9. – 10. Schuljahr

Wolfgang Fraedrich

Klimawandel ist keine Neuzeiterscheinung

Das Klima der Erde unterliegt einem ständigen Wandel

Ein Blick auf den Temperaturverlauf in der Erdgeschichte zeigt, dass es immer wieder extreme Klimaänderungen gab, die nicht vom Menschen beeinflusst, sondern auf natürliche Ursachen zurückzuführen sind: Zeiten mit starker Vereisung wechseln sich ab mit extremen Treibhausklimaten. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich anhand der Materialien zum Beitrag diese natürlichen Klimaschwankungen und lernen die Klimageschichte der Erde kennen.

Sachanalyse
Wir stehen dort, wo heute die Meerenge von Gibraltar ist und schauen vom afrikanischen Kontinent in Richtung Nordosten, also in Richtung Europa: Es kommt zur Wiedergeburt des Mittelmeers, das rund 170000 Jahre fast komplett ausgetrocknet war. 5,33  Mio. Jahre vor heute strömte erneut Atlantikwasser ein. Dies „löste weit reichende ökologische und klimatische Umwälzungen in der Region aus: Statt des kontinentalen Steppenklimas mit heißen, trockenen Sommern und kalten, trockenen Wintern machten sich bis weit nach Osten mildere mediterrane Bedingungen breit. In Mitteleuropa wurde es wieder feuchter, und die Temperaturen zwischen den Jahreszeiten glichen sich an. Nadelwälder und Grasländer zogen sich in die Gebirge oder weiter nach Osten zurück (Lingenhöhl 2009).
Diese kurze Schilderung ist nur eines von vielen Dokumenten der frühen Klimageschichte der Erde, die zeigt: Auch wenn wir Menschen uns weltweit aktuell dem Problem der Erderwärmung stellen müssen, dürfen wir nicht übersehen, dass das Klima der Erde ständigen Schwankungen unterworfen war. Wir leben in der jetzigen Warmzeit sogar in einem erdgeschichtlichen Zeitabschnitt, der im Vergleich zu vielen Epochen zuvor durch ein weitgehend konstantes Klima geprägt ist.
Die Temperatur schwankt
Seit dem Kambrium lag die Schwankungsbreite der globalen Mitteltemperatur bei lediglich 13  °C (zwischen + 22  °C und + 9  °C). Dies war zum Beispiel die Voraussetzung dafür, dass sich höheres Leben kontinuierlich entwickeln konnte. Man geht auch davon aus, dass die globale Durchschnittstemperatur im Präkambrium 40  °C kaum überschritten hat, sodass schon vor rund 3 Mrd. Jahren erste Organismen entstehen konnten.
Dass sich das Klima immer wieder verändert, hat außer dem aktuellen anthropogenen Einfluss, wodurch sich der Treibhauseffekt verstärkt, auch eine Reihe natürlicher Ursachen (s. Kasten).
Voraussetzungen für einen natürlichen Klimawandel
Voraussetzungen für einen natürlichen Klimawandel
  • 1.Die Existenz von Wasser, das auf der Erde in drei Aggregatzuständen vorkommt, als festes Eis, flüssiges Wasser und gasförmiger Wasserdampf, sowie die veränderlichen Anteile dieser drei.
  • 2.Schwankungen der Solarkonstante und astronomische Abweichungen, die das Klima auf der Erde beeinflussen. Auf einer Zeitskala betrachtet, ergeben sich spürbare Veränderungen der Kraft der Sonne eher in Hunderten von Millionen Jahren.
  • 3.Schwerwiegende Veränderungen der Erdoberfläche (z.B. nach Bildung neuer Gebirge durch Verschiebung von Lithosphärenplatten) sowie die Verteilung von Land und Meer auf dem Globus. Plattentektonische Prozesse können bereits in wenigen Millionen Jahren weltweit wirksam sein.
  • 4.Veränderungen des Verlaufs von Meeresströmungen (z.B. auch durch plattentektonische Vorgänge).
