Drei Sonnenzyklen bestimmen das Erdklima

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Schon seit einigen Jahren ist in der wissenschaftlichen Literatur gezeigt worden, daß die Sonne einen erheblichen Einfluß auf das Erdklima der letzten Jahrhunderte ausübte. Unsere detaillierte Rekonstruktion der Temperaturgeschichte der Erde für die letzten 2000 Jahre¹ ergibt jetzt genauer, daß das Erdklima von drei schon bekannten, natürlichen, 200- bis 1000jährigen Zyklen dominiert wird. Diese drei Zyklen bewirkten insbesondere den Temperaturanstieg um ca. 0,7 Grad Celsius von 1870 bis 2000. Dieser Anstieg, welcher offiziell als bisher einziger, angeblicher Beweis für den Klimaeinfluß von CO₂ angeführt wird, kann also keineswegs CO₂ zugeordnet werden, sondern ist natürlichen Ursprungs. Dieser Hauptbefund wurde kürzlich unabhängig bestätigt.²

Die drei Hauptzyklen des Erdklimas stimmen überdies gut überein mit den drei Hauptzyklen der Sonnenaktivität. Damit ist belegt, daß das Erdklima dominant von der Sonnenaktivität auch für die letzten 2000 Jahre bestimmt wird. Die früheren Untersuchungen der letzten Jahrhunderte ergänzen sich somit perfekt mit unseren Ergebnissen der letzten 2000 Jahre.

Weiter wurde gezeigt, daß sich die Hauptzyklen der Sonnenaktivität aus der Bewegung der Planeten, speziell Jupiter und Saturn, berechnen lassen.³ Anhand der Zyklen läßt sich das Erdklima also sowohl für die Vergangenheit als auch für die Zukunft berechnen.

Diese Einsichten gelten für das „Klima“, d. h. für das langfristige (nach Definition 30jährige) Mittel der Erdtemperatur. Unregelmäßige, kurzzeitige Einflüsse, wie z. B. Vulkanismus, entziehen sich natürlich der Berechnung. Kurzfristige Zyklen wie z. B. AMO/PDO lassen sich aber in verfeinerter Rechnung berücksichtigen.

Im Gegensatz zum offiziell vermittelten Bild ist also das Klima keineswegs ein sehr komplexes System, sondern überraschend einfach zu verstehen und zu berechnen, wobei ein geringer Einfluß von CO₂ wegen der begrenzten Genauigkeit der Analyse nicht ausgeschlossen werden kann.

In den letzten Jahrhunderten folgte die Erdtemperatur stets der Sonnenaktivität, gemessen etwa an der Zahl der Sonnenflecken⁴ oder für die weiter zurückliegende Vergangenheit an der Häufigkeit von Isotopen wie ¹⁰Be oder ¹⁴C.⁵ Auch die globale Erwärmung von 1870 bis 2000, welche offiziell CO₂ zugeschrieben wird, folgte dem genauen Verlauf der Sonnenaktivität und stimmte mit dem CO₂-Anstieg nicht überein.

Zyklische (periodische) Temperaturvariationen auf der Skala von mehreren Jahrhunderten sind aus lokalen Untersuchungen bekannt.⁶ In keiner der vielen bisherigen Arbeiten über den globalen Klimawandel waren aber Zyklen untersucht worden. Wir rekonstruierten deshalb die Erdtemperatur der letzten 2000 Jahre aus veröffentlichten „Proxytemperaturdaten“.⁷ Abbildung 1 zeigt die Orte, an denen mit verschiedenen Methoden lokale Temperaturen rekonstruiert wurden. Zusammen ergeben sie die globale Temperatur. Die Proxytemperaturdaten beinhalten ca. 1 Mio. Einzelmessungen, so daß zur Bestimmung von Jahrestemperaturen je 500 Meßwerte gemittelt werden konnten. Dies ergibt eine substantielle Rauschreduktion für brauchbare Analysen. Die so erhaltene rekonstruierte Temperaturgeschichte der Erde (Abbildung 2, graue Jahreswerte) zeigt alle historisch bekannten Maxima und Minima, wie römisches Optimum (0 AD), mittelalterliches Optimum (1000 AD), kleine Eiszeit (ca. 1500 AD) oder jetziges Optimum (2000 AD), bemerkenswerterweise sogar Details wie das tiefe Minimum um 1450 AD, bekannt aus der Biografie Ludwigs XI. Weiterhin zeigt die Rekonstruktion natürlich den Temperaturanstieg 1870 bis 2000 AD, welcher offiziell dem Einfluß von CO₂ zugeschrieben wird. Nach Definition von „Klima“ als 30jähriges Mittel über die Jahrestemperaturen gibt die blaue Kurve von Abbildung 2 das Erdklima wieder (30jähriges gleitendes Mittel über die grauen Temperaturwerte). An der Klimakurve sind die erwähnten historischen Temperaturvariationen noch deutlicher zu sehen.

