KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Der Nordpazifik spielt eine wichtige Rolle für das globale Klima.

Algen Clathromorphum nereostratum als neues Klimaarchiv entdeckt – Foto: S. Hetzinger / IFM-GEOMAR

Doch bisher sind die natürlichen dekadischen Klimaschwankungen in dieser Region weitgehend unerforscht, auch weil langzeitliche Messreihen und hochauflösende Klimaarchive fehlen. Meeresforschern des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) und der Universität Toronto gelang mit einer neuen Methode erstmals eine jahrgenaue Rekonstruktion des Klimas aus Kalkalgen aus dem Aleutenbogen für die vergangenen 200 Jahre. Ihre Ergebnisse sind in der internationalen Fachzeitschrift „Climate Dynamics“ erschienen.

Für die Entwicklung des Klimas sind die hohen Breiten von großer Bedeutung. Änderungen wirken sich dort stärker aus als beispielsweise in den Tropen. Außerdem ist bekannt, dass die Atmosphäre in diesen Breiten das Klima in anderen Erdregionen stark beeinflusst. Umso problematischer ist es, dass viele Klimaprozesse – zum Beispiel natürliche Klimaschwankungen, die sich im Bereich von einem bis wenigen Jahrzehnten abspielen – gerade im subarktischen Nordpazifik kaum erforscht sind. Das liegt unter anderem daran, dass verlässliche Messungen höchstens 100 Jahre zurückreichen, und natürliche Klimaarchive dort bisher nicht die nötige Auflösung haben, um kurzzeitige Klimaschwankungen in die Vergangenheit zurückverfolgen zu können.

Einer Gruppe von Ozeanographen des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) und der Universität von Toronto (Kanada) unter Leitung von Dr. Steffen Hetzinger, Prof. Dr. Jochen Halfar sowie dem Meteorologen Dr. Noel Keenlyside ist es nun erstmals gelungen, das Klima im nordpazifischen Raum bis ins Jahr 1818 jahrgenau zu rekonstruieren. „Wenn wir die Klimaschwankungen der Vergangenheit besser kennen, können wir auch das Klima der Zukunft genauer vorhersagen“, betont Dr. Hetzinger vom IFM-GEOMAR. Er ist Erstautor einer Studie im internationalen Fachmagazin „Climate Dynamics“, in der die Arbeitsgruppe ihre Ergebnisse vorstellt.

Für ihre Klimarekonstruktion nutzten die Wissenschaftler eine Rotalge, die in den Küstengewässern der Aleuten sehr verbreitet ist. Im Gegensatz zu frei im Wasser schwebenden Algen bildet die Art Clathromorphum nereostratum ein Kalkgerüst am Meeresboden. Ein Schnitt durch eine vom Meeresboden geborgene Algenprobe offenbart Jahresbänder ähnlich den Jahresringen von Bäumen. „Allerdings wachsen diese Algen extrem langsam, so dass die gezielte Beprobung bestimmter Wachstumsjahre äußerst präzise geschehen muss“, erklärt Dr. Hetzinger. Mit Hilfe von Spezialmikroskopen und einer sogenannten Elektronenstrahl-Mikrosonde haben die Wissenschaftler Variationen von Magnesium und Calcium in den Wachstumsbändern einer Algenprobe gemessen. „Daraus können wir Rückschlüsse auf die Wassertemperaturen und damit auf das Klima der vergangenen 200 Jahre ziehen“, erklärt Dr. Hetzinger.

Mit der neuen Methode konnten die Wissenschaftler erstmals eine angenommene Verbindung zwischen Klimaschwankungen im nordpazifischen und im nordatlantischen Raum auf dekadischen Zeitskalen anhand von Messergebnissen nachweisen. „Unsere Daten aus dem Nordpazifik zeigen eine Verbindung zwischen Schwankungen des Aleutentiefs und der Nordatlantischen Oszillation“, sagt Jennifer Mecking vom IFM-GEOMAR, die als Doktorandin intensiv an dem Projekt mitgearbeitet hat. Das Aleutentief hat dabei eine ähnliche Bedeutung für das Wetter- und Klimageschehen im Pazifik wie das Islandtief für den Atlantik. Die Nordatlantische Oszillation beschreibt die langzeitlichen Zirkulationsmuster im atlantischen Raum, die Schwankungen auf mehrjährigen Zeitskalen unterworfen sind.

In dieser Woche stellen die Forscher ihre Ergebnisse auch auf der Jahrestagung der American Geophysical Union in San Francisco vor. Parallel arbeiten sie daran, die Klimarekonstruktion für den Nordpazifik mit Hilfe von Clathromorphum nereostratum noch weiter in die Vergangenheit zu erweitern. „Hoffentlich verstehen wir dann die Prozesse in dieser für das Klima so wichtigen Region besser“, sagt Dr. Hetzinger.

Originalpublikation
Hetzinger, S., J. Halfar, J. V. Mecking, N. S. Keenlyside, A. Kronz, R. S. Steneck, W. H. Adey, P. A. Lebednik, 2011: Marine proxy evidence linking decadal North Pacific and Atlantic climate. Climate Dynamics. Im Web

Erdgeschichtliche Klimaveränderungen haben das Schicksal der Vorfahren des modernen Menschen beeinflusst – warum aber manche evolutionäre Varianten entstanden oder verschwanden, war bislang unklar.

