, die Welt unter? Asteroid rast auf Erde zu! Ist das der Tag des jüngsten Gerichts? Ein riesiger Asteroid (400 Meter) rast direkt auf die Erde zu. 2029 ist er da – am Freitag, den 13. April. Atombombe gegen Killer-Planeten Die schlimmste Waffe der Zerstörung – kann sie unseren Planeten retten? Wissenschaftler diskutieren, eine Atombombe gegen Apophis einzusetzen! Apophis könnte auf der Erde einen Krater von 100 Kilometern Durchmesser reißen, eine ganze Metropole komplett auslöschen. Kracht er ins Meer, würde er riesige Flutwellen auslösen – unzählige Tote, 400 Milliarden Dollar Schaden. Soweit die Sensationspresse! Doch was steckt wirklich dahinter? 5 Russbach08 (99942) Apophis (2004MN4) Radarbild von 2007TU24 (28.1.08) ca. 250 m, Abstand 29.1.08 1,3 x Mond Apophis aus der Aten-Gruppe ist etwa 320 m groß. Er umkreist die Sonne in 323.6 Tagen. Dank erster Radarmessungen ist nun sicher, dass er die Erde am Freitag den 13. April 2029 nicht treffen wird. Es wird allerdings mit 5.7 Erdradien (36350 km) arg eng. Er wird (von Europa) mit bloßem Auge (3.3m) sichtbar durch das Sternbild Krebs rasen: 48°/Std. (84 Monddurchmesser) Bei weiteren Vorbeiflügen wird die Bahn durch Radar genauer bekannt werden. Unsicherheit besteht noch für 15.9.2036. Seth, Gott der Unterwelt, beschützt Ra vor Apophis, der Schlange des Chaos. Apophis Blut färbt Himmel rot. 6 Russbach08 (4719) Toutatis (4719) Toutatis Konstruiert aus Radarreflexen Teutates: The Overall God of the People/ Tribe, (Lord of Waters) Gundestrup, Denmark And those who pacify with blood accursed Savage Teutates, Hesus' horrid shrines, And Taranis' altars cruel as were those Loved by Diana, goddess of the north; Pharsalia, Buch I; (Bellum Civile) Marcus Annaeus Lucanus Nach den Basler Scholien werden die Teutates Geopferten in einem Kessel ertränkt. Dies zeigt wohl die Szene auf dem Kessel von Gundestrup. Ein häufiger Besucher ist Toutatis aus der Gruppe der Apollo-Asteroiden. 29.09. 2004 1.5 Mio. km 09.11. 2008 7.5 Mio. km 12.12. 2012 7.0 Mio. km Er benötigt 4 Jahre und 2 Tage für einen Umlauf um die Sonne. Durch Radarmessungen ist die Bahn hinreichend bekannt, um einen Zusammenstoß in naher Zukunft auszuschließen. Nahe Vorbeiflüge der nächsten 33 Jahre http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/CloseApp.html 7 Russbach08 Impaktereignisse auf der Erde Meteor Crater, Arizona, 1.5 km, 49000 Jahre Bosumtwi in Ghana, 10 km, 1 Mill. Jahre Klimadatenarchiv Im Gegensatz zum Mond, bei dem man die größten Krater mit bloßem Auge sehen kann (Mann im Mond), sind auf der Erde bedingt durch Erosion nur wenige Krater zu sehen. In neuerer Zeit gab es einen bedeutenden „Einschlag“ in Sibirien, bei dem jedoch kein Krater entstand. Zur Abschätzung der Folgen eines Einschlags kann man Vulkanausbrüche heranziehen. Manicouagan-See, 70 km, Krater 150 km, 214 Mil. Jahre Chicxulub, Yukatan, 200 km, 65 Mil. Jahre Nördlinger Ries, 25 km, 15 Mil. Jahre Tunguska 30.6.1908 8 Russbach08 Russbach08 VEI The VOLCANIC EMISIVITY (& Explosivity) INDEX gale = Orkan Klimaeinflüsse von Einschlägen lassen sich am Beispiel von Vulkanausbrüchen abschätzen, von denen es historische Aufzeichnungen gibt. Ein Maß dafür ist das Volumen der ausgeworfenen Asche, die in die Hochatmosphäre gelangen kann. Sturmtage in Edinburg, Schottland Der Mount St. Helens lieferte beeindruckende Filmaufnahmen, doch war er relativ bescheiden. Wir müssen nach VEI 6 bis 8 Ausbrüchen suchen: Krakatau, Tambora, Toba. 9 Krakatau Am 26./27. 8. 1883 brach in Indonesien der Krakatau aus: 18 km3 Asche (VEI 6) An den direkten Folgen (wie Tsunami) starben 36.000 Menschen. Intensives Abendrot für viele Jahre. Eine Darstellung des Krakatau aus dem frühen 19. Jahrhundert In der eingestürzten Caldera wächst schon ein neuer Vulkan: Das Kind Dieser Ausbruch ist vielen Menschen weltweit bekannt. Auch deshalb, weil es damals schon ein weltumspannendes Netz von Telegraphenleitungen gab. (“Queen Victoria’s Internet”) Sündenbock für Alles? 