Die korrekte Wiedergabe der bekannten Variationen läßt die Temperaturrekonstruktion realistisch erscheinen. Die Jahrestemperaturen (grau) wurden dann auf Zyklen analysiert (Fourier-Analyse). Das so erhaltene Spektrum (Abbildung 3) zeigt drei auffallend dominante Zyklen von ca. 1000, 460, und 190 Jahren Periodendauer. (Für Nichtfachleute sei angemerkt: Periodische Vorgänge (Zyklen) stellen sich im Spektrum als scharfe Maxima dar, wie z. B. die drei Hauptzyklen. Nichtperiodische Vorgänge ergeben breite Kontinua im Spektrum). Die drei Hauptzyklen waren schon aus lokalen Untersuchungen bekannt. Daß gerade diese schon bekannten Zyklen als Hauptzyklen der Erdtemperatur gefunden werden, zeigt zusätzlich, daß die Temperaturrekonstruktion realistisch ist und daß diese Zyklen nicht etwa mathematische Artefakte sind.

Ein Einfluß von CO₂ durch die Industrialisierung ist natürlich nichtperiodisch. Im Spektrum fehlen Kontinua. Es können aber Kontinua auch vom Rauschen überdeckt sein. Deshalb gehen wir wieder zurück in den Zeitbereich.

Abbildung 4 zeigt die Darstellung der Zyklen im Zeitbereich. Die Addition der simultan ablaufenden Zyklen (rote Kurve in Abbildung 2) gibt das Erdklima (blau in Abbildung 2) erstaunlich gut wieder (Korrelation 0,85). Sie zeigt die Dominanz dieser drei Hauptzyklen über das Erdklima auch im Zeitbereich.

Bemerkenswerterweise gibt die Gesamtwirkung der drei Hauptzyklen auch den Temperaturanstieg 1870 bis 2000 wieder. Nichtperiodische Prozesse, wie es eine Klimawirkung von CO₂ wäre, spielen also für das Klima offenbar keine wesentliche Rolle. Der Temperaturanstieg 1870 bis 2000 ist den Zyklen zuzuschreiben, ist also natürlichen Ursprungs. Die Ursache des Anstieges zeigt sich an den Zyklen (Abbildung 4). Zwischen 1870 und 2000 stiegen die drei Zyklen gleichzeitig an. Daraus resultiert der relativ schnelle Gesamtanstieg, der sich somit als natürlich herausstellt. Damit ist die behauptete gefährliche Klimawirkung von CO₂ widerlegt.

Natürlich ist die Analysegenauigkeit beschränkt. Die Analyse kann also eine geringe Klimawirkung von CO₂, vielleicht 10 % der natürlichen, nicht ausschließen, die aber wegen ihrer geringen, im Vergleich mit der natürlichen Wirkung unbedeutend für das Leben auf der Erde ist. Die Abweichung der Proxydaten (grau in Abbildung 2) von der Zyklensumme ist kompatibel mit einer geringen Klimawirkung von etwa 0,5 Grad Celsius pro CO₂-Verdopplung, wie sie in mehreren kürzlichen Arbeiten errechnet wurde, und wie man sie für 2100 erwarten kann. Anhand der Zyklen lassen sich also die wesentlichen Schwankungen des Erdklimas auch für die Zukunft berechnen.

Darüber hinaus kann natürlich auch die Frage nach der Ursache der beobachteten Klimazyklen interessieren. Hier⁸ fand sich, daß im Spektrum der Sonnenaktivität die drei Hauptzyklen im Rahmen der Genauigkeiten mit den drei Hauptzyklen des Erdklimas übereinstimmen, siehe Abbildung 5. Es folgt der Schluß, daß die Zyklen der Sonnenaktivität das Erdklima bestimmen (und keineswegs CO₂).