Fossiler Schädel – Foto: Martin Trauth / Uni Potsdam

Wissenschaftler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und der Universität Potsdam haben nun eine neuartige Betrachtungsweise für die Entwicklung der vergangenen fünf Millionen Jahre vorgelegt. Eine nichtlineare statistische Analyse von Ablagerungen auf dem Meeresboden vor Afrika deutet darauf hin, dass abrupte Änderungen der Schwankungsneigung des Klimas die Evolution des Menschen entscheidend geprägt haben könnten. Zunächst drei solcher urzeitlicher Kipp-Punkte haben die Forscher ausgemacht.

„Dass Klimaänderungen für die Menschheitsgeschichte bedeutsam sind, wurde schon lange angenommen – aber bisher nie wirklich statistisch belegt“, sagt Jonathan Donges vom PIK, Leitautor der in den renommierten Proceedings of the National Academy of Sciences diese Woche veröffentlichten Studie. Dieser Beleg sei aber wichtig. „Wir können erstmals zeigen, dass das Zusammentreffen von Veränderungen der Schwankungsneigung des Klimas und solchen in der frühmenschlichen Evolution mit hoher Wahrscheinlichkeit kein Zufall war“, so Donges. Entscheidend sei der Wechsel von Zeiten geringer Klimaschwankungen zu solchen starker Klimaschwankungen – „also gleichsam die Änderungen der Änderungen“. Diese erhöhten offenbar den Selektionsdruck.

Staubspuren auf dem Boden der Ozeane als Datenlieferant
Statt längerer Trends haben sich die Forscher vergleichsweise kurzfristige Veränderungen angeschaut, die allerdings immer noch einige tausend Jahre umfassen. Die mathematische Auswertung der Millionen Jahre umfassenden Zeitreihen stützte sich auf Daten, die marine Geologen bereits vor längerer Zeit veröffentlichten. Sie stammen aus Bohrkernen aus dem Untergrund des indischen und atlantischen Ozeans sowie des Mittelmeeres. Hier finden sich Spuren von Wüstenstaub, die Rückschlüsse auf das zu bestimmten Zeiten an Land herrschende Klima zulassen.

Dabei konnten die Forscher auch einige der Mechanismen identifizieren, welche die Klimaänderung vermutlich ausgelöst haben. So hat sich etwa der Zufluss von warmem Wasser aus dem Pazifik Richtung Afrika verringert, weil sich in der Region des heutigen Indonesiens Landmassen verschoben. Da Meeresströmungen aber Förderbänder für Wärme sind, veränderten sich in der Folge die regionalen Temperaturen und Niederschläge in Afrika. Dies hatte wiederum Auswirkungen auf die örtliche Pflanzenwelt und damit den Tierbestand sowie Vormenschen wie den Australopithecus, der vor etwa einer Million Jahren ausstarb. Andere Vorläufer des Menschen hingegen konnten sich unter den geänderten Bedingungen plötzlich besser durchsetzen, weil sie anpassungsfähiger waren. „Der Generalist Homo hatte im stärker schwankenden Klima bessere Chancen als spezialisiertere Vormenschen“, so Donges.

Blick auf die Vergangenheit schärft den auf die Zukunft
Der Blick auf die Vergangenheit könnte auch den auf die Zukunft schärfen helfen. „Klimaänderungen haben Auswirkungen auf die Lebensbedingungen des Menschen – und was in der Vergangenheit viele hunderttausend Jahre gedauert hat, das könnte durch den menschengemachten Treibhauseffekt jetzt im Zeitraffer ablaufen“, erklärt der Leiter des Forschungsteams und Ko-Autor Jürgen Kurths. Eine der drei relevanten Perioden vor gut drei Millionen Jahren gilt von den Temperaturen her als Gegenstück zu einer Welt mit ungebremstem CO2-Ausstoß Ende unseres Jahrhunderts. „Dabei geht es nicht um eine Übertragung Eins zu Eins, sondern um das Verstehen der grundlegenden Mechanismen von Klimaveränderungen“, so Kurths. „Die so genannte Paläo-Klimatologie dient oft der Überprüfung von Annahmen für das Klima von Heute, Morgen und Übermorgen.“

„Es ist ein großer Schritt nach vorn, dass endlich die Methoden der nichtlinearen Physik auch in der Forschung zur Entwicklung der Menschheit genutzt werden können“, sagt Hans Joachim Schellnhuber, Direktor des PIK und gleichfalls einer der Ko-Autoren der Studie. Er ist einer der Pioniere bei der Anwendung dieser auch als Chaostheorie bekannten Disziplin in der Erdsystemforschung. „Besser und besser gelingt es uns, komplexe dynamische Systeme zu verstehen“, so Schellnhuber. „Und dabei zeigt sich immer mehr, dass es sich hier nicht um ein Glasperlenspiel handelt, sondern ein außerordentlich relevantes Forschungsfeld – gerade mit Blick auf den Klimawandel.“

Originalpublikation
Donges, J., Donner, R.V., Trauth, M.H., Marwan, N., Schellnhuber, H.J., Kurths, J.: Nonlinear detection of paleoclimate-variability transitions possibly related to human evolution. Proceedings of the National Academy of Sciences [doi:10.1073/pnas.0709640104]

Eine Strecke von rund 14.000 Kilometer trennt Grönland von der Antarktis.

