KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Schweizerische und deutsche Wissenschaftler haben unter Beteiligung der Universität Gießen erstmals anhand von Eichen-Jahrringen das Klima der letzten 1000 Jahre in Mitteleuropa untersucht.

Alte, stämmige Eiche – (c) Rainer Sturm / Pixelio

953 historische und lebenden Eichen aus Nordhessen und Südniedersachsen wurden einer umfangreichen Untersuchung unterzogen.

Demnach lassen sich drei wichtige Etappen unterscheiden: Feucht-warme Sommer im 13. und 14. Jahrhundert (”Mittelalterliches Klimaoptimum”), trocken-kalte Sommer vom späten 15. bis ins frühe 18. Jahrhundert (”Kleine Eiszeit”) und trocken-warme Sommer in den letzten rund 200 Jahren (”Industrielle Erwärmung”).

Die Wissenschaftler konnten sich auf einen einmaligen Dateinsatz aus 135.000 individuellen Jahrring-Breitenmessungen aus den Jahren 996 bis 2005 berufen. In deutschen Wäldern wird das Eichenwachstum wesentlich durch Sommertrockenheit beziehungsweise durch das zur Verfügung stehende Bodenwasser beeinflusst: In trockenen Jahren sind die Ringe dünner. So ermöglicht synchrones Ringwachstum eine präzise Datierung historischer Holzproben. Die für eine Region und Periode typische Reihenfolge klimatisch gesteuerter Zuwachsmuster ist also vergleichbar mit einem genetischen Fingerabdruck.

Aus den Untersuchungen lasse sich keine Entwicklung zu stärker und länger andauernden Dürreperioden ableiten, betonen die Forscher, da es auch früher schon ähnliche lange Etappen mit bestimmten klimatischen Bedingungen gegeben habe.

Originalpublikation:
Büntgen U, Trouet V, Frank D, Leuschner HH, Friedrichs D, Luterbacher J, Esper J (2010): Tree-ring indicators of German summer drought over the last millennium. Quaternary Science Reviews
doi:10.1016/j.quascirev.2010.01.003

Das Forschungsschiff Polarstern legte jetzt erstmalig in Wellington, Neuseeland, an.

Das deutsche Forschungsschiff Polarstern in der Antarktis – (c) Hannes Grobe, AWI

Dies ist das Ende eines zweimonatigen Expeditionsabschnitts mit meeresgeologischem Schwerpunkt, der in Punta Arenas, Chile, gestartet war.
Den kurzen Hafenaufenthalt nutzen Vertreter aus Wissenschaft und Politik, um sich im Rahmen eines Empfangs an Bord auszutauschen und die gute Zusammenarbeit zu vertiefen.

Zur Zeit begibt sich die Polarstern mit neuer Besatzung, neuem wissenschaftlichen und technischem Personal auf den Weg zurück nach Punta Arenas. Geophysikalische Messprofile werden vom östlichen Rossmeer entlang des gesamten Kontinentalrandes von Marie-Byrd-Land aufgenommen, um das existierende Datennetz des Rossmeeres mit den Messprofilen im Amundsen- und Bellingshausenmeer zu verbinden.

Die Wissenschaftler um Fahrtleiter Dr. Karsten Gohl vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft möchten die hier bestehende große Datenlücke schließen. Ziel dieser Arbeiten ist es, die Topographie des Meeresbodens jetzt und in der geologischen Vergangenheit zu bestimmen und damit die Grundlage für langfristige Klimasimulationen zu schaffen. Hauptarbeitsgebiet ist anschließend die Pine-Island-Bucht, bekannt für die dort seit kurzer Zeit beschleunigt stattfindenden Rückzüge der Pine-Island- und Thwaites-Gletschersysteme. Die Rekonstruktion der dynamischen Veränderungen des westantarktischen Eisschilds soll helfen die derzeitigen Veränderungen mit ihrem möglichen Einfluss auf einen verstärkten Meeresspiegelanstieg besser zu verstehen und steht im Mittelpunkt der geophysikalischen und geologischen Untersuchungen. Geothermische Wärmeflussmessungen sollen Einblick liefern in jüngere vulkanische Aktivitäten, die einen Einfluss auf das Fließverhalten des Eisschildes haben können. Ozeanographische Messungen sollen eine der möglichen Ursachen für den augenblicklichen Rückzug der Gletscher erklären helfen.