535 A.D. Kälteperiode mit Missernten, Beulenpest, Zerfall von Gupta-Imperium in Indien: möglicher Auslöser Vulkanausbruch, Krakatau? Ausbruch 1680 mit Klimafolgen: • 1683 Hurrikan in Neu-England-Staaten • 1684 Bodensee gefroren • 1683 Frostmarkt auf Themse Danach entstand der Krakatau der linken oberen Abbildung, von dem nur noch ein Rest übrig blieb. Seit etwa 1929 wächst ein neuer Vulkankegel in der Caldera: Anak-Krakatau (Kind des Krakatau). Edvard Munch „Der Schrei“ 1893 10 Russbach08 „Das Jahr ohne Sommer“ - Tambora-Vulkan Ein ca. 300 m großer Asteroid wie Apophis könnte einen 6 km Krater hervorrufen. Was wären die Folgen? Der Tambora in Indonesien brach vom 10. bis 15. April 1815 mit einem VEI 7 aus. Etwa 180 km3 Asche wurden bis in die hohe Atmosphäre ausgestoßen. Es gab direkt etwa 15.000 Tote. Mindestens weitere 100.000 Menschen starben durch Missernten und Hungersnöte weltweit. Das Jahr 1816 ist als „Jahr ohne Sommer“, „Schneesommer“ in die Annalen eingegangen. Tambora 8 km Durchmesser Pompeii des Ostens? 1.3 km Tiefe 3 Jahre zuvor waren in den Tropen 4 Vulkane ausgebrochen, deren Asche und Aerosole zu dem sehr harten Winter 1812 führten. Mit ein Grund für das Scheitern Napoleons in Russland. Vergleichbar ist der Ausbruch des Thera-Vulkans in der Ägäis um 1630 v.Chr. Die Klimafolgen der Thera-Eruption werden in alten chinesischen Aufzeichnungen beschrieben und scheinen mit zum Sturz der Xia- und dem Aufstieg der ShangDynastie beigetragen zu haben. Minoisches Wandbild aus Akrotiri Die Eruption ist jedoch nicht verantwortlich für den Untergang der Minoischen Kultur und geschah nicht während des Exodus der Hebräer aus Ägypten. Thera / Santorini 11 Russbach08 Tambora - Inspiration für Künstler? J.M. William Turner Caspar David Friedrich Zwischen 1783 und 1835 Serie von großen Vulkanausbrüchen weltweit. Hoher Aerosol- und Aschegehalt der Hochatmosphäre. Intensives Abendrot, Verdunkelung der Sonne, „Verschleierung der Sterne“. Lässt sich in Bildern William Turners und der deutschen Romantiker nachempfinden. Ungewöhnliches Abendrot wurde oft nach Vulkanausbrüchen beschrieben, so auch nach dem Krakatau-Ausbruch, das bei Edvard Munch so eindrucksvoll gezeichnet wurde. Anmerkung: Lord Byron hatte die Villa Diodati ausgewählt, weil Milton 1639 Gast der Diodatis gewesen war. (Zuvor hatte er Galilei besucht.) Das Leitmotiv für Frankenstein ist von Milton übernommen. Das schlechte Wetter im Herbst 1816 am Genfer See führte eine Gruppe englischer Literaten zusammen, die sich zum Zeitvertreib Gruselgeschichten vorlasen. Matthew Lewis z.B. übertrug beim Rezitieren Goethes Faust ins Englische. Man beschloss dann, selber welche zu schreiben. Das Resultat: • Frankenstein von Mary Shelley, 1818 • The Vampyre von John Polidori, 1819 Did I request thee, Maker, from my clay To mould me man? Did I solicit thee From darkness to promote me? John Milton, Paradise Lost, x, 743-5 12 Russbach08 Tambora: Anstoß zu technisch-wissenschaftlichen Entwicklungen Manche meinen, dass Karl Drais zu seinem Veloziped angeregt wurde, da viele Pferde als Zugtiere geschlachtet werden mussten, da die geringe Getreideernte nicht mal für die Menschen reichte. Allerdings hatte er schon 1813 einen Wagen ohne Pferde vorgestellt, den man noch heute als (Eisenbahn-)Draisine kennt. Laufrad 1817 Für den Chemiker Liebig waren die Erinnerungen an 1816 Anstoß, sich mit den Bedingungen für Pflanzenwachstum zu befassen: „Die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Agricultur und Physiologie“, 1840 Nach langen Feldversuchen fand er eine optimale Mineraldüngung, die den Ertrag der Felder steigerte, sodass keine gravierenden Hungersnöte mehr auftreten sollten. Siebte Auflage der „Agrikulturchemie“, 1862 Auch „Liebig‘s Fleisch-Extract“, der seit 1864 in Uruguay hergestellt wird, hatte den Zweck, Rindfleisch haltbar zu machen, sodass man es nach Europa transportieren konnte. Anmerkung: Bei der Berufung zum Professor wurde ihm erklärt, dass angewandte Forschung nicht zu seinen Aufgaben gehört! Justus von Liebig (1803-1873) Liebigs Fünf-Kugel-Apparat 13 Russbach08 