Eisbohrkern auf Dome Concordia – Foto: S. Kipfstuhl, AWI

Trotzdem ist es einem internationalen Forscherteam gelungen, mithilfe von Klimadaten aus antarktischen Eisbohrkernen eine Kurve für Temperaturänderungen in Grönland zu rekonstruieren, die 800 000 Jahre weit in die Vergangenheit zurückreicht und damit völlig neue Einblicke in die Klimageschichte Grönlands und des Nordatlantiks ermöglicht.
Die Ergebnisse sind unter dem Titel „800,000 Years of Abrupt Climate Variability“ im Wissenschaftsmagazin Science erschienen.

Bei ihren Untersuchungen und Berechnungen bauten die Experten auf das so genannte „Seesaw“ oder „Klimawippen“-Modell der Ozeanzirkulation. Es besagt, dass Warmphasen im Norden des Atlantischen Ozeans mit Kaltphasen im Süden einhergehen – und umgekehrt.

„Auf Grönland gab es während der letzten Eiszeit abrupte Klima-Umschwünge. Diese führten innerhalb weniger Jahrzehnte zu Temperaturschwankungen von bis zu zehn Grad Celsius. Hervorgerufen wurden diese Sprünge durch Änderungen in der Stärke der atlantischen Umwälzbewegung, die Wärme in hohe nördliche Breiten transportiert. Verstärkte sich diese Wärmepumpe plötzlich, kam es zu einer stärkeren Umverteilung von Wärme aus dem Südozean in den Nordatlantik“, sagt Mitautor Dr. Gregor Knorr vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft. Die Forscher gingen deshalb bei ihren theoretischen Vorüberlegungen davon aus, dass sich Anzeichen für diese schnellen Klimaveränderungen sowohl in Grönland als auch in der Antarktis finden lassen müssten.

Informationen darüber, welche Temperaturen damals in beiden Regionen vorherrschten, gewinnen Wissenschaftler heute aus Eisbohrkernen. Diese Bohrkerne werden aus Eisschilden entnommen und zählen aufgrund ihrer zeitlich feinen Auflösung und relativ langen Messreihen zu den aussagekräftigsten Klimaarchiven. Die Eisschilde entstehen, indem Schnee auf ihre oberste Schicht fällt, dort verdichtet wird und im Laufe der Zeit eine neue Eisschicht bildet. Diese Schicht enthält dann nicht nur Luftbläschen und Spurengase aus jener Zeit, sondern archiviert auch die Wasser-Isotopen-Zusammensetzung des Niederschlags, mithilfe derer die Wissenschaftler weit in die Klimageschichte zurückblicken können. „Die längsten Bohrkerne aus dem grönländischen Eisschild reichen bis in die letzte Warmphase, also etwa 120.000 Jahre zurück. Das Eisarchiv der Antarktis dagegen umfasst die vergangenen 800.000 Jahre“, so Knorr.

Die Forscher verglichen in einem ersten Schritt Temperaturdaten aus grönländischen und antarktischen Eisbohrkernen der letzten 100.000 Jahre miteinander. Der grönländische Bohrkern stammte vom Eisschild im Zentrum der Insel. Die antarktischen Bohrkerne hatten Wissenschaftler im Jahr 2004 am so genannten Dome C auf dem ost-antarktischen Plateau geborgen.

Beide Eisbohrkerne bestätigten für diesen Zeitraum die theoretischen Annahmen der Wissenschaftler. „Die Daten aus den ersten 100.000 Jahren haben so überzeugend zusammengepasst, dass wir beschlossen, noch weiter in die Vergangenheit zu schauen“, berichtet Knorr. Anhand der real existierenden Daten aus der Antarktis berechneten die Forscher nun eine „künstliche“ Temperatur-Zeitreihe für Grönland, die bis zu 800.000 Jahre zurückgeht.

Deren Verlauf verglichen sie im Anschluss mit Klimadaten aus Höhlen in der zentral-chinesischen Provinz Hubei. „Heute weiß man, dass sich während besonders kalter Phasen im Nordatlantik die atmosphärische Zirkulation so stark veränderte, dass der Sommermonsun in China schwächer ausfiel. Diese Niederschlagsmuster finden sich noch heute in den Stalagmiten, die in diesen Höhlen wachsen und deren Klimaarchiv bis zu 400.000 Jahre zurückreicht“, sagt Knorr.

Die künstliche Temperaturkurve für Grönland bestand nicht nur den Höhlenvergleichstest. Sie lässt zudem den Rückschluss zu, dass die schnellen Klima-Umschwünge auf Grönland während der letzten Eiszeit keine Ausnahmeerscheinung waren. Sie sind in der Klimageschichte der letzten 800 000 Jahre offenbar in jeder Eiszeit aufgetreten. „Wir können mit unserer künstlichen Zeitreihe zeigen, dass im Laufe der letzten 800.000 Jahre plötzliche Klimaveränderungen anscheinend ein fester Bestandteil von Eiszeiten und beim Vergehen dieser waren. Das ist ein Resultat, dass definitiv Anlass zu weiterer Forschung gibt, da schnelle Klimaänderungen somit möglicherweise nicht nur eine passive Begleiterscheinung sind, sondern auch eine aktive Rolle beim Vergehen der Kaltzeiten gespielt haben könnten“, sagt Knorr. Diese neuen Erkenntnisse könnten helfen, besser zu verstehen, wie es zum Wechsel von einer Eiszeit zur anschließenden Warmzeit kommt. Bisher stellt diese Übergangsphase die Wissenschaftler noch immer vor Rätsel.