Insgesamt 1000 Meter Sedimentkerne (Gewicht etwa elf Tonnen) haben die 43 Expeditionsteilnehmer des gerade beendeten Fahrtabschnitts unter der Leitung des Geologen Dr. Rainer Gersonde vom Alfred-Wegener-Institut auf der 9400 Seemeilen (17.000 km) langen Forschungsreise von Chile nach Neuseeland an 70 Stationen gesammelt. Das einzigartige Material wird erstmals detaillierten Aufschluss über die Klimageschichte der letzten 400.000 bis 4 Millionen Jahre in diesem bislang kaum erforschten aber für die Klimaentwicklung wichtigen Raum geben. Wissenschaftler aus sechs Nationen, darunter auch Neuseeland, werden die Entwicklungsgeschichte des Antarktischen Zirkumpolarstroms, der Meereisverbreitung und seines Einflusses auf die Änderungen von Treibhausgaskonzentrationen sowie Abschmelzereignisse des westantarktischen Eisschildes und ihren Einfluss auf die globale Ozeanzirkulation unter Einsatz modernster Methoden gemeinsam untersuchen. Dabei geht es auch um die Erfassung von klimawirksamen Wechselwirkungen zwischen dem polaren Südpazifik, den tropischen und nordpolaren Breitenregionen während vergangener Kalt- und Warmzeiten.

Solche klimarelevanten Fragestellungen stehen auch im Fokus eines geplanten Tiefseebohrprojektes im Rahmen des “Integrated Ocean Drilling Program” (IODP) im antarktischen Pazifik. Die beiden laufenden Expeditionsabschnitte liefern die Datenbasis zur Auswahl der Bohrstellen des IODP. Wissenschaftler aus aller Welt wollen mit den künftig zu erbohrenden Tiefseesedimenten bis zu 40 Millionen Jahre in die geologische Vergangenheit zurück schauen.

Neben Geologen und Geophysikern nutzen auch Biologen, Chemiker, Ozeanographen und Wissenschaftler vieler weiterer Disziplinen den Forschungseisbrecher regelmäßig für ihre Untersuchungen. So ist diese insgesamt 50. Expedition (unterteilt in etwa 200 Fahrtabschnitte) ein gutes Beispiel für die multidisziplinäre Ausrichtung der Polarstern, die seit 1985 in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten unterwegs ist. Sie ist die Plattform für Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts und ihre Kooperationspartner, und trägt dazu bei, die komplexen Zusammenhänge im System Erde zu entschlüsseln. Vor allem das Ziel, die treibenden Kräfte und Fluktuationen im Klimageschehen zu verstehen, steht im Mittelpunkt der Forschung.

Sie sind unsichtbar und nur schwer zu messen, doch ohne sie ist kein Leben in den Ozeanen möglich.

Ein Kranzwasserschöpfer an mobiler Winde. Spezialgerät für das GEOTRACES-Programm – (c) Gregory Cutter, Old Dominion University (USA)

Die Rede ist von im Wasser gelösten Spurenstoffen wie Cadmium, Kupfer oder Eisen. Die genaue Herkunft und Verteilung dieser Metalle in den Weltmeeren ist vor allem in tieferen Wasserschichten kaum bekannt. Das will das internationale Forschungsprogramm GEOTRACES ändern. Am 4. Februar startet das deutsche Forschungsschiff METEOR unter Fahrtleitung des Kieler Geologen Professor Martin Frank zu einer der ersten Expeditionen des Projekts in den tropischen Atlantik.

Die Zahl ist fast unvorstellbar klein. Nur 300 Billionstelgramm (0,0000000003 g) Cadmium sind durchschnittlich im Oberflächenwasser der Ozeane pro Liter gelöst. Zum Glück, möchte man meinen, denn Cadmium gilt als üblicherweise als giftig. Doch neue Forschungen haben gezeigt, dass vielen Arten des pflanzlichen Planktons Cadmium für ihren Stoffwechsel dringend benötigen. Dieses Plankton wiederum bildet den Anfang der Nahrungskette und bindet bei der Photosynthese große Mengen Kohlendioxid. Neben Cadmium gibt es noch viele andere Spurenstoffe mit ähnlicher Bedeutung: Aluminium, Mangan, Kupfer, Zink oder auch Eisen. Woher sie stammen und wie sie sich in allen Weltmeeren verteilen, ist bisher weitgehend unbekannt. Es fehlten weltweit einheitliche Verfahren, zuverlässige Daten über so geringe Stoffmengen zu erhalten. “Es ist extrem schwierig, exakte Aussagen über schwankende Eisenkonzentrationen im Milliardstelgramm-Bereich zu treffen, wenn man die entsprechenden Wasserproben mit Metallkabeln direkt neben 4500 Tonnen Schiffsstahl nimmt”, erläutert der Geologe und chemische Ozeanograph Professor Martin Frank vom Kieler Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) die ganz praktischen Messprobleme.