Tambora – Lehren für die globale Erwärmung? Erstmals gefeiert wurde das Cannstatter Volksfest 1818. Gedacht als "jährlich am 28. September zu Kannstadt abzuhaltendes landwirtschaftliches Fest". Eine Abfolge von Missernten und Hungersnöten seit 1783 schien auf eine bleibende Klimaverschlechterung hinzudeuten, der man im Königreich Württemberg durch eine Förderung der Viehzucht auf Kosten des Weizenanbaus begegnen wollte. Deshalb richtete König Wilhelm I. auf Betreiben seiner Frau Katharina 1818 im leerstehenden Schloss Hohenheim eine landwirtschaftliche Versuchs-, Lehr- und Musteranstalt ein zur Entwicklung der Landwirtschaft. Diese Unterrichtsanstalt ist heute bekannt als Universität Hohenheim. Das Volksfest sollte die Anstalt bei den Bauern bekannt machen und ein Absatzmarkt werden. Fruchtsäule auf dem Cannstatter Wasen Bereits im ersten Jahr war das Volksfest ein großer Erfolg. Es wurde von weit mehr als 30.000 Gästen und Mitwirkenden berichtet. http://de.wikipedia.org/wiki/Cannstatter_Volksfest Sollten wir uns auch Gedanken über Anpassungen in der Land- und Forstwirtschaft machen? Eingeleitet wurde die Klimaverschlechterung durch den Ausbruch des Laki Spaltenvulkans (25 km Länge) 1783-4 in Island. Asche und Aerosole begruben ganz Island und wurden bis Amerika und Europa verweht. In Island verhungerten etwa 10000 Menschen. In England kann es einige Tausend Tote gegeben haben durch Smog verursacht von den Schwefeloxiden. Manche Historiker sehen in den in Frankreich folgenden Missernten den letzten Anstoß zur Revolution 1789. 14 Russbach08 Tambora - Mondfinsternis 10. Juni 1816 § 94, Seite 140: "Merkwürdig ist es, daß bisweilen der Mond bei totalen Finsternissen ganz verschwindet. Dies war der Fall in London 1816 am 10. Juni, wo Lee die benachbarten Sterne π und b Ophiuchi ganz deutlich, vom Monde aber keine Spur bemerkte. Erst eine Viertelstunde vor dem Aufhören der totalen Verfinsterung bemerkte er einen blassen Lichtschimmer, der nach und nach zunahm." "Aehnliches bemerkte bei derselben Finsterniß Eule in Dresden, obgleich er wechselweise in Zwischenräumen von etwa 1/2 Minute, den östlichen Rand des Mondes aufdämmern und wieder verschwinden sah. – Auch am 26. Januar 1823 haben einige Beobachter matte Spuren des Mondes, andre gar nichts gesehen, obgleich der Himmel in dieser Gegend heiter war." John Lee (1783-1865) Sattlermeister Johann Friedrich Eule (1751-1827 Totale Mondfinsternis 9.11.03 01:28 UTC mit 2 sec Belichtungszeit Aufnahme von Dr. U. Rieth AAG Mainz Ort: Paul-Baumann-Sternwarte bei Mainz 15 Russbach08 Supervulkan Toba Sollte Toutatis auf einen Kontinent aufschlagen, gäbe es einen 100 km Krater. Das entspräche einem Supervulkan! Der letzte Supervulkan mit VEI 8 war Toba vor ca. 74000 Jahren. Der letzte davor ereignete sich vor 600000 Jahren, der Lava Creek Ausbruch im Yellowstone Park. Etwa 2800 km3 Asche führten zu einem „Vulkanischen Winter“ mit ca. 15°C Temperaturabsenkung. Es sind die kältesten 1000 Jahre der Würm-Eiszeit. Ob es mit einem Flaschenhals menschlicher Evolution mit Reduktion auf lediglich 5000 Individuen zusammenhängt, wird noch heftig diskutiert. Bruchzone Ursprung des Tsunamis vom 26.12.04 Subduktionszone Toba-See: 100 auf 30 km2 Bei Neapel befinden sich die Phlegräischen Felder. War der Ausbruch vor ca. 40000 Jahren ein Supervulkan? Wie groß ist die Caldera? 16 Russbach08 Hinweis auf außerirdische Ursachen für Sauriersterben: Iridium im KT-Übergang Die Geschichte des Lebens auf der Erde ist gekennzeichnet durch langsame Evolution unterbrochen durch Massensterben (“punctuated equilibrium”). Jedem bekannt ist das Aussterben der Dinosaurier vor 65 Mill. Jahren, das viel umfassendere Sterben am Perm-TriasÜbergang vor 250 Mill. Jahren ist nicht so populär. Gefiederter Tyrannosauroide Ende Kreidezeit Die Trilobiten wurden Opfer der sibirischen Flutbasalte. Weshalb nimmt man an, dass die Dinos von einem Impakt ausgelöscht wurden? Chicxulub Krater: ca. 200 km Durchmesser Iridium-Konzentration Kreide-Tertiär-Übergang Das Iridium könnte in einem Asteroiden/Kometen von 10 km Durchmesser enthalten sein, der einen Krater von 200 km Durchmesser verursachen würde. 