Zunächst einmal aber wollen die Forscher jetzt herausfinden, welche speziellen Prozesse diese Klima-Umschwünge initiieren und steuern. Zudem stehen sie vor der Aufgabe, diese Phänomene mit Klimamodellen zu simulieren und die bestimmenden Mechanismen zu identifizieren. „Die künstliche Temperaturkurve für Grönland könnte in Zukunft außerdem als gute Vergleichsgröße dienen“, sagt Knorr. Wissenschaftlern dürfte es mit ihrer Hilfe leichter fallen, das genaue Alter anderer Eis- und Sedimentproben besser einzugrenzen.

Die Moskauer Hitzewelle des vergangenen Jahres war mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Folge des Klimawandels – anders als bislang teils angenommen.

Smog über dem Roten Platz in Moskau durch die Waldbrände 2010 – Foto: Flickr, Timon91

Statt auf natürliche kurzfristige Klimaschwankungen ist der Temperaturrekord in der Region um die russische Hauptstadt auf den langfristigen Trend der Klimaerwärmung zurückzuführen, und zwar mit einer Wahrscheinlichkeit von 80 Prozent, wie Analysen von Wissenschaftlern des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) ergaben. Sie entwickelten eine Formel zur Berechnung der Häufigkeit von Klimaextremen. Ihre Ergebnisse werden diese Woche in der renommierten Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

Mehr Hitzewellen: Extreme sind Folge des Klimawandels

„In vielen Ländern sind in den letzten Jahren nie dagewesene Wetterextreme zu beobachten, zugleich steigt die weltweite Mitteltemperatur seit Jahrzehnten steil an“, sagt Hauptautor Stefan Rahmstorf. „Wir haben untersucht, wie das zusammenhängt.“ Die Forscher machen in Zahlen fassbar, wieviele zusätzliche Wetterrekorde durch die Klimaerwärmung verursacht werden. Auch ohne Klimaerwärmung kann es durch natürliche Schwankungen zu neuen Rekorden kommen, aber deutlich seltener. Zunächst wenden die Forscher ihre Analysemethode auf Hitzerekorde an, zukünftig sollen auch andere Arten von Extremen untersucht werden. „Was die Temperaturen betrifft, so konnten wir zeigen, dass der Klimawandel unter dem Strich zu deutlich mehr Extremen führt“, so Rahmstorf. „Für die Menschen sind diese oft schädlich.“

“Für die Menschen oft schädlich”

So hat der vielfach als Jahrhundertsommer bezeichnete Sommer 2003 in Europa Tausende von Toten gefordert. Die Rekordhitze 2010 mit Schwerpunkt im westlichen Russland hat europaweit den extrem heißen Sommer 2003 sogar noch übertroffen – und führte zu Missernten beim Weizen, für den zwischenzeitlich in Russland ein Exportverbot erlassen wurde. Außerdem plagten zahlreiche Großbrände das Land.

Die Anzahl der Hitzerekorde wird um so größer, je steiler der klimatische Erwärmungstrend ist –  starke Temperaturschwankungen von Jahr zu Jahr verringern dagegen die Zahl der Rekorde. Auf den ersten Blick wirkt dies widersprüchlich, denn für das Einzelereignis ist es natürlich die starke Schwankung, die den Rekord ausmacht. In der Summe aber führen heftige Schwankungen dazu, dass die einmal erreichten Spitzenwerte nicht so rasch wieder übertroffen werden. Aus dem Verhältnis von Erwärmungstrend zu Schwankungen lässt sich die erwartete Häufigkeit neuer Rekorde berechnen. Beobachtungsdaten stützen diese Berechnungen und werden durch die theoretische Erkenntnis erklärbar.

Kälte-Extreme nur wenig verringert

Extreme Kälte lässt die Menschen genauso leiden wie extreme Hitze. „Unsere Analyse zeigt aber leider, dass die Zunahme der Hitze-Extreme bei weitem nicht ausgeglichen wird durch eine Abnahme der Kälte-Extreme“, so der Co-Autor Dim Coumou. Diese Abnahme ist nämlich gering. „Insgesamt ist die Häufigkeit von monatlichen Temperaturrekorden schon um ein Mehrfaches angestiegen.“

Originalpublikation:
Rahmstorf, S., Coumou, D. (2011): Increase of extreme events in a warming world. Proceedings of the National Academy of Sciences (early edition), [doi:10.1073/pnas.1101766108]

Die schwächelnde Sonne war nicht der bestimmende Faktor für die “kleine Eiszeit”.