Sieben Jahre lang haben sich Wissenschaftler aus mehr als 30 Nationen im GEOTRACES-Programm mit derartigen Fragen beschäftigt – und Lösungen erarbeitet. Nun beginnt 2010 die aktive Messphase mit einer Auftaktveranstaltung während der Ocean-Sciences Tagung in Portland, Oregon (USA). Gleichzeitig leitet Professor Martin Frank eine der ersten GEOTRACES-Expeditionen mit dem deutschen Forschungsschiff METEOR, das mit 24 Wissenschaftlern aus Kiel, Bremen, Rostock, Köln, Barcelona und Norfolk (Virginia, USA) am 4. Februar den Hafen von Las Palmas (Spanien) verlässt. Während der rund 9000 Kilometer langen Fahrt, die zunächst südwärts entlang der westafrikanischen Küste, dann über den Atlantik bis vor die Küste Brasiliens und von dort wieder nach Norden führt, werden die Forscher Spurenstoffkonzentrationen bis in Wassertiefen von 5000 Meter messen. Rund 12.000 Liter Probenwasser werden so zusammenkommen. “Um Verunreinigungen zu vermeiden, nutzen wir spezielle Probenbehälter aus Kunststoff, die in einem extra beschichteten Gestell befestigt sind. Statt an einer Stahltrosse lassen wir diese Gestelle an einem Kevlaer-Kabel in die Tiefe”, erklärt Professor Frank. Da die METEOR nicht über eine derartige Winde verfügt, nimmt die Expedition eine mobile Winde des GEOTRACES-Programms aus den USA mit. Zur Spezialausrüstung gehören ferner zwei Container mit Reinraumlaboren. Dort bereiten die Wissenschaftler die Proben nach den exakten Vorgaben des GEOTRACES-Programms so auf, dass sie nach der Fahrt in Laboren an Land mit hochempfindlichen Messverfahren untersucht werden können. “So gewinnen wir Daten, die später mit denen anderer Mess-Kampagnen rund um den Globus vergleichbar sind”, erklärt Professor Frank. Insgesamt sind in den kommenden Jahren über 50 Expeditionen auf allen Weltmeeren geplant.

Die Ergebnisse dieser Messungen werden für viele Wissenschaftler hoch interessant sein. Biologen wollen wissen, woher, wann und in welchen Mengen Mikro-Nährstoffe beispielsweise durch Staub in die Ozeane gelangen, um damit Gefahren und Chancen für Ökosysteme besser abzuschätzen. Ozeanographen wollen die Spurenstoffe nutzen, um Meeresströmungen zu verfolgen. “Einige der Spurenmetalle zeigen neben Schwankungen in der Konzentration auch Unterschiede in ihrer sogenannten Isotopenzusammensetzung. Und die lässt genaue Rückschlüsse zu, aus welcher Region die Metalle ursprünglich stammen”, so Professor Frank. Klimaforscher können diese Isotopensignale außerdem dazu nutzen, vergangene Klimaszenarien präzise zu rekonstruieren. Und zu guter Letzt wird ein besseres Verständnis der Stoffkreisläufe in den Ozeanen auch dazu beitragen, die Folgen von Umweltschäden besser zu verstehen. “Mit dem Programm und unser Expedition betreiben wir also wirklich Grundlagenforschung, auf deren Resultate viele Kollegen warten”, sagt Professor Frank.

Die Kieler Universität liefert anhand ihrer Forschung zur Klimageschichte neue Erkenntnisse.

Paläoklimaforscher rekonstruieren die Vergangenheit des Klimas anhand von Bodenproben aus Tausenden Metern Tiefe. (c) Elfi Mollier-Vogel / CAU

Auf Einladung der renommierten Fachzeitschrift Nature Geoscience fassen Professor Ralph Schneider und Professorin Birgit Schneider, Institut für Geowissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und Exzellenzcluster “Ozean der Zukunft”, in der aktuellen Ausgabe des Journals die jüngsten Ergebnisse weltweiter Forschungsarbeiten zum Klima der Vergangenheit zusammen und ziehen ein beunruhigendes Fazit: Das tatsächliche Ausmaß des zu erwartenden Klimawandels wird nach wie vor unterschätzt.