17 Russbach08 Der Einfluss von Hollywood Um 1990 bemühten sich Astronomen Fördergelder für eine Suche nach Asteroiden, die die Erdban kreuzen könnten, zu erhalten. Politiker, die in Wahlperioden jedoch nicht in geologischen Zeiträumen denken, lehnten ab. Die Einschläge der Bruchstücke von Shoemaker-Levi 9 auf Jupiter (mit Live-TV) im Juli 1994 zeigten vielen Leuten, was für Ausmaße ein Einschlag auf der Erde haben würde. Dann griff die Filmindustrie das Thema auf! Allein schon die Werbungskosten überstiegen die von den Astronomen gewünschten Mittel bei weitem. Die Filme wurden ein voller Erfolg! Viele der verunsicherten Zuschauer waren auch Wähler, die nun ihre Abgeordneten fragten, was denn gegen diese Gefahr unternommen wird. Und auf einmal war Geld kein Problem mehr. Manche schon ausgemusterte Teleskope wurden mit modernster Technik aufgerüstet und durchsuchen nun automatisch den Himmel. Waren z.B. von den besonders schwer zu findenden Aten-Asteroiden bis zum Jahr 1997 nur etwa 25 bekannt, so wurden allein im Jahre 2004 mehr als doppelt so viele entdeckt. 18 Bei der Frage der Abwehr solcher Himmelskörper ist man trotz vieler Projekte dagegen noch nicht sehr weit. Russbach08 Wetterkapriolen - Klimaänderung Im Gegensatz zum täglich wechselnden Wetter beschreibt das Klima großräumige Trends gemittelt über längere Zeiträume. Kleinere Vulkanausbrüche und Einschläge führen i.A. nur zu kurzfristigen Wetteränderungen. Nach Ursachen für Klimaänderungen muss man woanders suchen. εγχλιμα Schon im Altertum erkannte man, dass das Klima von der Sonne abhängt, und zwar von dem Winkel der einfallenden Strahlen und der Länge der Tage. Die geographische Breite eines Ortes (von den frühen griechischen Naturphilosophen „Enklima“ – „Wölbung des Himmels“ genannt) bestimmt wesentlich das Klima. Auch die Einteilung in Klimazonen geht schon auf die Griechen zurück. Enklima: Abstand Zenit – Himmelsäquator gleich Abstand Beobachter vom Erdäquator als Kreisbogen. Später geographische Breite im Gradmaß 19 Russbach08 Welchen Einfluss könnte die Sonne auf das Klima haben? Man nimmt eigentlich an, dass die Sonne jahrein-jahraus friedlich vor sich hinscheint und immer die gleiche Leistung abgibt (Solarkonstante: 1367 W/m2 in 1 AE). Man kann nun einige Szenarien untersuchen: • • • Die Sonne gibt tatsächlich immer die gleiche Energiemenge ab, doch kommt bei der Erde nicht immer die gleiche Menge an: Milanković-Zyklen Der Energieausstoß der Sonne ist variabel: Sonnenfleckenzyklen. Auf die Atmosphäre der Erde trifft der gleiche Energiestrom, doch unterschiedliche Anteile werden durch die Atmosphäre gelassen: Wolkenbedeckung Damit es nicht zu einfach wird, können sich die Effekte natürlich überlagern, gegenseitig verstärken oder abschwächen. Generell lässt sich sagen, dass die Schwankungen der Sonnenstrahlung allein zu gering sind, um die beobachteten Effekte zu erklären. Dazu bedarf es bis jetzt wenig verstandener nichtlinearer Verstärkungen. Und andere Effekte, die wir zuvor betrachtet haben, wie Vulkanismus oder die Meeresströmungen sind auch beteiligt. Und man darf den Einfluss der Lebewesen (nicht nur des Menschen) nicht vergessen. Satellitenmessung der „Solarkonstanten“ Überlagert Schwalbe-Zyklus Die Menschen verlangen immer nach möglichst einfachen Problemlösungen. Ich kann keine für das Klima anbieten. Und wer solche vorstellt, wie Kohlendioxid als einziger Verantwortlicher, der täuscht sich und alle anderen! 20 Russbach08 Milanković-Zyklen Die Wettermaschine wird durch die Sonneneinstrahlung angetrieben. Langfristig schwankt die Solarkonstante selbst bei unveränderter Energieabstrahlung der Sonne, da die Erdbahn und die Neigung der Erdachse durch die anderen Planeten beeinflusst werden. Die Klimageschichte der letzten 400.000 Jahre ist uns z.B. aus einem Eisbohrkern bekannt, der an der Station Vostok in der Antarktis gezogen wurde. Wir sehen, dass es im Abstand von etwa 100.000 Jahren Eiszeiten und Warmzeiten gab. Milutin Milanković Die Hauptursache hierfür liegt in der Umlaufbahn der Erde um die Sonne, die zwischen einer fast kreisförmigen und einer ausgeprägt elliptischen Bahn schwankt. Überlagert sind Zyklen (1879-1958) der Neigung der Erdachse (41.000 Jahre) und der Präzession der Achse (25.800 Jahre). 