Der Mechanismus, mit dem die Sonnenaktivität das Erdklima steuert, ist mehrfach untersucht und belegt worden.⁹

Unsere Zyklenanalyse der Erdtemperatur der letzten 2000 Jahre ergänzt perfekt die Befunde des Gleichlaufes der Erdtemperatur mit der Sonnenaktivität in der kürzeren Vergangenheit. Man mag weiter nach der Ursache für das Auftreten der Zyklen der Sonnenaktivität fragen. Dies wurde in den Arbeiten von N. Scafetta⁸ untersucht, wo gezeigt wurde, daß sich die drei Hauptzyklen der Sonnenaktivität aus den Umlaufdaten der Planeten (speziell von Jupiter und Saturn) berechnen lassen. Der Mechanismus, mit dem die Gravitation der Planeten die Sonnenaktivität beeinflußt, wurde jetzt erstmals geklärt.¹⁰

Zur Illustration des starken Einflusses der Solaraktivität auf die Erde sei noch die Korrelation der europäischen Niederschläge mit dem solaren Schwabe-Zyklus erwähnt.¹¹

Mit den Ergebnissen dieser Arbeiten haben wir also ein vollständiges Bild, warum und wie sich das Erdklima zeitlich ändert. Der Gravitationseinfluß der Planeten moduliert (besonders stark wenn die Planeten von der Sonne gesehen auf derselben Seite stehen. Stehen sie auf gegenüberliegenden Seiten, so hebt sich ihr Gravitationseinfluß teilweise auf) den 11-Jahreszyklus des Sonnenmagnetfeldes (Schwabe-Zyklus) und damit der Sonnenaktivität. Im Spektrum ergeben sich damit Modulationsseitenbänder, also drei Frequenzen. In nichtlinearen Systemen treten stets Summen- und Differenzfrequenzen auf. Die Differenzen dieser drei Frequenzen ergeben gerade drei Sonnenaktivitätszyklen mit Periodendauern, die mit den Erdklimazyklen, welche praktisch alleine das Klima bestimmen, gut übereinstimmen.

Das Hauptergebnis unserer Arbeit ist der Befund, daß das Erdklima Zyklen enthält, und daß die drei Hauptzyklen alleine im wesentlichen die Klimavariationen bewirken. Danach läßt sich die Globaltemperatur sowohl für die Vergangenheit (wie in Abbildung 2 gezeigt) als eben auch für die Zukunft berechnen. Damit ist eigentlich über den Klimawandel keine wesentliche Frage mehr offen. Natürlich sollten weitere unabhängige Arbeiten unsere Ergebnisse überprüfen. Erst nach solcher Überprüfung wird bekanntlich ein unerwartetes Ergebnis in der seriösen Wissenschaft als zuverlässig akzeptiert. Aber natürlich gibt es außerdem sicher noch interessante Detailfragen.

Die Fortsetzung der drei Hauptzyklen ergibt einen Temperaturabfall bis etwa 2070, siehe Abbildung 1. Eine solche Voraussage erhalten auch Arbeiten mit anderen Mitteln.

Wir merken an, daß unser Ergebnis die Behauptungen über einen gefährlichen Klimaeinfluß von CO₂ definitiv widerlegt. Eine erste Bestätigung unseres Ergebnisses, daß die Erwärmung 1870 bis 2000 natürlich ist, wurde kürzlich mittels Mustererkennungstechniken an Proxydaten gegeben.¹²

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Zu den Autoren

Prof. Dr. Horst-Joachim Lüdecke ist Physiker für Strömungsmechanik und emeritierter Professor an der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes. Prof. Dr. Carl Otto Weiss ist ehemaliger Direktor und Professor am Bundesinstitut für Metrologie (Physikalisch-Technische Bundesanstalt) Braunschweig.

1. H.-J. Luedecke, C. O. Weiss; The Open Atmospheric Science Journal 11 (2017), 44–53. Zusammenfassung als Poster: Genigraphics Research Poster Template A0/A1 (copernicus.org).[↩]
2. J. Abbot, J. Marohasy; GeoResJ; 14 (2017), 36–46.[↩]
3. N. Scafetta; Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 80 (2012), 296–311.[↩]
4. Siehe z. B. Abbildung 1 in Fußnote 3.[↩]
5. F. Steinhilber, F. Beer, J. Froehlich; Geophysical Research Letters 36, L 19704.[↩]
6. J. A. Eddy; Science 192, 1189–1202; C. P. Sonnet, H. E. Suess; Nature 308, 141–143.[↩]
7. Siehe die ausführliche Beschreibung der Datenquellen in Fußnote 1, Absatz „The Data“.[↩]
8. Siehe Fußnote 3.[↩][↩]
9. Siehe z. B.: H. Svensmark, M. B. Enghoff, N. Shaviv, J. Svensmark: „Increased ionization supports growth of aerosols into cloud condensation nuclei“; Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-017-02082-2).[↩]
10. F. Stefani, A. Giesecke, T. Weier; Solar Physics 294 (2019), 60.[↩]
11. L. Laurenz, H.-J. Luedecke, S. Luening; Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 185 (2019), 29–42.[↩]
12. Siehe Fußnote 2.[↩]