Die aktuelle Klimapolitik verfolgt das Ziel, die Erderwärmung bis zum Ende des 21. Jahrhunderts auf maximal zwei Grad zu beschränken, um die globalen Auswirkungen des Klimawandels noch beherrschen zu können. Nach Einschätzung des Weltklimarates (IPCC – Intergovernmental Panel on Climate Change) muss dafür die Konzentration an Kohlendioxid (CO2) in der Luft auf einen Wert von maximal 450 ppm (parts per million, Teilchen pro eine Million Luftteilchen) begrenzt werden. Heute liegt der Wert bereits bei 386 ppm und damit gut 100 ppm über dem Wert seit Beginn der Industrialisierung.

Neue wissenschaftliche Studien zeigen jetzt, dass es in der Erdgeschichte bereits im Pliozän vor fünf Millionen Jahren ein wesentlich wärmeres Klima als heute gegeben hat, obwohl gleichzeitig die CO2-Konzentrationen kaum höher lagen. “Diese Studien weisen deutlich darauf hin, dass der Klimawandel unterschätzt wird”, warnt Ralph Schneider. “Wir blicken in die Erdgeschichte zurück, um in die Zukunft zu sehen”, erläutert Schneider: “Dabei wird deutlich, dass in der Klimapolitik viel konsequenter gehandelt werden muss, damit die Erde als Lebensraum für den Menschen in der jetzigen Form erhalten bleibt.”

Grund für das deutlich wärmere Klima vor fünf Millionen Jahren sind Rückkopplungen zwischen einzelnen Komponenten des Klimasystems und zwar speziell dem Grönlandeis, der Vegetation in den hohen Breiten und dem Ozean, der große Mengen Kohlenstoff speichert. Das Abschmelzen des grönländischen Eisschildes führt dazu, dass weniger Sonnenlicht von der Erdoberfläche reflektiert wird. Gleichzeitig dehnen sich die Nadelwälder weit nach Norden aus. Beides führt dazu, dass die Erde mehr Sonnenlicht aufnimmt und sich die Atmosphäre erwärmt. Im Oberflächenwasser des Ozeans löst sich Kohlendioxid aus der Luft, welches über die Ozeanzirkulation in größere Tiefen transportiert und somit der Atmosphäre dauerhaft entzogen wird. Bei steigender Temperatur des Ozeans sinkt die Löslichkeit von Kohlenstoff im Wasser, so dass mehr Kohlenstoff in der Atmosphäre verbleibt und dort den Treibhauseffekt beschleunigt.

“Diese Wechselwirkung von Ozean und Atmosphäre wird den globalen Temperaturanstieg bereits innerhalb von etwa 100 Jahren verstärken”, verdeutlicht Birgit Schneider, die als Klimamodelliererin im Exzellenzcluster “Ozean der Zukunft” eng mit Ralph Schneider zusammenarbeitet. “In den Klimamodellen, die dem IPCC zur Verfügung stehen, werden diese Rückkopplungsmechanismen bislang vernachlässigt”, so Birgit Schneider weiter.

Für die politischen Entscheidungen in den nächsten Jahren sind die Prozesse im Ozean zunächst bedeutender als die der Eisschilde, da hier die Veränderungen schneller wirken. Um herauszufinden, wie stark und wann sich eine geringere Kohlenstofflöslichkeit im Ozean auf das globale Klima auswirkt, entwickelt die Arbeitsgruppe im Exzellenzcluster “Ozean der Zukunft” das computergestützte Klimamodell “Kiel Climate Model System” weiter. Auf dem Hochleistungsrechner an der CAU testen die Forscher, wie sich z.B. der Ozean in verschiedenen Klimaszenarien mit höheren Temperaturen und Kohlendioxidkonzentrationen verhält. Die Ergebnisse aus den Modellsimulationen vergleichen sie mit Daten aus Tiefseeablagerungen, die Aufschluss darüber geben, wie das Klimasystem in der Vergangenheit funktioniert hat. So sichern sie die Modellergebnisse ab.

“Die marine Paläoklimaforschung, die sich über Jahre hier an der Uni Kiel etabliert hat, liefert wichtige Impulse, um derzeitige Einschätzungen über Klimawandelprognosen deutlich zu präzisieren und damit die Basis für zukünftige Anpassungsmaßnahmen zu verbessern”, macht Ralph Schneider deutlich.

Originalarbeit

Schneider, B & R. Schneider: Palaeoclimate: Global warmth with little extra CO2, Nature Geoscience January 2010, Vol. 3, No. 1

Hintergrundinformation

Die Forschungsarbeiten werden finanziell unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (Exzellenzcluster “Ozean der Zukunft”) und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (Projekt BioAcid).

Hier gibt es mehr Infos über die Arbeitsgruppe “Marine Klimaforschung” und hier über den Exzellenzcluster “Ozean der Zukunft”.