21 Russbach08 Aktivitätszyklen sonnenähnlicher Sterne Schwankungen in der Aktivität werden auch bei sonnenähnlichen Sternen beobachtet, jedoch gibt es (noch) keine Wetterberichte von eventuellen erdähnlichen Planeten um diese Sterne. Ob abwechselnde Warm- und Kaltperioden im Erdklima nur durch Änderungen auf der Sonne hervorgerufen werden, wird daher kontrovers diskutiert. Bei diesem Stern werden 2 Zyklen beobachtet, die etwa den Schwalbe- (11 Jahre) und Gleißberg-Zyklen (ca. 85 Jahre) der Sonne entsprechen. 22 Russbach08 Aus dem Vortrag über Zeitbestimmung vom 16.5.2006 Der Shou Shi Kalender 1281 Guo Shouijing (1231-1314) Kaiser Shizu (Kublai Khan, Yuan Dynastie) ließ „High-Tech“-Observatorien für eine Kalenderreform erbauen. Zur Ausstattung gehörten eine Wasseruhr, Armillarsphären und Spezialinstrumente zur Beobachtung von Meridiandurchgängen heller Sterne. Die Messungen wurden von Guo Shoujing (1231-1314) und Wang Xun (1235-1281) koordiniert und ausgewertet. Die außerordentliche Präzision der Daten lässt sich an zwei Werten ablesen: • Lunation: 29,530591 Tage (besser als eine Sekunde) Ancient star observatory at Gao Cheng (Dengfeng city) •Jahreslänge: 365 d 5 h 49 min 20 sec (Trop. Jahr 2000 35 Sek. kürzer; 1281?) Laplace verglich die Werte mit seinen Berechnungen: “The observations made from 1277 to 1280 are valuable on account of their great precision and prove incontestably the diminution of the obliquity of the ecliptic and the eccentricity of the earth’s orbit between then and now.” J. Needham: “Science and Civilisation in China” Cambridge UP, vol. 3, p. 398 (1954) Mit hinreichend genauen Messungen kann man “säkulare Effekte” wie die Milanković-Zyklen über kurze Zeiträume, d.h. verglichen mit der Zyklenlänge, beobachten. 23 B.P. 2006 Wann kommt die nächste Eiszeit? Milanković stützte seine Berechnungen (ohne Computer jahrelange mühsame Plackerei) auf die Arbeiten von Laplace. Jetzt weiß man, dass die quasi-periodischen Störungen der Erdbahn zum einen noch viel komplexer sind (doch hat man jetzt Computer) und zum andern gelten sie immer nur für einige Millionen Jahre. Wir befinden uns gerade in einer Zwischenwarmzeit, die am Ende des 100.000-Jahre Zyklus liegt. Nach den alten Rechnungen könnte die Eiszeit in etwa 16.000 Jahren einsetzen. Doch entsprechen die Bahnparameter nicht denjenigen vor 100.000 Jahren, sondern denen vor 400.000 Jahren. Damals währte die Warmzeit besonders lang. Die neuesten Berechnungen gehen davon aus, dass der Beginn der Eiszeit noch etwa 50.000 Jahre auf sich warten lässt. Schlechte Nachrichten für die Skipisten! Doch sollte man nicht vergessen, dass die schon relativ lange anhaltende Warmzeit, die von keinen katastrophalen Kälteeinbrüchen unterbrochen wurde, es dem Homo sapiens erst ermöglichte, Technologie und Kultur auf eine zuvor nie erreichte Stufe zu heben. 24 Russbach08 Ist die Sonne wirklich friedlich? Ist sie der Ofen, der uns immerfort mit gleicher Energie versorgt? Der Sonnenwind (Protonen und Atomkerne) ist ein Hauptbestandteil der Kosmischen Strahlung. Er kann Satelliten ausschalten, Kommunikation beeinträchtigen, Stromnetze beschädigen, Rosten von Pipelines beschleunigen, usw. Aurora 30.10.2003 M. Schmidt, Rheinhessen Der Sonnenwind wird allerdings von der Atmosphäre der Erde abgeschirmt, und zwar in großen Höhen. Trotzdem ist schon lange bekannt, dass einige Wetterphänomene sich mit der Periode der Sonnenfleckenzahlen ändern. Aurora über Manicouagan Impaktkrater in Kanada (Don Pettit, Wissenschaftsastronaut, ISS) Der Mechanismus war (und ist) rätselhaft! SOHO-Satellit 25 Russbach08 Längerwirkende extraterrestrische Einflüsse Die “Kleine Eiszeit” (ca. 1300 – ca. 1850) Bald