Paläoklima Rekonstruktionen und Isotopenmessungen

Paläoklima Rekonstruktionen

• Klimarekonstruktionen rekonstruieren frühere Klimaperioden, entweder durch Messreihen oder historische Dokumente.
• Dendrochronologie: Eine Methode zur Klimarekonstruktion, die Jahrringe von Bäumen analysiert, um Zeitreihen von über 10.000 Jahren zu erstellen. Man bohrt tiefe Löcher in alte Bäume, erkennt anhand der Jahrringe das Klima im jeweiligen Jahr. Besonders alte Proben können auch in konservierten Bäumen (Sumpf) gewonnen werden.
• Analyse von Fossilien: Identifizierung von Fossilien, um die Art und Häufigkeit von Organismen in vergangenen Zeiten zu bestimmen, und deren zeitliche Abfolge zu ermitteln.
• Pollenprofile: Analyse von Pollen in Sedimenten, um die Vergangenheit Vegetation zu rekonstruieren. Die Analyse berücksichtigt Wind und Produktionsmenge. Die Methode datiert die Proben mit der Radio-Carbon Methode.
• Bohrkernen in Gletschereis oder Sedimenten: Die Analyse von Isotopen und chemischen Markierungen in Bohrkernen liefert Informationen über vergangene Klimabedingungen. Die Antarktis ist ein wichtiges Gebiet für diese Probennahme aufgrund der geringen Bewegung und kontinuierlichen Eisablagerung.

Isotopenmessungen

• Isotope sind Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Neutronenzahl und damit unterschiedlichem Gewicht.
• Kohlenstoff-12 (12C), Kohlenstoff-13 (13C) und Kohlenstoff-14 (14C): 12C und 13C sind stabil, 14C ist radioaktiv mit einer Halbwertszeit von 5700 Jahren, was Radiocarbondatierung ermöglicht.
• Sauerstoff-18 (18O) und Sauerstoff-16 (16O): Die relative Häufigkeit dieser Isotope im Wasser verändert sich mit der Temperatur, wobei bei höheren Temperaturen das Verhältnis von 16O zu 18O im Wasser höher ist.
• Wasserstoff-2 (2H oder Deuterium, D) und Wasserstoff-3 (3H oder Tritium, T): Die relative Häufigkeit verändert sich mit der Temperatur. Tritium besitzt eine Halbwertszeit von 12 Jahren.

Fraktionierung

• Fraktionierung ist Trennung eines Stoffes in seine Komponenten mit variablen Verhältnissen an Isotopen.
• Die Fraktionierung von Sauerstoff in Wasser ist temperaturabhängig. Bei höheren Temperaturen ist das Verhältnis von 16O zu 18O im Wasser höher.
• Die Fraktionierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Klimarekonstruktion, da die Isotopenverhältnisse in Niederschlägen und Eis vergangene Temperaturen widerspiegeln.

Zusammenfassung der Simulationsergebnisse

• Die Analyse von Fraktionierungsprozessen ergibt unterschiedliche R-Werte für flüssige und gasförmige Phasen (z.B., Wasser/Wasserdampf). Diese R-Werte variieren mit der Temperatur.
• Die Gleichgewichts- und die Rayleigh-Fraktionierung sind Methoden, um diese Prozesse zu simulieren und die Entwicklung von Isotopenverhältnissen zu verstehen.

Fraktionierung bei Niederschlag

• Die Fraktionierung beim Niederschlag hängt vor allem von der Temperaturdifferenz zwischen der Quelle des Wasserdampfs und dem Niederschlagsgebiet ab.
• Kältere Temperaturen bei Niederschlag führen zu einem höheren Anteil an schwereren Isotopen (z.B., 18O) in Niederschlägen.
• Isotopenverhältnisse in Niederschlägen können als Proxy für vergangene Temperaturen verwendet werden.

Sedimente

• Die Analyse von Tierchen in Sedimenten, wie Foraminiferen, mit Hilfe des Isotops 18O liefert Informationen über vergangene Verteilung von Eis und die globale Wassertemperaturen.

Karbonat-Silikat-Zyklus

• Kohlenstoffkreislauf beeinflusst das Klima.
• Vulkanische Aktivität, Verwitterung und biologische Prozesse beeinflussen die Atmosphäre, indem CO2 gebundenen oder freigesetzt wird.
• Ein negativer Rückkopplungsmechanismus. Steigende Temperaturen führen zu mehr Verwitterung, was CO2 aus der Atmosphäre entfernt.
• Dieses Gleichgewicht beeinflusst die langfristigen Klimaschwankungen.