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Solare Variabilität und Klimaschwankungen auf einer Zeitskala von einigen Dekaden bis Jahrhunderten im Holozän

Latuske, Nicolas

English Title: Solar variability and climatic variations on time scales from decades to centuries in the Holocene

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PDF, German
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Abstract

In der vorliegenden Arbeit sollen die Einflüsse der Schwankungen der solarer Aktivität auf die Klimaänderungen der Erde im Holozän auf einer Zeitskala von mehreren Dekaden bis Jahrhunderten untersucht werden. Als Proxy für die variable Sonnenaktivität wurde das in der Atmosphäre unter Einfluss des Sonnenwindes entstehende Isotop 14C verwendet. Die 14C-Produktion wurde aus der an absolut datierten Baumringchronologien gemessenen atmosphärischen 14C-Konzentration D14C mit Hilfe eines auf H. Oeschger und U. Siegenthaler basierenden Boxmodells für den Kohlenstoffkreislauf berechnet [Oeschger, 1975]. Des weiteren wird D14C als Proxy für Klimaänderungen verwendet. Zur Untersuchung der Ursachen der atmosphärischen 14C-Schwankungen wurden mit einem Oeschger-Siegenthaler-Modell Experimente durchgeführt. In diesen Experimenten wurden jeweils separat die diffusive Ozeanzirkulation, der Gasaustausch zwischen Atmosphäre und Ozean sowie die 14C-Produktion variiert. Als Untersuchungszeitraum wurden Minima geringer solarer Aktivität (D14C Maxima) um 2800 BC, 800 BC und 6200 BC (''8K-Event'') mit Jahrringparametern, berechnet aus Ringweiten, korreliert. Die Untersuchungen fanden an Eichen aus den Flusstäler von Rhein, Main und Donau statt. Des weiteren wurde an D14C mit Hilfe mehrerer Methoden (Singuläre Spektrum Analyse, Multi-Taper Methode, Maximum Entropie Methode, digitale Bandpassfilterung (IIR) und Wavelets) Spektralanalysen durchgeführt, deren Schwerpunkt auf Frequenzen lag, welche der variablen Sonne zugeordnet werden. Es zeigte sich unter anderem, dass die Jahrringparameter im Maintal schwach mit der 14C-Produktion korrelieren, es im solaren Minimum mit abnehmender Temperatur feuchter wurde. Des weiteren stellte sich heraus, dass bei unrealistischer Erhöhung der Ozeanzirkulation um den Faktor 2, des Gasaustauschs um den Faktor 1,5 oder realistischer Reduzierung der 14C-Produktion um 25 %, der Abfall des 14C-Pegels in der Atmosphäre um 10 ‰ über einen Zeitraum von 10-15 Jahren, erklärt werden konnten.

Translation of abstract (English)

This work there investigates the relation between solar activity and climate variation on decadal to multi-centennial scales in the Holocene. The isotope 14C is produced under the influence of the solar wind and was therefore used as proxy for the solar variability. The production of 14C was calculated from the atmospheric 14C activity D14C using an Oeschger-Siegenthaler-type box-diffusion model of the carbon cycle [Oeschger, 1975]. D14C is based on absolutely dated tree-rings and can therefore used as proxy for climate changes. In order to investigate the causes of atmospheric 14C changes we have made model experiments, varying diffusive deep-ocean ventilation, air-sea gas exchange rate and 14C production. For three intervals of low solar activity D14C maxima), centered at 2800 BC, 800 BC and 6200 BC (8K-Event), respectively, the tree-ring parameters (derived from the ring widths) were correlated with the 14C production. The investigations were done on riverine oaks of Rhine, Danube and Main. Furthermore the atmospheric 14C was spectrally analysed with various methods (Singular Spectrum Analysis, Maximum Entropy Method, Multi Taper Method, Digital Filters (IIR) and Wavelets) to obtain solar variability periods. The tree-ring parameters indicate that in these intervals the precipitation increased and the temperature decreased during solar minima, pointing to a role of solar forcing of climate variability. The Model experiments could only explain instances of an observed decreases of D14C by about 10 ‰ over 10-15 years with an unrealistically high increase of the ocean circulation by a factor of 2, the gas exchange rate by a factor of 1.5 or a more realistically decrease of 25 % for the 14C production.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Kromer, Dr. Bernd
Date of thesis defense: 7 June 2006
Date Deposited: 20 Jun 2006 07:07
Date: 2006
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: solare Variabilität , 14C , Holozän , Dendroklimatologie , stabile Isotopesolar variability , 14C , Holocene , Dendroclimatology , stable isotopes
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