nach den 1. (europäischen) Sichtungen von Sonnenflecken um 1610 wurden für ca. 80 Jahre fast keine mehr beobachtet. Das gilt auch für Nordlichter in mittleren Breiten. Dies wird heute das Maunder Minimum genannt. Gleichzeitig berichten die alten Chroniken von ungewöhnlich langen und harten Wintern und kalten, verregneten Sommern mit schlechten Ernten. Aus Messungen der Konzentration von Radio-Karbon lässt sich schließen, dass es vor dem Maunder Minimum fast übergangslos das Wolf- und Spörer-Minimium gab. Diese Periode wird “Kleine Eiszeit” genannt und begann (nach manchen Autoren) zu Beginn des 15. Jahrhunderts (Schlacht von Azincourt 1415) oder sogar schon um 1290 (Hungersnöte). Davor gab es das Mittelalterliche Klimamaximum, das es (als Beispiel) um 1000 AD den Wikingern sogar gestattete, auf Grönland und in Nordamerika zu siedeln. Wikinger auf Neufundland Russbach08 Erleben wir gerade die Rückkehr zu diesen Klimabedingungen? 26 Peter Brueghel d. Ä. (c. 1525 – 1569) Jäger im Schnee 1565 SpörerMinimum 27 Russbach08 Hendrick Avercamp (1585-1663) Diese und entsprechende Bilder anderer niederländischer Künstler entstanden gegen Mitte des 17. Jahrhunderts, dem Beginn des Maunder Minimums, der kältesten Periode der Kleinen Eiszeit. Sie sind aber nicht auf Europa begrenzt! Russbach08 Diese Genre-Bilder entspringen keiner Modeströmung, sie sind ein Abbild der Wirklichkeit! In manchen Wintern z.B. konnten die holländischen Häfen (wie auch New York) nicht erreicht werden, da Packeisfelder den Zugang blockierten. 28 Frühe Chi’ing (Qing) Dynastie Wang Hui (1632-1717) Landschaft mit Schnee Russbach08 Tangfischer Gong Xian (1620-1689) Winterliches Gebirge 29 Für Südchina sind historische Wetterdaten überliefert, jedoch nicht für die Zeit 1640/50! Gesellschaftliche Folgen der Kaltzeiten Diese Winterbilder sind heute beliebt als Motive für Weihnachtskarten; damals Missernten, Hungersnöte, Epidemien, Kriege, Hexenwahn • 30-jähriger Krieg • 1. Commonwealth • 1657 Carl X marschiert über gefrorene Ostsee • Irokesen-Krieg • Ming (1368-1644) durch Qing (1644-1912) ersetzt Wetterzauber durch zwei Hexen Hexenverbrennung um 1555 Entgegen allgemeiner Auffassung wurden die meisten Hexen/Hexer nicht im „Finsteren Mittelalter“ sondern im ach so aufgeklärten 17. Jahrhundert verbrannt. In den meisten Akten der Hexenjäger wird die Befragung nach Wetterzauber erwähnt. Selbst die „Gebildeten“ konnten sich die Ereignisse nur durch satanische Mächte erklären. Die durch lange Hungerperioden geschwächten Menschen hatten den Epidemien wie der Pest keine Abwehrkräfte entgegenzusetzen. Die Pest brach ca. 1348 in Europa aus, etwa eine Generation nach Beginn der Kälteperiode. Auch am Beginn des Mittelalters ca. 540 trat die Krankheit auf: Justinianische Pest. 30 Russbach08 Wie beeinflusst die Sonnenaktivität das Klima? Beeinflussen kosmische Strahlen die Wolkenbildung? • Sonnenaktivität beeinflusst Magnetosphäre (des Sonnensystems) • Fluss der kosmischen Strahlung dadurch moduliert • Hochenergetische Strahlen ionisieren Luft in geringen Höhen • Kondensationskeime für Wolken in ca. 3 km Höhe Korrelation zwischen kosmischer Strahlung und Dichte niedrigliegender Wolken Einfluss der Sonnenaktivität ist den Treibhausgasen überlagert Klimawissenschaftler kennen seit langem Korrelationen zwischen Klimadaten und der Sonnenaktivität. Unklar ist bis heute der genaue Wirkungsmechanismus. Auf eine Möglichkeit weist die Korrelation zwischen kosmischer Strahlung und Wolkendichte hin, die mit dem Sonnenfleckenzyklus 31 moduliert ist. Russbach08 Kosmische (Höhen)strahlung Elektrometer V.F. Hess in Ballonkorb 1912 Nobelpreis 1936 (mit C.D. Anderson, Entdeckung der Antimaterie) Um 1900 nahm man an, dass die permanente Ionisierung der Luft durch die gerade entdeckte Radioaktivität verursacht werde. Aber auf dem Eiffelturm nahm die Ladung nicht ab. Viktor Hess unternahm dann 1912 Ballonflüge bis in 5 km Höhe, und fand eine Zunahme der Ladung. Der Ursprung musste also außerirdisch sein. Der Niederenergieteil kommt von