  • 5.Vulkanismus, Aerosole und die veränderlichen Anteile der verschiedenen Gase in der Erdatmosphäre. Ein Gutteil der heute vorhandenen Gase entstammt den zahlreichen Vulkanausbrüchen der Erdgeschichte und den darauffolgenden Prozessen fotochemischer Reaktionen. Das langsam entstehende Leben auf der Erde hat zusätzlich Sauerstoff in die Atmosphäre abgegeben, zunächst durch die Fotosynthese von Bakterien.
  • 6.Der Einfluss des irdischen Magnetfeldes (wird derzeit noch erforscht).
  • 7.Einschläge von Meteoriten. 🔎 🔎
Diverse Parameter bestimmen das Klima der Erde und sind eben nicht konstant. Mitunter kommt es auch zu „Verstärkungseffekten, wie es zum Beispiel bei der Entstehung der Eiszeitalter zu erkennen ist.
Da die üblichen Erklärungsansätze für die Entstehung von Eiszeiten (u.a. Milankovitch-Zyklen) über Milliarden Jahre hinweg vermutlich konstante Größen waren, hätte es eigentlich einen mehr oder weniger stetigen Wechsel von Kalt- und Warmzeiten geben müssen. Das ist aber nicht der Fall, wie Abbildung 1 🔎 zeigt. Es gab seit Beginn des Kambriums lediglich vier Zeitabschnitte, in denen es vereiste Gebiete gab. In den übrigen Zeitabschnitten war die Erde eisfrei.
Die Entstehung dieser Eiszeiten wurde immer vor allem durch plattentektonische Vorgänge begünstigt. Entweder drifteten große Landmassen in die höheren Breiten, was zur Vergletscherung führte und/oder Meeresströme verlagerten sich, was u.a. durch das Beispiel der Schließung des Panama-Isthmus belegt werden kann (vgl. u.a. Kasang, o.J.). Der Begriff „Isthmus ist aus dem Altgriechischen isthmós abgeleitet worden und bedeutet „Landenge. Diese entspricht also einem relativ schmalen Streifen Land, der zu beiden Seiten von Wasser begrenzt ist, in Fall des Panama-Isthmus also vom Atlantik und vom Pazifik.
Wechselwirkung zwischen Ozeanen und Atmosphäre
Durch die stets intensivierte interdisziplinäre Forschung der letzten Jahrzehnte zu Klima- und Wetterphänomenen ist die Bedeutung der Wechselwirkung zwischen Ozeanen und Atmosphäre immer deutlicher geworden. Dies zeigt zum Beispiel das Phänomen El Niño, einem Ereignis, bei dem Veränderungen in den Oberflächenwässern des Pazifiks das Klima der angrenzenden Kontinente prägen. Dürren im Nordosten Australiens oder Starkregenereignisse an der Westküste Südamerikas sind so zu erklären, wenn auch (noch) nicht zu prognostizieren.
Ein anderes Beispiel ist die North Atlantic Oscillation (NAO), die die Schwankungsbreite der Luftdruckverhältnisse zwischen den Islandtiefs im Norden und den Azorenhochs der Subtropen angibt. Auch hieraus resultieren Einflüsse auf den Atlantischen Ozean, v.a. im Hinblick auf die Wassertemperatur, die ihrerseits wiederum Einfluss auf die Verdunstungsrate und damit auf das Niederschlagspotenzial nimmt. Inzwischen werden auch Zusammenhängezwischen der NAO und den Dürren im Sahel(diese kommen u.a. in der Niederschlagsvariabilität zum Ausdruck) gesehen.
Wie sieht es in Zukunft aus?
Auch in Zukunft wird sich das Klima weiter verändern, denn sowohl Grönland als auch Antarktika werden noch geraume Zeit (in geologischen Zeitdimensionen betrachtet) benötigen, um wieder in Richtung der niederen Breiten zu driften. Und da die Warmzeiten im Vergleich zu den Kaltzeiten die deutlich kürzeren Abschnitte sind und das Klimaoptimum der jetzigen Warmzeit (Holozän) schon überschritten wurde (s. Abb. 2 🔎 ), sehen wir einer neuen Kaltzeit entgegen. Allerdings wird diese nach Auswertung von Eisbohrkernen der Antarktis durch Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts noch etwa 15000 Jahre auf sich warten lassen (vgl. u.a. Spiegel Online 2004). Offen bleibt die Frage, ob die anthropogene Klimawirksamkeit konstant bleibt, gemindert oder sogar noch bedeutender wird.