Der Klimawandel könnte in einigen Regionen des Bundeslandes Sachsen-Anhalt die Trockenheit im Sommer verschärfen und die Neubildung von Grundwasser mindern.

Weinanbau in Sachsen-Anhalt – (c) J. Kropp

Das geht aus der PIK-Studie „Klimawandel in Sachsen-Anhalt“ vor, die diese Woche dem Landesumweltminister Hermann Onko Aeikens übergeben wurde.

Während die Forstwirtschaft zunächst profitieren könnte, muss in der Landwirtschaft mit leicht abnehmenden Erträgen gerechnet werden. Wasser könnte in Sachsen-Anhalt zu einer kostbaren Ressource werden.

Das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) hat für Sachsen-Anhalt mögliche Auswirkungen des Klimawandels auf verschiedene Regionen und Wirtschaftsbereiche untersucht. „Unabhängig von allen Bemühungen, die Klimaerwärmung durch die Reduzierung von Treibhausgas-Emissionen zu bremsen, ist ein Temperaturanstieg unvermeidbar und auch jetzt schon festzustellen“, sagte Aeikens. Das habe Auswirkungen auf viele wichtige Bereiche wie die Wasserverfügbarkeit und die Landwirtschaft. „Darauf müssen wir uns einstellen, ohne unnötig zu dramatisieren“, so Aeikens weiter.

Die Wissenschaftler vom PIK untersuchten, wie sich drei unterschiedliche globale Klimaszenarien auf Sachsen-Anhalt auswirken könnten. Dazu wurden die Projektionen für die Zeithorizonte 2025, 2055 und 2085 mit dem Referenzzeitraum 1961 bis 1990 verglichen. Die Studie zeigt auf, wo in den Bereichen Landwirtschaft, Wasserwirtschaft, Forstwirtschaft und Naturschutz zukünftig Handlungsbedarf besteht.

Die Studie zeigt, dass der Klimawandel voraussichtlich im größten Teil des Landes – mit Ausnahme des Harzes – den Niederschlag vermindern und die Verdunstung aus Böden und Vegetation steigern wird. „Diese Veränderungen der Wasserverfügbarkeit erfordern ein nachhaltiges Management der vorhandenen Ressourcen“, sagt Jürgen Kropp, der Leiter der Studie. Wahrscheinlich wird künftig weniger Grundwasser verfügbar sein.

Mögliche Änderungen der Grundwasserneubildung [in Millimetern pro Jahr] im Jahr 2085 gegenüber dem Zeitraum 1961 bis 1990 im Elbe-Einzugsgebiet (links) und Sachsen-Anhalt. Quelle: PIK

„Der Waldbestand kann sich in der ersten Hälfte des Jahrhunderts wegen der verlängerten Wachstumsphase positiv entwickeln“, sagt Kropp. Nach 2070 kann die Produktivität der Pflanzen jedoch abnehmen. In der Landwirtschaft könne sich der Düngeeffekt einer erhöhten Konzentration von Kohlendioxid positiv auswirken und die Erträge steigern. Dies ist jedoch nur bei ausreichender Versorgung mit Nährstoffen gewährleistet. Zunehmender Wasserstress kann diese Zuwächse durchaus wieder zunichte machen. „Problemen dieser Art kann man sich jedoch, z.B. durch intelligentes Management, stellen“, sagt Kropp. In der Landwirtschaft sei das etwa die Auswahl geeigneter Sorten für den Anbau in einem trockeneren Klima.

Positiv könnte sich der Klimawandel auf den Weinbau auswirken. Höhere Temperaturen seien bessere Anbaubedingungen für Weintrauben. Die Winzer Sachsen-Anhalts könnten zudem ihr Rebsortenspektrum etwa um Sauvignon blanc erweitern.

„Die Ergebnisse der Vulnerabilitätsstudie werden nun in die Entwürfe von Anpassungsstrategie und Aktionsplan eingearbeitet“, sagt Minister Aeikens. Bereits während der Erarbeitung der Vulnerabilitätsstudie haben sich die Wissenschaftler des PIK intensiv mit Fachleuten im Land ausgetauscht. „Wir haben das Ziel, die beiden Endfassungen im 2. Quartal 2010 zu veröffentlichen. Ich betone aber auch, dass beides ‚lebendige’ Dokumente bleiben werden“, so Aeikens weiter. Wenn neue Erkenntnisse vorliegen, wird die Strategie angepasst. Neue Maßnahmen können auch weiterhin im Aktionsplan aufgenommen werden.

Studie: „Klimawandel in Sachsen-Anhalt“

Klimaschwankungen in der Nähe des Äquators weisen ein deutlich anderes Muster auf als die Klimaänderungen in Arktis und Antarktis.