der Sonne, hochenergetische Strahlung kann selbst von fernen Galaxien kommen. Folgen Entladungen in der Atmosphäre den Ionenkanälen der Höhenstrahlung? NGC 5128, Centaurus A Entfernung 14 Mill. Lj 32 Russbach08 Nebel- und Blasenkammern Cosmics Leaving OUtdoor Droplets Prinzip der Nebelkammer 24 GeV Proton in Blasenkammer, CERN Big European Bubble Chamber BEBC Zum Nachweis von Strahlung kann man Nebeltröpfchen oder Gasblasen 30 t Flüssiggas verwenden. Mit dem Experiment CLOUD am CERN soll untersucht werden, 3000 km Film 1973 - 1984 ob die Kosmische Strahlung Wolken verursachen kann. Gargamelle (Mutter des Riesen Gargantua, Rabelais) 18 t Freon oder Propan; ohne Magnet Diese Blasenkammern sind Teil der Ausstellung Mikrokosmos am Forschungszentrum CERN bei Genf. Russbach08 Kolben der BEBC 3 pro Minute Bilder von Stefan Hennrich 33 Grüße aus dem Ewigen Eis Der Aufbau des Neutrino-Observatoriums IceCube läßt unserem Kollegen noch Zeit, als Botschafter des Mainz-Mombacher Karnevals bei den Pinguinen aufzutreten. Ein dreifaches Helau! Rosenmontag am Südpol 3rd Russbach Workshop 2006 34 Russbach08 Radiokarbon als Indikator für Intensität der Höhenstrahlung Mit radioaktiven Isotopen wie C-14 (5730 a) in Baumringen oder Be-10 (1.6 Mill. a) in Eisbohrkernen lässt sich Intensität der kosmischen Strahlung über lange Zeiträume bestimmen. Schwankung C-14 Schwankung Temperatur 35 Die Schwankungen sind mit der Sonnenaktivität und dem Klima korreliert. Russbach08 Müssen wir auch Klimaänderungen auf dem Mars betrachten? „Junge“ Hangrinnen auf dem Mars Neigung der Marsachse Anfang Februar las ich in FOCUS-Online über eine Theorie des russischen Astronomen Kh.I. Addussamatov, die regen Anklang bei Skeptikern der globalen Erwärmung findet. Er berücksichtigt den Einfluss eines weiteren Zyklus der Sonnenaktivität, des Suess/DeVries-Zyklus von ca. 207 Jahren, der um das Jahr 2040 zu einer neuen “Kleinen Eiszeit” führen soll. Den Einwand, dass der Einfluss der schwankenden Sonnenaktivität sich lediglich als ein Wobble auf dem durch von Menschen verursachten Anstieg (durch Emission von CO2) bemerkbar macht, kontert er mit der Bemerkung, auch der Mars zeige eine globale Erwärmung. Da sie sicher nicht vom Menschen verursacht werde, müsse sie von der Sonne ausgehen. Also werde der Temperaturanstieg auf der Erde auch nur durch die Sonne verursacht, nicht vom Menschen. Der Mars hat (und wird) sehr dramatische Klimaänderungen erleben, da seine Achse starken Schankungen unterliegt. Die Achse der Erde wird durch den relativ massiven Erdmond stabilisiert, eine wesentliche Voraussetzung für die 36 Evolution höheren Lebens. Russbach08 Doch hat alles außerirdische Ursachen? Der Film und die „geheime“ Pentagonstudie hatten teilweise die gleichen Berater. Sie missfällt Bush gewaltig, denn sie wurde von Reagans „Star-Wars“-Experten „Yoda“ in Auftrag gegeben und die Wirtschaftsfachleute Schwartz und Randall sind stramme Konservative. Imagining the Unthinkable An Abrupt Climate Change Scenario and Its Implications for United States National Security October 2003 By Peter Schwartz and Doug Randall Andrew „Yoda“ Marshall Schwartz und Randall beziehen sich auf das '8200-Year-Event' aus der Analyse eines grönländischen Eisbohrkernes. Die Temperaturen sind Werte über Grönland in °F und °C. Quelle: Pentagon-Report 'Imagining the Unthinkable'. "Im Zentrum von 'Katastrophenfilmen‘ muss es immer ein Körnchen Wahrheit geben, an dem sich das Publikum festhalten kann", erklärt Emmerich. 