Die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre unterliegt seit Jahrtausenden großen Schwankungen. Bisher war jedoch unbekannt, welche Faktoren für diese Schwankungen verantwortlich waren. Jetzt haben Wissenschaftler nachgewiesen, dass die biologische Aktivität und die Schichtung der polaren und subpolaren Ozeane dabei entscheidend mitwirkt.
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Wie ein Forscherteam aus der Schweiz, Deutschland und Nordamerika in der neusten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science zeigt, führen die Änderungen der durch Salzgehalt und Temperatur bedingten Schichtung dieser Meeresregionen und die damit verbundene biologische Aktivität in den letzten 40.000 Jahren zu natürlichen Schwankungen der CO2-Konzentration in der Atmosphäre. Die Schichtung der Ozeane funktioniert damit quasi als „kommunizierende Röhre“ zwischen Ozean und Atmosphäre.
Die Wissenschaftler können nachweisen, dass eine stabilere physikalische Schichtung der Wasseroberfläche im subarktischen Nord- Pazifik die biologische Aktivität in den Kaltzeiten reduzierte. Die verstärkte Stabilität der Schichtung durch eine „Süsswasserkappe“ führte dazu, dass in den Kaltzeiten weniger Nährstoffe und CO2 an der Wasseroberfläche exponiert und vom Ozean in die Atmosphäre abgegeben wurden.
Daten aus Sedimenten und Eisbohrkernen
Die Forschergruppe mit Wissenschaftlern der ETH Zürich, des GFZ Potsdam, der Universität Bremen, der Princeton-University, USA und der University of Victoria, Canada, nahm geochemische Messungen an Meeresedimenten des subarktischen Nordpazifiks vor. „Es ergaben sich sehr gute Übereinstimmungen zwischen der Variabilität der Algenproduktivität der Region und der aus Eisbohrkernen der Antarktis gewonnenen atmospärischen CO2-Konzentration während der letzten 400 000 Jahre“, so Gerald Haug vom GFZ Potsdam. „Damit erweitert sich die Indizienkette, dass die physikalische Schichtung der polaren und subpolaren Ozeane als ‚kommunizierende Röhre‘ im Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre eine zentrale Rolle in der globalen Klimaentwicklung spielt.“
Positive Rückkopplung verstärkt Erwärmung
Da der Ozean eine 50-mal höhere CO2-Konzentration als die Atmosphäre hat, ist der Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre entscheidend für die atmosphärische Treibhausgaskonzentration. Aus dem direkten Zusammenhang zwischen globaler Erwärmung und der Stabilität der Schichtung der polaren und subpolaren Ozeane wird klar, dass im Rahmen einer schnell voranschreitenden anthropogen bedingten Erwärmung sich der Austausch Ozean-Atmosphäre beschleunigen kann mit einer verstärkenden positiven Rückkopplung auf die Erwärmung.
Der Gehalt des Treibhausgases CO2 in der Erdatmosphäre ist ein entscheidendes Regulativ des globalen Klimas. Ohne atmosphärische Treibhausgase läge die mittlere Temperatur des unseres Planeten bei minus 18 Grad Celsius. Die präindustriellen Treibhausgaskonzentrationen schwankten während der letzten 400.000 Jahre zwischen 280 ppm (parts per million) in den Warm- oder Interglazialzeiten und 180 ppm in den Kalt- oder Glazialzeiten bei mittleren globalen Temperaturen zwischen 15 und 12 Grad Celcius. Der heutige atmosphärische CO2-Gehalt beträgt 370 ppm und steigt stark an, die damit verbundene derzeitige globale Erwärmung liegt bei etwa 0,7 Grad Celsius in den letzten 130 Jahren.
Im jüngsten geologischen Analog einer wärmeren Welt, der pliozänen Warmzeit vor etwa drei Millionen Jahren, lag die mittlere Temperatur des Planeten Erde um etwa zwei bis drei Grad Celcius höher als heute und die atmosphärische CO2-Konzentration betrug 400 bis 500 ppm. Damals war diese ozeanische „Süsswasserkappe“ im subarktischen Nord-Pazifik nicht vorhanden und im Südpolarmeer stark reduziert und unser Planet hatte kein Eis auf der Nordhemisphäre, auch nicht auf Grönland, mit dem Ergebnis eines sechs Meter höheren Meeresspiegels. Bei der derzeitigen anthropogenen Emission von Treibhausgasen wie CO2 ist es wahrscheinlich, dass ein solches Szenario einer eisfreien Nordhemisphäre in diesem Jahrhundert angestoßen oder realisiert wird.
(GeoForschungsZentrum Potsdam, ETH Zürich, 13.05.2005 – NPO)