Vegetation am Kilimanjaro – (c) Claus Bünnagel / Pixelio

Es lassen sich in den Tropen deutliche 11500-jährige Schwankungen zwischen Feucht- und Trockenphasen identifizieren, die ein anderes Muster als die Temperatur-Rekonstruktionen aus den polaren Eiskernen zeigen. Die Untersuchungen des Klimas der vergangenen 25 000 Jahre im tropischen Afrika zeigen, dass Trockenphasen bei niedrigerer Solarstrahlung im März und September herrschten, was die folgende Regenzeit schwächer ausfallen ließ. Dieses unterstreicht die Bedeutung hydrologischer Veränderungen im regionalen Klimawandel, formuliert ein europäisches Konsortium von Geowissenschaftlern unter Leitung von Prof. Dirk Verschuren (Univ. Gent, Belgien) in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature (Vol. 462, 7273).

Die Ursachen für die Feuchtigkeitsänderungen sind jahreszeitliche Effekte zyklischer Veränderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne, die wiederum die auf der Erde ankommende Solarstrahlung bestimmt. Den grundlegenden Rhythmus geben die jährlichen Regenzeiten vor, die mit der so genannten inntertropischen Konvergenzzone verbunden sind. Darunter versteht man das Wolkenband in Äquatornähe, welches aus Gewittern besteht, die sich durch Sonneneinstrahlung und starke Verdunstung bilden. Mit dem Sonnenhöchststand im Juni auf der Nord- und im Januar auf der Südhalbkugel wandert dieses Wolkenband nord- und südwärts.

Wie spiegelt sich die langfristige Veränderung der Solarstrahlung in diesen Rhythmen wider? Um diese Frage zu bearbeiten, untersuchte die europäische Forschergruppe das Regionalklima Ostafrikas.
“Bisher gab es kaum Daten über Klimawandel in den Tropen. Änderungen der Temperatur spielen dort im Gegensatz zu hydrologischen Änderungen keine große Rolle,” beschreibt Achim Brauer vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ die Fragestellung. Seine Arbeitsgruppe analysierte die Ablagerungen im Challa-See, einem Kratersee am östlichen Fuß des Kilimandscharo. Die GFZ-Wissenschaftler zogen erstmalig in dieser Region feingeschichtete Bohrkerne aus dem Seeboden, die 21 Meter tief reichen. “Damit deckt dieser Sedimentkern die letzten 25000 Jahre ab,” erklärt Achim Brauer. “Detaillierte mikroskopische und geochemische Untersuchungen der einzelnen Sedimentlagen liefern Klimainformationen auf einer sehr genauen Zeitskala.” Dieses weltweit bisher einzige lange Sedimentprofil feingeschichteter Seeablagerungen in den Tropen wird durch hochauflösende geophysikalische Daten ergänzt..

Als Resultat wurde festgestellt, dass die Schwankungen in der Sonneneinstrahlung genau dem zeitlichen Muster der Änderung der Erdumlaufbahn folgen, die sich wiederum in Klimazyklen niederschlagen. Der Feuchtetransport nach Ostafrika durch die Passatwinde aus dem Indischen Ozean war stärker, wenn die Einstrahlung und folglich das Aufsteigen der Luft am Äquator zunahm. Umgekehrt schwächte sich dieser Feuchtetransport ab, wenn die geringere Einstrahlung zu schwächerem Luftaufstieg und nachfolgend zu schwächerem Passat führte. Das Verständnis tropischer Klimavariabilität und speziell der Lageveränderungen der innertropischen Konvergenzzone ist von besonderer Bedeutung, weil damit die Zusammenhänge zwischen Temperatur und Niederschlag in tropischen Breiten besser entschlüsselt werden können.

25 WissenschaftlerInnen aus 11 Ländern suchen seit dem 6. November mehr als 1,3 Kilometer Sedimentkerne.

Die vor New Jersey eingesetzte Bohrplattform ‘KAYD’ – (c) E. Gillespie / IODP

Diese wurden im vergangenen Sommer während einer Expedition des Integrierten Ozean-Bohrprogramms (IODP) in den flachen Gewässern vor der Küste des US-Bundesstaats New Jersey erbohrt. Auf einer Pressekonferenz, die heute im IODP Bohrkernlager an der Universität Bremen stattfand, präsentierten die beteiligten ForscherInnen erste Ergebnisse ihrer Analysen.
“Während der Expedition haben wir eine nahezu vollständige Abfolge von Meeresablagerungen erbohrt, die den Zeitraum von 14 bis 35 Millionen Jahre vor heute abdecken”, sagt Prof. Gregory Mountain, Geowissenschaftler an der Rutgers-Universität New Jersey/USA und einer der beiden wissenschaftlichen Expeditionsleiter. “Alles in allem haben wir an drei Bohrlokationen, die sich 45 bis 65 Kilometer vor der Küste New Jerseys befanden, 1.311,4 Meter Sedimentkerne gewonnen. Dabei reichte das längste Bohrloch mehr als 756 Meter tief.”