Schwächelnde Sonne kein Grund für kleine Eiszeit – Foto: Ingwer Hansen

Vor allem Vulkanausbrüche sowie eine geringere Menge von Treibhausgasen in der Atmosphäre haben entscheidend zu dieser Phase kühleren Klimas im 16.und 17. Jahrhundert beigetragen, wie eine kürzlich erschienene Studie zeigt. Entsprechend kann von einer geringen Sonnenaktivität, wie sie von einigen Forschern für die kommenden Jahrzehnte erwartet wird, keine spürbare Abkühlung für das vom Menschen mit seinen Treibhausgas-Emissionen aufgeheizte Erdklima erwartet werden.

“Der Einfluss von Schwankungen der Sonnenaktivität wird oft überschätzt”, sagt Georg Feulner vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), Autor des jetzt in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlichten Artikels. “Die neue Analyse zeigt dies für die Vergangenheit – und hieraus können wir etwas lernen für die Klimaentwicklung der Zukunft.”

Sonnenflecken sind ein sichtbares Zeichen der Sonnenaktivität. Ist ihre Zahl gering, ist auch die solare Strahlungsintensität messbar niedriger. Im späten 17. Jahrhundert befand sich die Sonne nach einer langsamen Abschwächung der Sonnenaktivität, die um das Jahr 1600 einsetzte, in einer ausgedehnten Ruhephase, dem Maunder-Minimum. Dies wird vielfach als Ursache der als kleine Eiszeit bezeichneten Abkühlung des Erdklimas zu dieser Zeit angesehen.

Zwei Anfang des Jahres erschienene Studien haben zwei höchst unterschiedliche Werte für die Sonneneinstrahlung im Maunder-Minimum ermittelt. Die eine kommt zu dem Schluss, die solare Strahlungsintensität sei damals sehr viel geringer als heute gewesen. Die andere hat zum Ergebnis, die Sonnenintensität sei in jener Zeit lediglich genauso gering gewesen wie im außergewöhnlichen Sonnenminimum 2008/2009.

Erstmals wurde nun konkret ermittelt, wie sich diese sehr unterschiedlichen Werte für die Sonneneinstrahlung auf die Temperaturen der Nordhalbkugel in den vergangenen 1000 Jahren auswirken. Hierfür hat Feulner die Daten zur solaren Strahlungsintensität in ein Klimamodell eingespeist, also in ein komplexes Gleichungssystem, das im Computer die wichtigsten Klimaprozesse in den Weltmeeren und in der Atmosphäre simuliert. Es berücksichtigt dabei auch die Treibhausgaskonzentration und den kühlenden Effekt von Schwefelsäuretröpfchen aus Vulkanausbrüchen. Die im Modell berechneten Temperaturen wurden dann verglichen mit den aus natürlichen Klimaarchiven wie Eisbohrkernen, Baumringen, Sedimenten und Korallen rekonstruierten Temperaturen des letzten Jahrtausends.

Das Ergebnis ist eindeutig. Die Werte aus jener Studie, derzufolge die Sonneneinstrahlung in der kleinen Eiszeit extrem gering war, führt in der Modellrechnung über die Jahrhunderte hinweg zu Temperaturen, die in Zeiten niedriger Sonnenaktivität deutlich unter den tatsächlich beobachteten liegen. Die Werte der anderen Studie hingegen, die keinen großen Unterschied zwischen der Strahlungsintensität damals und dem jüngsten Sonnenminimum sieht, führten im Modell zu wirklichkeitsnahen Temperaturen. Die Klimadaten stützen also die Ergebnisse dieser Studie. “Um die Klimageschichte zu verstehen, müssen natürlich neben den Treibhausgasen auch alle anderen Klimafaktoren berücksichtigt werden”, erklärt Feulner. “Die Auswirkung der Sonnenaktivität auf das Klima ist allerdings vergleichsweise gering, wie die aktuelle Untersuchung erneut zeigt.”

Was bedeuten diese Ergebnisse für unser Jahrhundert, falls die Sonne wie vielfach vermutet in eine dem Maunder-Minimum ähnliche Ruhephase eintritt? “Das würde uns lediglich eine Abkühlung von maximal 0,3 Grad Celsius bringen”, hat Feulner errechnet. Dies würde die bis zum Ende des Jahrhunderts zu erwartende und vom Menschen verursachte Erwärmung nur um etwa 10 Prozent mindern. “Leider zu wenig”, so Feulner, “um den Klimawandel spürbar abzuschwächen.”

Originalartikel:
Feulner, G. (2011): Are the most recent estimates for Maunder Minimum solar irradiance in agreement with temperature reconstructions? Geophysical Research Letters, Vol. 38, L16706 [doi:10.1029/2011GL048529]

Als Folge der Erderwärmung ist der Meeresspiegel in den vergangenen 50 Jahren im Mittel um rund zehn Zentimeter gestiegen.

Wann wird diese Insel verschwunden sein? – Foto: A. Dreher / Pixelio

Nach Einschätzung vieler Klimaforscher dürfte sich der Anstieg in den kommenden Jahrzehnten noch beschleunigen. Wie Wissenschaftler des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) jetzt zeigen konnten, gibt es dabei aber große regionale Unterschiede. Ursache dafür sind Veränderungen in den Meeresströmungen, die vor allem im tropischen Pazifik und im Indischen Ozean zu stark schwankenden Wasserständen führen.