Es wird daher auch in Zukunft von großer Bedeutung sein, die Klimageschichte der Erde noch detaillierter zu analysieren, denn der Schlüssel dafür, das Klima der Zukunft genauer abschätzen zu können, ist das Paläoklima. Und in einer Zeit, in der die Weltbevölkerung nach wie vor unaufhaltsam wächst (wenn auch regional sehr unterschiedlich), wachsen die Herausforderungen vor allem auch im Hinblick auf die Nahrungsmittelversorgung. Und diese ist ganz maßgeblich vom Klima abhängig.
Didaktische Analyse
Das Thema „Klima ist aus dem Geographieunterricht verschiedener Klassenstufen nicht wegzudenken. Das Thema „Klimawandel wird dagegen in aller Regel erst ab Klassenstufe 9 aufgegriffen, weil hier vereinzelt auch Grundkenntnisse aus der Chemie für das Verständnis der Sachzusammenhänge hilfreich sind.
Dabei ist es wichtig, Folgendes deutlich zu machen: Das Klima der Erde weist nicht nur regionale Unterschiede auf, sondern unterliegt Schwankungen, die auch regional zum Tragen kommen können. Im Unterschied zu den „klassischen klimageographischen Aspekten spielen bei der Analyse des Klimawandels andere Zeitdimensionen eine Rolle. So zeichnen sich leichte Trends erst innerhalb einiger Jahrzehnte ab, Schwankungen beziehen sich auf einige Jahrtausende, während grundlegende Klimaveränderungen in aller Regel zehn- bis hunderttausende Jahre oder gar Jahrmillionen umfassen. Die Erde hat im Laufe ihrer 4,6 Mrd. Jahre Geschichte im Grunde alles erlebt, sowohl kurzzeitige Trends als auch über Millionen Jahre hinweg ablaufende Veränderungen.
Bedeutung des Themas im Geographieunterricht
Es stellt sich zunächst zu Recht die Frage, warum es hilfreich ist, sich Kenntnisse über das Klima der Vorzeit zu erarbeiten: Erstens helfen sie dabei, unseren Planeten und vor allem die Entwicklung des Lebens auf der Erde besser zu verstehen. Damit sind wir in der Lage, die aktuellen Probleme, zum Beispiel im Hinblick auf die Nahrungsmittelversorgung der Weltbevölkerung, besser einschätzen zu können. Zweitens helfen Kenntnisse über das Vorzeitklima beim Blick in die Zukunft des irdischen Klimas. Das Klima unterliegt keinen absoluten Regelmäßigkeiten, die exakte Prognosen oder gar Vorhersagen ermöglichen. Aber dennoch zeigt die Forschung der letzten Jahrzehnte, dass wir aufgrund wachsender Detailkenntnisse über das Vorzeitklima immer genauere Prognosen entwickeln können.
Die größte Unbekannte dabei ist der Mensch, der „am Rad dreht und aktuell einen aufgrund des natürlichen Rhythmus gegebenen Trend zu einem leichten Temperaturanstieg verstärkt, indem er auf das aktuelle Erdklima einwirkt. Stellen wir uns vor, die aktuelle Temperaturkurve für das globale Mittel hätte den Verlauf wie Ende des 18. und Anfang des 19. Jahrhunderts, als es dem Höhepunkt der „Little Ice Age entgegen ging wir wären froh darüber, dass es uns gelingt, mehr CO2 in die Atmosphäre zu emittieren, um dem Absinken der globalen Temperatur entgegenzuwirken.
Ziel der Unterrichtseinheit
Die im Vorfeld beschriebenen Zusammenhänge zu erkennen und zu verstehen, ist ein wichtiges Ziel des Geographieunterrichts. In diesem Zusammenhang ist zu überlegen, ob die betreffende Lerngruppe auch die Interaktion zwischen Ozeanen und Atmosphäre aufarbeiten soll. Dass es hier sehr enge Zusammenhänge gibt, ist durch die interdisziplinäre Forschung der letzten Jahrzehnte zunehmend deutlich geworden.