Mit Hilfe der erbohrten Meeresablagerungen kann das internationale Forscherteam herausfinden, wann bzw. wie stark und wie schnell der Meeresspiegel fiel und wieder anstieg – und dies für einen Zeitraum, in dem der antarktische Eisschild anwuchs und wieder abschmolz. Die Untersuchun¬gen in den Bremer Labors ergaben, dass die Sedimentkerne auch Überreste ehemaliger Sandstrände und kontinentaler Böden enthalten. Aus diesen und anderen Indizien leiten die ForscherInnen ab, dass der Meeresspiegel im besagten Zeitraum um bis zu einhundert Meter schwankte. Insgesamt konnten für die Zeit zwischen 14 bis 35 Millionen Jahren vor heute 10 Zyklen identifiziert werden, in denen der Meeresspiegel zunächst anstieg, bevor er wieder abfiel – mit dem Ergebnis, dass die Küstenlinie New Jerseys sich drastisch seewärts verlagerte.

“Zu unserer großen Überraschung sind wir an allen drei Bohrstellen auf Süßwasserlinsen gestoßen, die sich bis zu 400 Meter unterhalb des Meeresbodens befinden”, sagt Expeditionsleiter Dr. Jean-Noël Proust von der französischen Universität Rennes. Das Süßwasser sammelt sich in mikroskopisch kleinen Poren zwischen den Ton- und Sandpartikeln. “Es überrascht uns schon, dass diese Linsen mehr als 100 Meter mächtig sind. Wir nehmen an, dass die Linsen, die heute 50 Kilometer vor der Küste liegen, während der letzten Eiszeit vor mehr als 12.000 Jahren entstanden sind, als der Meeresspiegel abgesunken war und die Küstenlinie New Jerseys zeitweise seewärts unserer Bohrlokationen verlief.”

Die Küstengewässer des US-Bundesstaats eignen sich besonders gut für die Erforschung von Meeresspiegelschwankungen. Zwei große Flüsse sorgten in der Erdvergangenheit dafür, dass viel Sediment von Land in den Ozean gespült wurde. Heute können diese Ablagerungen als hervorragende Archive der Erdgeschichte genutzt werden. Zudem ist die Region tektonisch stabil: die Eigenbewegungen der Nordamerikanischen Erdplatte beeinflusst die Schwankungen des Meeresspiegels kaum. Schließlich lagen die Bohrstellen der Expedition im Zentrum des flachen Küstenmeers vor New Jersey. Daher sind in den Sedimenten sowohl Phasen mit steigendem als auch mit fallendem Meeresspiegel gut archiviert.

Die Auswertung der Expedition in Bremen wird voraussichtlich am 5. Dezember abgeschlossen sein. Die mehr als 14.000 Proben, die bislang den Sedimentkernen entnommen wurden, werden von den beteiligten WissenschaftlerInnen in deren Heimatlabors während der kommenden Monate und Jahre weiter untersucht.

Die “New Jersey Shallow Shelf Expedition” ist ein europäischer Beitrag zum IODP. Sie wird von ECORD, dem European Consortium for Ocean Research Drilling getragen. In diesem Konsortium arbeiten 16 europäische Nationen sowie Kanada zusammen. Das IODP wird von Japan, den USA, China, Südkorea und dem europäischen Konsortium getragen. Australien, Neuseeland, Indien zählen zu assoziierten Mitgliedern dieses weltweit größten Meeresforschungsprogramms. Die Expedition wurde zudem vom ICDP, dem Interkontinentalen Bohrprogramm, unterstützt.

Die CO2-Konzentration war während der Eiszeitzyklen der wichtigste Faktor für Temperaturänderungen in der Antarktis.

Antarktis – Lemaire-Kanal – (c) klaus / Pixelio

Die Analyse früherer Änderungen nur der antarktischen Temperaturen und Treibhausgas-Konzentrationen reicht nicht aus, um kausale Zusammenhänge zwischen beiden Phänomenen offenzulegen. Eine kürzlich veröffentlichte Modellierungsstudie zeigt auf, dass mehr Prozesse in Betracht gezogen werden müssen, um Ursachen und Wirkungen im Klimasystem voneinander unterscheiden zu können. In der Fachzeitschrift „Quaternary Science Reviews“ erklären Forscher, warum die Temperatur bei mehreren Übergängen von Eiszeiten zu wärmeren Zwischeneiszeiten vor der Kohlendioxid-Konzentration angestiegen ist.