Warum stieg der Meeresspiegel in einigen Regionen des tropischen Indischen Ozeans und Pazifiks in den vergangenen 15 Jahren stark an, während es in den Jahrzehnten zuvor dort sinkende Wasserstände gab? Den Ursachen sind nun Kieler Meeresforscher durch Computersimulationen auf die Spur gekommen. Ihre jetzt in der internationalen Fachzeitschrift Geophysical Research Letters publizierte Studie zeigt, dass Schwankungen in den Meeresströmungen, verursacht durch die Passatwinde im tropischen Pazifik, eine Schlüsselrolle spielen.

Den Einfluss von Wind und Meeresströmungen bekommt der tropische Pazifik vor allem infolge des El Niño-Phänomens zu spüren. „Das damit verbundene Hin-und Herschwappen des warmen Oberflächenwassers führt dort zu einem fortwährenden Auf und Ab des Meeresspiegels um bis zu 20 cm innerhalb weniger Jahre“, erläutert Dipl. Ozeanographin Franziska Schwarzkopf, Autorin der Studie vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR).

Während diese kurzfristigen Schwankungen durch moderne Satelliten-Messungen sehr gut dokumentiert sind, war über das Muster längerfristiger Veränderungen bislang wenig bekannt: „Unsere mit neuentwickelten Strömungsmodellen vorgenommenen Computersimulationen zeigen, dass die regionalen Wasserstände auch noch über Zeiträume von mehreren Jahrzehnten durch Windänderungen und Meeresströmungen geprägt werden“, erklärt der Leiter der Kieler Ozean-Modellierung und Co-Autor der Studie, Professor Claus Böning. Überraschender Befund der Kieler Forscher: Im Mittel über die letzten 50 Jahre erfuhren einige Bereiche im tropischen Pazifik und Indik dadurch entgegen dem globalen Trend einen fallenden Meeresspiegel.

Die neuen Ergebnisse zum Meeresspiegelanstieg der letzten Jahrzehnte bedeuten eine zusätzliche Herausforderung für die Klimamodellierung: “Ob eine tropische Inselgruppe in den nächsten Jahrzehnten mit einem wesentlich höheren Anstieg als im globalen Durchschnitt rechnen muss oder ob der Meeresspiegel dort vorübergehend sogar fallen könnte, hängt entscheidend von der Entwicklung der Windsysteme und Meeresströmungen ab”, so Böning. “Künftige Forschungsprogramme werden den regionalen Schwankungen in den Ozeanen eine verstärkte Aufmerksamkeit widmen.”

Originalarbeit
Schwarzkopf, F.U. and C.W. Böning, 2011: Contribution of Pacific wind stress to multi-decadal variations in upper-ocean heat content and sea level in the tropical south Indian Ocean. Geophysical Research Letters, 38, L12602, doi: 10.1029/2011GL047651.

Ein internationales Forschungsteam hat erstmals detailliert die Hitzesommer von 2003 und 2010 verglichen.

Mit der Wärme kommt das Taubenschwänzchen nach Deutschland – Foto: Angelika Wolter / Pixelio

Sie stellten dabei fest, dass der Sommer 2010 in klimatischer Hinsicht beispiellos war: Noch nie seit mindestens 500 Jahren wichen die Sommertemperaturen Europas so stark von der Norm ab. Die Hitzewelle über Osteuropa und Russland forderte viele Hitzetote und verursachte große ökonomische und ökologische Schäden. Ein weiteres Ergebnis der Studie: Der menschgemachte Klimawandel wird solche Extremsommer häufiger auftreten lassen. An dieser Untersuchung waren neben dem Forschungsteam Prof. Jürg Luterbacher (Institut für Geographie der Uni Gießen) und einem Wissenschaftler der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) auch Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, der Agencia Estatal de Meteorología Madrid und der Universität Lissabon beteiligt. Die internationale Forschergruppe hat ihre Resultate nun in der renommierten Fachzeitschrift „Science“ publiziert.

Insbesondere die Menschen in Russland litten 2010 unter der außergewöhnlichen Hitze. In Moskau wurden Tagestemperaturen von knapp 40 Grad Celsius registriert. Verheerende Brände aufgrund der Trockenheit vernichteten eine Fläche von einer Million Hektar, rund 25 Prozent der Ernte fielen aus. Der geschätzte Schaden beläuft sich auf 15 Milliarden US-Dollar. Zwar kollabierten auch in Deutschland Reisende in unklimatisierten Zügen, trotzdem ist im kollektiven Bewusstsein – zumindest der Westeuropäer – immer noch der Hitzesommer von 2003 als „der extremste Sommer“ verankert.

Die Hitzewelle von 2010 brach alle Rekorde sowohl in Bezug auf die räumliche Ausdehnung als auch die Temperaturabweichung vom Mittel. Die gemessenen Temperaturen lagen zwischen 6,7 bis 13,3 Grad Celsius über dem Sommermittel. Die Hitzewelle erstreckte sich über eine riesige Fläche von rund zwei Millionen Quadratkilometern – das entspricht knapp sechs Mal der Fläche Deutschlands. Der Sommer 2010 war im Mittel über Gesamteuropa 0,2 Grad Celsius wärmer als jener von 2003. Was sich nach wenig anhört, ist – auf die riesige Fläche und auf den gesamten Sommer hinaus berechnet – viel. „Dass wir den Sommer von 2003 als extremer wahrgenommen haben, liegt insbesondere daran, dass Westeuropa 2003 von der Hitzewelle mehr betroffen war und es über einen langen Zeitraum warm blieb“, erklärt Professor Luterbacher.

