Die menschengemachten Treibhausgas-Emissionen treiben die Kohlendioxidwerte der Atmosphäre in immer neue Höhen. Ob das Tempo des CO2-Anstiegs noch im Rahmen dessen liegt, was auch durch natürliche Prozesse möglich ist, hat ein Forschungsteam nun mithilfe eines antarktischen Eisbohrkerns untersucht. Es zeigte sich: Der heutige CO2-Anstieg ist zehnmal schneller als selbst die starken, kurzen CO2-Sprünge während der letzten Eiszeit. Die aktuelle Zuwachsrate ist damit in den letzten 50.000 Jahren beispiellos, wie das Team ermittelte. Gleichzeitig liefern die Daten auch neue Hinweise auf Wechselwirkungen zwischen Winden, Ozean und CO2.
Während der letzten Eiszeit sanken die globalen Mitteltemperaturen um mehrere Grad und weite Teile der Nordhalbkugel waren von dicken Gletschern bedeckt. Doch selbst während dieser mehrere zehntausend Jahre dauernden Kältephase gab es immer wieder abrupte Klimaumschwünge. Diese sogenannten Heinrich-Ereignisse waren gekennzeichnet durch massive Eisberg-Freisetzungen im Nordatlantik und eine rasche, wenn auch oft kurzlebige Erwärmung. Parallel dazu kam es in diesen Umbruchsphasen zu kurzen, abrupten Zunahmen der Methan- und CO2-Gehalte in der Erdatmosphäre. Doch wie stark diese waren und in welchem Zeitraum sie sich ereigneten, war bisher unklar.
Beispiellos in den letzten 50.000 Jahren
Um mehr über diese CO2-Sprünge zu erfahren und sie in Beziehung zur heutigen Entwicklung zu setzen, haben Kathleen Wendt von der Oregon State University und ihre Kollegen einen Eisbohrkern aus der Antarktis als Klimaarchiv genutzt. “Unser Interesse war geweckt und wir wollten in diesen Perioden zurückgehen, um genauer nachzuvollziehen, was damals passiert ist”, sagt Wendt. Dafür analysierten sie die Isotopen und Gasgehalte in 249 verschiedenen Schichten des 3,2 Kilometer in die Tiefe reichenden Bohrkerns aus dem Zentrum des Westantarktischen Eisschilds. Dies ermöglichte es dem Forschungsteam, die Entwicklung der Atmosphärengase und des Klimas der letzten 50.000 Jahre und im Speziellen während der Klimaumschwünge der Eiszeit nachzuvollziehen.
Die Analysen bestätigten, dass es während jedes eiszeitlichen Heinrich-Ereignisses einen sprunghaften Anstieg der CO2-Werte gab. Der größte dieser CO2-Sprünge ereignete sich vor 39.500 Jahren während des Heinrich-Ereignisses 4 (HS4). Er erhöhte die atmosphärischen CO2-Werte innerhalb von nur 55 Jahren um 14 parts per million (ppm), wie das Team ermittelte. Fast genauso stark und schnell fiel der Sprung beim jüngsten Heinrich-Ereignis 1 vor rund 16.800 Jahren aus: Die Konzentrationen stiegen damals in 75 Jahren um zwölf ppm. “Diese Raten des CO2-Anstiegs sind die schnellsten im gesamten Eisbohrkern-Archiv”, berichten Wendt und ihre Kollegen. “Aber trotzdem sind diese natürlichen Ereignisse noch immer zehnmal langsamer als die aktuelle Rate des anthropogenen CO2-Anstiegs.” Die Menschheit braucht gegenwärtig nur rund fünf bis sechs Jahre, um die CO2-Werte in der Atmosphäre um 14 ppm anzuheben.
Verlagerung der Windbänder wirkt auf Südozean
Wodurch die abrupten CO2-Sprünge während der Eiszeit verursacht wurden und welche Folgen die Heinrich-Ereignisse damals hatten, konnte das Team ebenfalls aus den Daten ermitteln. “Die Eisbohrkerne enthüllen eine Abnahme des C13- Kohlenstoff-Isotops während der abrupten CO2-Sprünge der Heinrich-Ereignisse 1 und 4”, berichten die Forschenden. Dies deutet auf eine tiefergehende Veränderung im globalen Kohlenstoffkreislauf hin. Wie die Wissenschaftler mithilfe von ergänzenden Analysen und Modellsimulationen herausfanden, gab es während der Heinrich-Ereignisse wahrscheinlich eine Verlagerung der erdumspannenden Windbänder und Klimazonen. Dabei wurden die Westwinde auf der Südhalbkugel intensiver und verlagerten sich polwärts. “Dies verstärkt die Ventilation des Südozeans und führt zu einer schnellen CO2-Freisetzung aus den Tiefen des Ozeans”, erklärt das Team. “Das Aufsteigen von wärmeren, CO2-reichen Wassermassen aus der Tiefe erklärt wiederum die Freisetzung von Wärme und C13-armem CO2 aus dem Südozean in die Atmosphäre.
Die Ergebnisse haben aber auch Relevanz für die heutige Klimaentwicklung. Denn Messdaten und Modellen zufolge bewirkt auch der gegenwärtig Klimawandel wieder eine Verlagerung und Intensivierung der Westwinde. Dies könnte erneut zu einer verstärkten Freisetzung von Treibhausgasen aus dem Südozean führen. “Wir verlassen uns darauf, dass der Südozean einen Teil unserer CO2-Emissionen schluckt, sagt Wendt. “Aber die schnell zunehmenden Winde auf der Südhalbkugel schwächen seine Pufferfähigkeiten.”
Quelle: Kathleen Wendt (Oregon State University, Corvallis) et al.,
Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2319652121
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