„Daten aus antarktischen Eisbohrkernen zeigen, dass während der Erwärmung am Ende von Eiszeiten die antarktische Temperatur einige hundert bis tausend Jahre vor der CO2-Konzentration zu steigen begann“, sagt der leitende Autor der Studie, Andrey Ganopolski vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). Dies steht scheinbar im Widerspruch zur Theorie von Kohlendioxid (CO2) als entscheidendem Antrieb für klimatische Änderungen und wird bisweilen angeführt, um den Einfluss dieses Treibhausgases auf vergangenen und gegenwärtigen Klimawandel anzuzweifeln. „Unsere Ergebnisse zeigen jedoch deutlich, dass die zeitliche Abfolge von Temperatur- und CO2-Änderungen in der Antarktis keinen Grund liefert, die entscheidende Rolle von CO2 in Frage zu stellen“, sagt Ganopolski.

Anhand eines Klimamodells konnten Ganopolski und Didier Roche vom französischen Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement bestätigen, dass die CO2-Konzentration während der Eiszeitzyklen der wichtigste Faktor für Temperaturänderungen in der Antarktis ist. Die Simulationen zeigen, dass die beobachteten Erwärmungsphasen zu mehr als der Hälfte allein auf der Wirkung des CO2 als Treibhausgas beruhen. Wäre CO2 die einzige Ursache, so würden die Anstiege von Konzentration und Temperatur in etwa gleichzeitig erfolgen. Um erklären zu können, warum die Temperatur in einigen Fällen vor der CO2-Konzentration angestiegen ist, muss berücksichtigt werden, dass CO2 ein wichtiger, aber nicht der einzige Faktor ist, der die Temperaturen während der Übergänge von Eiszeiten zu Zwischeneiszeiten beeinflusst hat.

Änderungen der Umlaufbahn der Erde um die Sonne haben das Klima während der glazial-interglazialen Übergänge ebenfalls beeinflusst. Man geht davon aus, dass diese regelmäßig wiederkehrenden Veränderungen, die so genannten Milankovitch-Zyklen, für Einleitung und Ende der Eiszeiten verantwortlich sind. Die Studie zeigt, dass sich die Veränderungen der Erdumlaufbahn direkt auf das antarktische Klima auswirken und zu dem beobachteten Phänomen des früheren Temperaturanstieges beitragen.

Zudem gibt es einen indirekten Effekt: Zum Ende der Eiszeiten, ausgelöst durch die Milankovitch-Zyklen, schmolzen die riesigen Eisschilde rasant ab, die Nordamerika und Eurasien bedeckten. Das hatte einen starken Zufluss von Süßwasser in die Ozeane zur Folge, der ausreichte um den Kreislauf von Meeresströmungen im Atlantik, die so genannte Atlantische meridionale Umwälzzirkulation, für mehrere Jahrtausende zu unterbrechen. Die Unterbrechung dieses Strömungskreislaufs verringerte drastisch den Wärmefluss von der Süd- zur Nordhalbkugel. Dies verzögerte die Erwärmung der nördlichen Hemisphäre und führte zu einer plötzlicher einsetzenden und stärkeren Erwärmung der südlichen Hemisphäre. Dies ist die Hauptursache der Temperaturanstiege noch vor den Zunahmen des CO2-Gehalts der Atmosphäre.

„Die Temperaturanstiege in der südlichen Hemisphäre sind Reaktionen auf CO2, den Wärmefluss im Meer und Veränderungen der Erdumlaufbahn“, sagt Ganopolski. Jeder dieser Antriebe für klimatische Änderungen unterliegt jedoch zeitlich sehr unterschiedlichen Dynamiken. Daher sei es nicht verwunderlich, dass ihr kombinierter Effekt zu einem Temperaturanstieg noch vor dem Anstieg der CO2-Konzentration führen kann. „Um die vergangenen Klimaveränderungen vollständig erklären zu können, müssen paleoklimatische Daten in Verbindung mit umfassenden Erdsystemmodellierungen ausgewertet werden“, schreiben die Autoren.
Printveröffentlichung:

Ganopolski, A., Roche, D.M., On the nature of lead–lag relationships during glacial–interglacial climate transitions, Quaternary Science Reviews (2009), doi:10.1016/j.quascirev.2009.09.019