Der Grund für die Hitzewellen in 2003 und 2010 war in beiden Fällen eine sogenannte Omega-Lage. Es handelt sich dabei um ein stabiles und ausgedehntes Hochdruckgebiet, das westlich und östlich von einem Tiefdruckgebiet begrenzt wird. 2010 lag das Zentrum dieses blockierten Hochdruckgebiets über den Landmassen Russlands. Das östliche Tiefdruckgebiet war für die Überschwemmungen in Pakistan mitverantwortlich. Doch die stabile Hochdrucklage war nicht die einzige Ursache für die außerordentliche Hitze von Juli bis Mitte August 2010: Hinzu kamen eine frühe Schneeschmelze und wenig Niederschlag, was den Boden austrocknete und die Situation zusätzlich verschärfte. „Solch lang andauernde Hochdrucklagen im Sommer sind zwar selten, kommen aber immer wieder vor. Es war deshalb von Interesse für uns, die Hitzewellen von 2003 und 2010 im Kontext der letzten Jahrhunderte zu analysieren“, sagt Luterbacher.

Zu diesem Zweck verglichen die Wissenschaftler die jüngsten Hitzewellen mit Daten aus den vergangenen Jahrhunderten. Bis ins Jahr 1871 liegen tägliche Durchschnittstemperaturen vor. Für die Zeit davor nutzten die Forscher jahreszeitliche Daten, die mit Hilfe von historischen Dokumenten aus Archiven, Baumringen, Eisbohrkernen und frühinstrumentellen Messungen ermittelt wurden. Die Sommer 2003 und 2010 brachen in der Hälfte Europas die Hitzerekorde der letzten 500 Jahre. „Aus Einzelereignissen, wie sie die Hitzewellen von 2003 oder 2010 darstellen, lassen sich keine direkten Aussagen über den Klimawandel ableiten“, betont Luterbacher. „Dass diese zwei Rekordsommer und drei weitere sehr heiße Sommer in den letzten 10 Jahren stattfanden, ist jedoch bemerkenswert und die Häufung dieser Phänomene stimmt uns nachdenklich.“

Um herauszufinden, ob solche extremen Wettereignisse auch in Zukunft vermehrt stattfinden könnten, analysierten die Forscher die Zeiträume von 2020 bis 2049 und von 2070 bis 2099 mit Hilfe von elf regionalen, hoch aufgelösten Klimamodellszenarien. Die gute Nachricht: Die Hitzewelle 2010 war so extrem, dass solche Phänomene auch in den nächsten Jahrzehnten außergewöhnlich bleiben werden. Am Ende des Jahrhunderts deuten die Modelle jedoch im Mittel alle acht Jahre auf eine Hitzewelle vom Ausmaß des Extremsommers von 2010 hin. Hitzewellen wie 2003 werden nach Ansicht der Forscher bis zum Ende des 21. Jahrhunderts schon fast zur Normalität. Während die genauen Häufigkeitsänderungen stark vom Modell abhängen, zeigen alle Simulationen, dass die Hitzeperioden in Zukunft häufiger, intensiver und anhaltender werden.

Originalpublikation

Barriopedro, D., E. M. Fischer, J. Luterbacher, R. M. Trigo, and R. García-Herrera. 2011. The hot summer of 2010: redrawing the temperature record map of Europe, Science EXPRESS, doi: 10.1126/science.1201224

Nie in den vergangenen 2000 Jahren war das atlantische Wasser in der östlichen Framstraße zwischen Grönland und Spitzbergen so warm wie heute.

Dr. Spielhagen beprobt den Sedimentkern – Foto: J. Steffen / IFM-GEOMAR

Dies belegt eine Untersuchung von Meeressedimenten am westlichen Kontinentalhang Spitzbergens, die federführend von Wissenschaftlern des Leibniz-Institut für Meereswissenschaften IFM-GEOMAR und der Akademie der Wissenschaften und der Literatur, Mainz, gemeinsam mit Kollegen aus Bremerhaven, Tromsö (Norwegen) und Boulder (USA) durchgeführt wurde. Die entsprechende Studie erschien in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Science“.

Die Framstraße zwischen Grönland und Spitzbergen ist die wichtigste Verbindung zwischen dem Arktischen Ozean und den übrigen Weltmeeren. Auf der Ostseite der Meeresstraße fließen warme und salzreiche Wassermassen aus dem Nordatlantik in die Arktis. Dieser warme Strom, die nördlichste Fortsetzung des Golfstroms, sorgt sogar im Winter für überwiegend eisfreie Bedingungen westlich von Spitzbergen. Wissenschaftler des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) und der Akademie der Wissenschaften und der Literatur, Mainz, konnten jetzt zusammen mit Kollegen des Alfred-Wegener-Instituts für Polar und Meereforschung in Bremerhaven sowie Kollegen aus Tromsö (Norwegen) und Boulder (USA) anhand von Meeressedimenten nachweisen, dass die Wassertemperaturen des einströmenden Atlantikwassers in der östlichen Framstraße im Verlauf der vergangenen 2000 Jahre immer wieder um mehrere Zehntel Grad Celsius schwankten. Der jüngste Temperaturanstieg um etwa 2 Grad Celsius in den vergangenen 100 Jahren ist jedoch beispiellos im untersuchten Zeitraum. „Eine solche Erwärmung von Atlantikwasser in der Framstraße hebt sich wesentlich von den Klimaschwankungen der vergangenen 2000 Jahre ab“, sagt Dr. Robert Spielhagen, der für die Mainzer Akademie als Paläoozeanograph am IFM-GEOMAR forscht. Er ist Erstautor der Studie, die in der aktuellen Ausgabe von „Science“ erschien.