Es soll nicht darum gehen, den anthropogenen Treibhauseffekt zu bagatellisieren, aber es ist zwingend erforderlich, das Klima der Erdgeschichte auch in unterschiedlichen Zeitdimensionen zu verstehen, um zu einer objektiven Einschätzung des Problemfelds „Klimawandel zu gelangen.
Dabei und auch das sollte den Schülerinnen und Schülern durchaus transparent gemacht werden ist die Spezies Mensch selbst ein Kind des Klimawandels, der vor rund 5 Mio. Jahren in Afrika zunehmend zum Tragen kam. So wie auch das Aussterben ganzer Menschheitslinien im Zuge der Evolution (z.B. Neandertaler) mit einer Veränderung des Klimas zu erklären ist.
Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler können
Fachwissen
  • die Klimageschichte der Erde beschreiben und erläutern,
  • markante Phasen der irdischen Klimageschichte benennen,
  • Erklärungsansätze für die Entstehung von Klimaschwankungen erläutern,
  • mögliche Parameter für Klimaveränderungen benennen und erläutern.
Räumliche Orientierung
  • die Dimensionen der Mittelmeeraustrocknung regional erfassen, beschreiben und bewerten.
Erkenntnisgewinnung/Methoden
  • zielgerichtet verschiedene geographische Materialien (Texte, Abbildungen, Karten) bearbeiten,
  • zielgerichtet Informationen im Internet erschließen.
Kommunikation
  • Ergebnisse mündlich über (Kurz-)Vorträge präsentieren,
  • Ergebnisse übersichtlich in Form von Zeitleisten/Mindmaps präsentieren.
Beurteilung/Bewertung
  • den Nutzen bzw. die Aussagekraft von Klimaarchiven und Klimaproxydaten bewerten,
  • Ergebnisse der Paläoklimaforschung erläutern und bewerten.
Methodische Analyse
Die vier Arbeitsblätter bieten im Gesamten eingesetzt die Möglichkeit, im Rahmen einer Unterrichtseinheit das Thema „Der Klimawandel ist keine Neuzeiterscheinung mit den Schülerinnen und Schülern zu erarbeiten. Einzelne Arbeitsblätter können aber auch isoliert oder in einem modifizierten Kontext verwendet werden.
Arbeitsblatt 1
Der Einstieg erfolgt über eine Animation (s. Download-Bereich), die das Austrocknen des Mittelmeers vor rund 5,5 Mio. Jahren veranschaulicht. Daran anknüpfend kann die Frage gestellt werden, was letztlich die Bedingungen für das Austrocknen waren und welche Konsequenzen dieser Prozess für das Klima im heutigen Mittelmeerraum hatte. Die Analyse des Textes bietet die Chance, die Vorgänge zusammenfassend darzulegen, ergänzt durch das 3D-Modell, das den Beginn der erneuten Flutung veranschaulicht. Hier orientieren sich die Schülerinnen und Schüler zum Beispiel auch topographisch (Atlas).
Arbeitsblatt 2
Die Schülerinnen und Schüler analysieren einen Text und eine Grafik. Partnerarbeit ist hier sinnvoll. Dafür werden die beiden Materialien arbeitsteilig erschlossen und ihre Inhalte dann gegenseitig vorgestellt. Dieses Arbeitsblatt bietet sich auch für eine schriftliche Übung an.
Mit dem Material zu Arbeitsblatt 2 (s. Download-Bereich) haben die Lernenden die Möglichkeit, einen umfangreicheren Text auf seine wesentlichen Aussagen zu reduzieren. Es bietet sich an, eine Zeitleiste erstellen zu lassen. Die chronostratigraphisch gegliederte Abbildungsreihe bietet eine differenzierte Information über die Klimaentwicklung.
Die Auseinandersetzung mit dieser Grafik erfordert zum einen, dass Fachbegriffe erschlossen werden (z.B. ein Glossar anlegen), zum anderen ist es ein wesentliches Ziel, die wärmeren, aber auch die kälteren Epochen der letzten etwa 550 Millionen Jahre der Erdgeschichte (im Vergleich zum heutigen globalen Mittel von 15  °C) zeitlich zu bestimmen.