37 Russbach08 Das “8200-Jahr-Ereignis” Eine Störung der thermo-halinen Zirkulation? Sowohl der Film als auch der Perntagon-Bericht gehen davon aus, dass ein Zustrom von Süßwasser (Schmelzwasser) in den Nordatlantik den Golfstrom als Teil eines weltumspannenden Wasserkreislaufs in kurzer Zeit zum Erliegen bringen kann. Dies geschah am Ende der letzten Eiszeit, und könnte wieder geschehen als Folge der Globalen Erwärmung. Es gibt auch die Vermutung, dass die “Kleine Eiszeit” durch Schmelzwasser zur Zeit des Mittelalterlichen Klimaoptimums verursacht wurde. Könnte sich das zyklisch wiederholen? The global ocean circulation system, often called the Ocean Conveyor, transports heat throughout the planet. Orange sections represent warm surface currents; blue represents deep cold currents. Freshening of the North Atlantic may cause a deflection of north-flowing warm currents, possibly causing a regional cooling over the North Atlantic, in western Europe, and eastern North America. (From the Intergovernmental Panel on Climate Change) Neue Arbeiten zeigen, dass vor 8200 Jahren nach dem Bruch einer Eisbarriere Süßwasser aus dem Agassisee in den Nordatlantik strömte und gleichzeitig die Unterwasserzirkulation fast erlag. http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/312/5782/1929.pdf 38 Russbach08 Globale Erwärmung – nur eine vorübergehende Episode? Kalt- und Warmperioden wechselten seit mindestens 150,000 Jahren ziemlich regelmäßig ab, etwa alle 1500 Jahre. Ist die heutige Erwärmung nur eine weitere Episode? Warm- Perioden Kalt- Calendar age in kyrs Kleine Eiszeit 39 Russbach08 Die Grünen Alpen? Die zurückweichenden Gletscher geben uralte Holz- und Torfstücke frei. Waren die Alpen früher sogar zeitweise eisfrei? Wie war es mit Hannibal und seinen Elefanten? Ist der Gletscherschwund ein neues Phänomen oder folgt er auch Zyklen? Pasterze-Gletscher auf dem Großglockner Rhônegletscher mit dem Hotel Belvedere am Furkapass im Kanton Wallis Schladminger und Hallstätter Gletscher am Hunerkogel in der Dachsteingruppe Um 1920 1938 1906 13.9.2003 2003 2003 Der Fund des Ötzi spricht allerdings dagegen, dass die gesamten Alpen betroffen sind. Russbach08 Puzzle aus dem Eis. Heft 21/2005 40 Gefahr für Leben auf der Erde durch Supernovae? Immer wieder wird spekuliert, ob Massensterben auf der Erde durch kosmische Einflüsse ausgelöst worden sein könnten (Sauriersterben). Nahegelegene Supernovae werden oft diskutiert. ! Puppis A Vela Junior Nach einem Vorschlag soll die Strahlung zur Bildung von NO2 führen, das dann die Ozonschicht zerstört. Die ungefilterte UV-Strahlung führt dann zum Massensterben. In einem Eisbohrkern wurde eine Nitratschicht gefunden, die zeitgleich zu einer (optisch nicht beobachteten) nahen SN (Vela Junior) um 1300 im Sternbild VELA passt. 41 Russbach08 SNe in der Nähe des Sonnensystems Vor 2 Mill. Jahren war ein Teil der Sco-Cen OB-Assoziation nur 150 Lj von der Sonne entfernt, als dort ca. 10 SNe explodierten. Radioaktives 60Fe (T1/2=1.5 Mill. Jahre) konnte in Tiefseesedimenten nachgewiesen werden. Nach 244Pu wird intensiv gesucht. Pliozän/Pleistozän-Übergang: Gab es Einfluss auf Entstehung der frühen Hominiden durch Mutationen? Damals sank Temperatur um ca. 15°. Beginn der aktuellen Eiszeitepoche. Anpassung an Klima wahrscheinlicher! Kandidaten für nahe SNe liegen weiter entfernt: Beteigeuze ca. 430 LJ, Antares ca. 600 LJ. 42 Russbach08 Kann uns der Himmel auf den Kopf fallen? Außerirdische Einflüsse auf Klimaänderungen? Magellan-Strom • Ja, der Himmel kann und wird uns auf den Kopf fallen! Doch wann, kann man (noch ? ) nicht voraussagen. Können wir im Gegensatz zu den Sauriern was dagegen unternehmen? Vielleicht. • Die Erde, das Sonnensystem, ja selbst die Milchstraße existieren nicht völlig isoliert im Raum. Unaufhörlich prasseln Photonen, Neutrinos, hochenergetische Strahlung und Partikel auf uns nieder. Die Magnetfelder der Sonne und der Erde und die Atmosphäre fangen einen Großteil davon ab. Inwieweit dabei z.B. unser Klima beeinflusst wird, lässt sich noch nicht definitiv beantworten. • Auf keinen Fall darf man jedoch den vorschnellen Schluss ziehen, dass wir unbesorgt weiter Hasard mit der Atmosphäre spielen dürfen, da man eh nichts gegen kosmische Kräfte ausrichten kann. Auch der Mensch hat seinen Anteil und seine Verantwortung! • Wir sollten lieber wie im 19. Jahrhundert endlich anfangen, vernünftige Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Vielleicht lässt sich noch was erreichen. 5th Russbach Workshop on Nuclear Astrophysics Gemeindesaal, 3. März 2008 20:15 43
