Untersuchungen zu den Extremen des Erdklimas

D.Das Klima in der prähistorischen Ära unseres Planeten unterlag ständigen, manchmal bedeutenden Veränderungen. Diese natürlichen Schwankungen traten nicht so schnell auf wie die derzeitige künstliche Klimakapriole. Aber sie konnten die Erde immer noch von einem sehr heißen in einen sehr kalten Zustand versetzen. Das Wissen über das Paläoklima war jedoch bislang recht unvollständig, und die Genauigkeit der Messwerte schwankte stark.

Zum ersten Mal hat ein internationales Forscherteam ein Bild des Erdklimas in den letzten 66 Millionen Jahren aufgenommen, das auf einheitlichen Messungen und konsistenten Interpretationen basiert. In dieser Ära, der New Earth-Ära, durchlief das Klima vier signifikant unterschiedliche Phasen. In der heißesten Klimaphase, die Klimatologen als „Gewächshaus“ bezeichnen, waren die Durchschnittstemperaturen bis zu 15 Grad höher als heute. Im Vergleich dazu ähnelt das heute vorherrschende Klima aus geologischer Sicht einem Kühlschrank, der auch als „Eis“ bezeichnet wird.

Die 24-köpfige Forschungsgruppe unter der Leitung von Thomas Westerhold aus Marum Center for Marine Environmental Sciences (Marum) die Universität Bremen verwendeten insgesamt vierzehn Bohrkerne für ihre Untersuchungen, die in den letzten zwei Jahrzehnten in den ozeanischen Sedimenten verschiedener Ozeane gebohrt worden waren. Diese Ablagerungen decken die gesamte Ära des modernen Erdzeitalters ab, die vor 66 Millionen Jahren mit dem Paläozän begann und sich bis zum heutigen Holozän erstreckt. Da es keine direkten Messwerte für vergangene Temperaturen gibt, waren Wissenschaftler rund um Westerhold auf sogenannte Klimavertreter angewiesen, aus denen frühe Temperaturen abgeleitet werden können. Einige dieser indirekten Hinweise finden sich in marinen Sedimenten.

Kalkschalen wie Temperatursonden

Um ihre Analysen so umfassend wie möglich zu gestalten, konzentrierten sich Westerhold und seine Kollegen auf Spuren von Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopen in den Kalksteinschalen mariner Mikroorganismen. Für Forscher waren jedoch nur zwei der mehr als zehntausend Arten von Interesse. Dies sind die Foraminiferen der Gattungen Cibicidoides und Nuttalides, die im Meeresboden leben. Da diese beiden Arten während der modernen Erdzeit weitgehend unverändert existierten, ermöglichten sie eine einheitliche Paläoklimaanalyse für den gesamten Zeitraum von 66 Millionen Jahren.

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Paläoklimatologji
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Bohrkerne spiegeln das Bodenklima wider

Für ihre paläoklimatologischen Analysen verwenden Forscher, die mit Westerhold arbeiten, unter anderem eine Messmethode, die auf dem amerikanischen Nobelpreisträger für Chemie basiert. Harold Urey (1893 bis 1981) geht rückwärts. Es basiert auf der Tatsache, dass die drei natürlichen Sauerstoffisotope in drei verschiedenen Konzentrationen auftreten. Das häufigste Isotop mit durchschnittlich 99,76 Prozent ist Sauerstoff-16 (¹⁶O) mit acht Protonen und acht Neutronen im Atomkern. Sauerstoff-17 (¹⁷O) mit 17 Neutronen ist dagegen mit 0,04 Prozent die seltenste Variante. Sauerstoff-18 (¹⁸O) kommt in der Natur mit durchschnittlich 0,2 Prozent vor. Da es zwei Neutronen mehr als ¹⁶O hat, ist es auch etwas schwerer. Wenn Meerwasser verdunstet, ist Sauerstoff-18 im Vergleich zu ¹⁶O aufgrund seines etwas höheren Gewichts im Nachteil. Damit es verdunsten kann, muss die Wassertemperatur etwas höher sein als bei der eO-Sauerstofflichtvariante.

Daraus hatte Urey zu Recht geschlossen, dass kaltes Meerwasser mehr Sauerstoff als warmes Wasser enthielt. Wenn es zum Beispiel eine Kälteperiode gibt, ist der ¹⁸O-Gehalt im marinen Sediment und damit auch in den Foraminiferen-Kalksteinschalen etwas höher als der Durchschnitt. Wenn andererseits das Bodenklima von einer heißen Periode dominiert wird, verdunstet mehr Sauerstoff-18 und der Prozentsatz dieses Isotops in den Kalksteinschalen nimmt ab. Unterschiede im Verhältnis von 16O- und 18O-Isotopen können während einer kalten und warmen Phase direkt in die vorherrschende Temperatur umgewandelt werden. Dies macht Sie zu einem Vertreter des Klimas. Ähnliche Schlussfolgerungen über das prähistorische Klima können aus dem Verhältnis der beiden Kohlenstoffisotope .C und .C gezogen werden.

Wie Wissenschaftler rund um Westerhold in der Zeitschrift Science berichten, Mithilfe der Beziehungen zwischen Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopen in Sedimenten gelang es ihnen, das Klima für die gesamte Zeit der Neuzeit auf einheitliche Weise zu beschreiben. Die globale Temperatur diente als Maß.

Der heiße Planet kühlte ab

Hassht war lange Zeit dafür bekannt, im frühen Eozän besonders heiß auf der Erde gewesen zu sein, zum Beispiel vor etwa 45 bis 55 Millionen Jahren. Seitdem hat sich unser Planet stetig abgekühlt, bis er während des Quartären Eises durchschnittlich vier Grad kälter war als heute. Aus jüngsten Analysen schließen die Forscher, dass die Durchschnittstemperatur zwischen der Eiszeit und der Eiszeit auf 20 Grad gesunken ist.

Insgesamt identifizierten Wissenschaftler, die mit Westerhold zusammenarbeiten, vier verschiedene Klimaphasen. In den ersten zehn Millionen Jahren des modernen Erdzeitalters (Paläozän) und in der Zeit zwischen 50 und 35 Millionen Jahren später (Eozän) herrschte das Klima des „warmen Hauses“ vor, in dem es zwischen vier und zwölf Grad wärmer war se sot. Die extrem heiße Zeit während des Eozäns wurde als „Wärme“ -Phase bezeichnet. Zu Beginn des Oligozäns vor etwa 34 Millionen Jahren kam es dann zu einer deutlichen, recht plötzlichen Abkühlung der Erde um etwa drei Grad.

Zu dieser Zeit tauchten in der Ostantarktis Eisrüstungen auf, die heute noch existieren. Diese Phase dauerte etwa zwanzig Millionen Jahre, bis es im mittleren Miozän zu einem weiteren Temperaturabfall kam. Gelehrte nennen beide Epochen „Coolhouse“. Der bisher kälteste Abschnitt der neuen Erdära, die „Icehouse“ -Phase, beginnt dann mit der Eiszeit vor etwa zwei Millionen Jahren und dauert bis heute an – trotz der globalen Erwärmung durch Menschen Klimawandel.