Karte der Grönlandsee und des Arktischen Ozeans. Die weiß abgetönten Flächen zeigen die durchschnittliche sommerliche Eisbedeckung, die weißen Pfeile markieren die Eisdrift. Die roten Pfeile zeigen den Transportweg für warmes Atlantikwasser in den Arktischen Ozean. Der gelbe Punkt markiert die Probenentnahmestelle für die aktuelle “Science”-Studie.
Kartengrundlage: www.ibcao.org, Bearbeitung: R. Spielhagen, AdWMainz/IFM-GEOMAR

Da kontinuierliche meteorologische und ozeanographische Messdaten nur etwa 150 Jahre zurückreichen, müssen die Wissenschaftler für die Untersuchung des Klimas der Vergangenheit indirekte Klimaarchive wie zum Beispiel Eisbohrkerne oder Sedimentkerne nutzen. Für die Rekonstruktion der Wassertemperaturen in der Framstraße nutzten die Autoren der „Science“-Studie spezielle Arten von Foraminiferen. Diese tierischen Einzeller leben in Wassertiefen von 50 bis 200 Metern und bilden während ihres Lebenszyklus Kalkschalen aus. Sterben sie ab, sinken die Schalen auf den Meeresboden, wo sie im Laufe der Zeit von Sediment bedeckt werden. So bleiben die Schalen als Fossilien im Meeresboden über lange Zeiträume gut erhalten. Da bestimmte Foraminiferen-Arten ganz spezielle Wassertemperaturen bevorzugen, können die Wissenschaftler anhand der im Meeresboden gefundenen Arten und ihres Alters die ozeanischen und klimatischen Bedingungen der Vergangenheit rekonstruieren. Parallel untersuchten sie die chemische Zusammensetzung der fossilen Kalkschalen, die ebenfalls Rückschlüsse auf Temperaturen in der Vergangenheit zulassen. So stellten Spielhagen und sein Team anhand zweier unabhängiger Untersuchungsmethoden fest, dass es während der jüngsten 2000 Jahre der Erdgeschichte immer wieder deutliche Schwankungen zwischen wärmeren und kühleren Phasen gab: „Besonders kalt war es während der ,Kleinen Eiszeit’, von etwa Mitte des 15. bis ins späte 19. Jahrhundert“, erklärt Koautorin Kirstin Werner vom IFM-GEOMAR. Ungewöhnlich viele wärmeliebende Foraminiferenarten, die mit dem Atlantischen Wasser in die Arktis transportiert werden, fanden die Autoren der Studie dagegen in den allerjüngsten Ablagerungen. Beide Untersuchungsmethoden zeigten übereinstimmend einen Temperaturanstieg von etwa 2 Grad Celsius in den letzten 100 Jahren. „Die heutigen Temperaturen des Atlantikwassers in der Framstraße liegen ca. 1,5 Grad Celsius höher als etwa im klimatisch warmen Hochmittelalter. Vieles spricht dafür, dass der beschleunigte Rückgang des Meereises und die in den letzten Jahrzehnten gemessene Erwärmung von Ozean und Atmosphäre in der Arktis unter anderem eine Folge des verstärkten Wärmetransports aus dem Atlantik sind“, so Robert Spielhagen.

Eine fehlende Meereisbedeckung verstärkt die Klimaveränderungen in der Arktis, wo anstelle der Rückstrahlung der Sonnenenergie durch das helle Eis (”Eis-Albedo-Effekt”) die Wärme vom dunkleren Ozeanwasser aufgenommen und nachfolgend teilweise an die Atmosphäre abgegeben wird. Die aktuell in „Science“ publizierten Ergebnisse bestätigen eine weitere, am IFM-GEOMAR durchgeführte Untersuchung über den Verbleib des Atlantischen Wassers auf den sibirischen Schelfen im Arktischen Ozean. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts „System Laptev-See“ fanden die Autoren jener Studie, die 2010 in der Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research“ veröffentlicht wurde, die Schicht mit warmem Atlantischen Wasser in deutlich geringeren Wassertiefen als in den vorangegangen achtzig Jahren. Sollte sich die Atlantikwasserschicht weiter erwärmen und ausdehnen, so könnte dies dramatische Folgen für die Eisbildung und Eisbedeckung im Arktischen Ozean haben.

Originalpublikation
Spielhagen, R.F., K. Werner, S. Aagaard Sørensen, K. Zamelczyk, E. Kandiano, G. Budeus, K. Husum, T. M. Marchitto, M. Hald, 2011: Enhanced Modern Heat Transfer to the Arctic by Warm Atlantic Water. Science, 331, 450-453, doi: 10.1126/science.1197397.