So wandelte sich das Klima in 66 Millionen Jahren

Zum ersten Mal hat ein internationales Team von Klimaforschern unter der Leitung der Universität Bremen eine kontinuierliche, hochpräzise Aufzeichnung der Klimaänderungen erstellt, die sich über 66 Millionen Jahre in die Vergangenheit erstreckt. Die Aufzeichnung zeigt vier charakteristische Klimazustände, die die Forscher “Heißphase”, “Warmphase”, “Kühlphase” und “Eisphase” nennen.

Diese Klimazustände bestanden jeweils über Millionen von Jahren. Innerhalb jedes dieser Zustände zeigt das Klima rhythmische Schwankungen, die den Veränderungen der Umlaufbahn der Erde um die Sonne entsprechen. Jeder Klimazustand reagiert besonders auf die Variationen der Erdbahn, die im Vergleich zu den dramatischen Verschiebungen zwischen verschiedenen Klimazuständen relativ geringe Änderungen der globalen Temperaturen bewirken.

Die neuen Erkenntnisse sind das Ergebnis jahrzehntelanger Arbeit und einer umfangreichen internationalen Zusammenarbeit. Die Herausforderung bestand darin, vergangene Klimavariationen auf einer Zeitskala zu bestimmen, die fein genug ist, um die Variabilität zu erkennen, die auf Bahnvariationen zurückzuführen ist.

Seit langem ist bekannt, dass die Eiszeit-Zyklen durch Änderungen der Erdumlaufbahn angetrieben werden, die die Menge der die Erdoberfläche erreichenden Sonnenenergie verändern. Lange Zeit galt es als unmöglich, die feinskalige rhythmische Variabilität des Klimas aufgrund von Erdbahnvariationen nachzuweisen.

In den letzten 3 Millionen Jahren befand sich das Klima der Erde in einer “Eisphase“, die durch abwechselnde Eis- und Zwischeneiszeiten gekennzeichnet ist. Der moderne Mensch hat sich in dieser Zeit entwickelt, aber Treibhausgasemissionen und andere menschliche Aktivitäten treiben den Planeten nun in Richtung der Klimazustände “Warmphase“, wie es sie seit der Eozän-Epoche, die vor etwa 34 Millionen Jahren endete, nicht mehr gegeben hat.

Während des frühen Eozäns gab es keine polaren Eiskappen, und die globalen Durchschnittstemperaturen waren 9 bis 14 Grad höher als heute. Die Projektionen des Weltklimarates für das Jahr 2300 im “Weiter-so-Szenario” werden die globale Temperatur möglicherweise auf ein Niveau bringen, das der Planet seit 50 Millionen Jahren nicht mehr gesehen hat.

Entscheidend für die Erstellung der neuen Klimahistorie war die Gewinnung qualitativ hochwertiger Sedimentkerne aus tiefen Ozeanbecken durch das internationale Ozeanbohrprogramm (ODP bzw. IODP). Signaturen des vergangenen Klimas werden in den Schalen von mikroskopisch kleinem Plankton aufgezeichnet, das in den Sedimenten des Meeresbodens erhalten geblieben ist. Nach der Analyse der Sedimentkerne haben die Forscher die Klimavariationen mit Variationen der Erdumlaufbahn abglichen.

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Das Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) der Universität Bremen steuerte ein riesiges Depot von Sedimentkernen zu der Studie bei. Dabei wurden überlappende Segmente von Klimaaufzeichnungen aus Sedimentkernen von verschiedenen Teilen der Welt miteinander verbunden. Jetzt liegt eine kontinuierliche und astronomisch datierte Klimaaufzeichnung der letzten 66 Millionen Jahre vor.

Die meisten der großen Klimaübergänge in den letzten 66 Millionen Jahren waren mit Veränderungen der Treibhausgaswerte verbunden. So begannen sich im späten Eozän, als die Kohlendioxidwerte in der Atmosphäre sanken, in der Antarktis Eisschilde zu bilden, und das Klima ging in eine “Kühlphase” über.

Diese neuen Klimadaten namens CE­NO­GRID (CENOzoic Glo­bal Refe­rence bent­hic fo­ra­mi­ni­fer car­bon and oxy­gen Iso­to­pe Data­set) bietet nun einen wertvollen Rahmen für viele Forschungsbereiche. Sie sind nicht nur für das Testen von Klimamodellen nützlich, sondern auch für Geophysiker, die verschiedene Aspekte der Erddynamik untersuchen, und für Paläontologen, die untersuchen, wie sich verändernde Umgebungen die Evolution von Arten vorantreiben.