Arbeitsblatt 3
Für die Auseinandersetzung mit dem Material auf Arbeitsblatt 3 eignen sich verschiedene methodische Arbeitsformen: Einzelarbeit, Team- oder Gruppenarbeit. Sollen die angebotenen Inhalte vertieft werden, sind hier ergänzende Recherchen möglich.
Die Komplexität der Darstellungen bietet die Chance, dass einzelne Schülerinnen und Schüler die Materialien arbeitsteilig und zunächst nacheinander via Projektion (Laptop/PC/Beamer, ggf. ActivBoard) mit einem Kurzvortrag vorstellen bzw. erläutern. Die Erklärungsansätze für die Kalt- und Warmzeiten sind für das grundlegende Verständnis der Klimageschichte nicht zwingend erforderlich, wenn diese nur nachvollzogen werden soll. Die Frage nach dem „Warum? ist für die Schülerinnen und Schüler allerdings allen Erfahrungen nach wichtig.
Arbeitsblatt 4
Abschließend wird Material zum Thema „Klimaarchive angeboten. Die Jugendlichen fragen letztlich, wie es möglich ist, Informationen über das Klima der Vorzeit zu erhalten, selbst dann, wenn es um die Vergangenheit geht, die mehrere hundert Millionen Jahre zurück liegt. Die tabellarische Zusammenstellung der einzelnen Archive verlangt geradezu eine Vertiefung. Hierbei ziehen die Lernenden durch eigene Recherchen weitere Informationen hinzu, vor allem aber haben sie die Möglichkeit, Anschauungsmittel auszuwählen, die bei ihrer Ergebnispräsentation hilfreich sein können. Hier bietet sich Partnerarbeit an.
Literatur und Internetquellen
Bubenzer, O. und U. Radtke (2007): Natürliche Klimaänderungen im Laufe der Erdgeschichte. In: Endlicher, W. und F.-W. Gerstengarbe, (Hrsg.) (2007): Der Klimawandel Einblicke, Rückblicke, Ausblicke. Potsdam, S. 17 – 26
Buchal, Ch. und Ch.-D. Schönwiese (2010): Die Erde und ihre Atmosphäre im Wandel der Zeiten. Gütersloh: MOHN Media
Endlicher, W. und F.-W. Gerstengarbe (Hrsg.) (2007): Der Klimawandel Einblicke, Rückblicke, Ausblicke, Potsdam. Online abrufbar unter: https://www.pik-potsdam.de/services/infothek/buecher_broschueren (letzter Zugriff: 07.10.2015)
Fraedrich, W. (2016) Spuren der Eiszeit. 2. Auflage. Heidelberg: Springer
Hansen, J. et al. (2008): Target Atmospheric CO2: Where Should Humanity Aim?
Kasang, D. (o.J.): Die thermohaline Zirkulation und der Beginn des Eiszeitalters. Hamburger Bildungsserver. Online abrufbar unter: http://bildungsserver.hamburg.de/ozean-und-klima/2075144/thc-eiszeitbeginn-artikel/ (letzter Zugriff: 07.10.2015)
Kasang, D. (2015): Eiszeitalter. Bildungswiki „Klimawandel. Online abrufbar unter: http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Eiszeitalter (letzter Zugriff: 07.10.2015)
Lingenhöhl, D. (2009): Salzkrise: Die Mega-Flut. In: Spektrum.de. Online abrufbar unter: http://www.spektrum.de/news/die-mega-flut/1016715 (letzter Zugriff: 07.10.2015)
Paeger, J. (2015): Ökosystem Erde: Die Klimageschichte der Erde. Online abrufbar unter: http://www.oekosystem-erde.de/html/klimageschichte.html (letzter Zugriff: 07.10.2015)
Spiegel Online (2004): Klimawandel: Nächste Eiszeit kommt in 15.000 Jahren. Online abrufbar unter: http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/klimawandel-naechste-eiszeit-kommt-in-15-000-jahren-a-303545.html (letzter Zugriff: 07.10.2015)