Detaillierter Rückblick: Zum ersten Mal haben Forscher die Klimageschichte der Erde bis zurück zum Untergang der Dinosaurier lückenlos und im Detail rekonstruiert. Die neue Referenzkurve enthüllt, dass unser Planet in den letzten 66 Millionen Jahren vier große Phasen durchlaufen hat – Treibhaus, Warmzeit, „Kühlhaus“ und Eiszeit. Die Daten verraten auch, was diese Phasen prägte und wo das heutige Klima einzuordnen ist, so die Wissenschaftler in „Science“.
Das Erdklima ist alles andere als gleichförmig: Im Lauf der Erdgeschichte hat unser Planet immer wieder Wechsel von Kalt- und Warmzeiten durchlaufen. Triebkräfte dieses natürlichen Auf- und Ab sind Schwankungen der Erdbahn und der Sonneneinstrahlung, aber auch geologische Faktoren wie große Vulkanausbrüche oder die Wanderung der Kontinente. Die genaue Kenntnis der Klimageschichte und ihrer Einflussfaktoren ist für die Einordnung der aktuellen Klimaveränderungen von entscheidender Bedeutung.
Lücken in der Klimakurve
Doch bisher war der Blick in die Klimavergangenheit unvollständig: Es gab zwar eine Referenzkurve aus dem Jahr 2001, ihre detaillierten Daten reichten aber nur rund 34 Millionen Jahre zurück. Sie stammen zum großen Teil von Bohrkernen aus dem Meeresgrund, in denen Mikrofossilien und Isotopenwerte Aufschluss über die Bedingungen der Vergangenheit geben. Diese Bohrkerndaten reichten aber bisher selten weiter zurück oder wiesen größere Lücke auf.
Deshalb war für die Zeit vor mehr als 34 Millionen Jahren nur die grobe Klimaentwicklung bekannt, was die Erkennung natürlicher Zyklen und ihrer Einflussfaktoren erschwerte. „Wir konnten die langfristigen Veränderungen gut erkennen und wussten auch, dass es noch feinere rhythmische Variationen durch die Schwankungen des Erdorbits geben muss“, erklärt Seniorautor James Zachos von der University of California in Santa Cruz. „Aber lange Zeit galt es als nahezu unmöglich, dieses detailliertere Signal zu identifizieren.“
Detaillierte Klimadaten aus 66 Millionen Jahren
Das hat sich nun geändert. Ein internationales Team um Zachos und Erstautor Thomas Westerhold vom MARUM Zentrum für marine Umweltwissenschaften in Bremen hat neue Bohrkerndaten der letzten 20 Jahre ausgewertet und daraus eine neue Referenzkurve erstellt. Die CENOGRID genannte Klimareferenzkurve liefert erstmals einen detaillierten Einblick in die Klimaentwicklung der gesamten letzten 66 Millionen Jahre – der Zeit seit dem Aussterben der Dinosaurier und dem Beginn der Erdneuzeit.
„Unser Ziel war es, für alle Forschenden weltweit eine Referenzkurve des Erdklimas zu erstellen, die nicht nur die höchstaufgelösten Daten aus 66 Millionen Jahren vereint, sondern auch zeitlich deutlich präziser ist“, erklärt Westerhold. „Wir wissen nun genauer, wann es wärmer oder kälter auf dem Planeten war und welche Dynamik dem zugrunde liegt.“ Zusätzlich beleuchtet die neue Referenzkurve auch regionale Effekte. Sie kann damit Forschenden weltweit künftig als Grundlage dienen, um ihre Daten sehr präzise in die Klimageschichte einzuordnen.
Vier Phasen – vom „Hothouse“ zur Eiszeit
Und auch ganz konkrete Einblicke gibt die neue Kurve: „Wir können zeigen, dass es vier dominierende Klimazustände in der Erdneuzeit gab – Hothouse, Warmhouse, Coolhouse und Icehouse“, erklärt Koautor Norbert Marwan vom Potsdam Institut für Klimafolgenforschung (PIK). Diese Phasen seien dadurch charakterisiert, dass das dynamische Klimasystem für jeweils längere Zeit in diesen Zuständen „gefangen“ blieb.
Das erste „Warmhaus“ begann direkt nach dem Ende der Kreidezeit vor rund 66 Millionen Jahren. Darauf folgte vor rund 56 Millionen Jahren eine Heißzeit in Form des sogenannten Paläozän/Eozän-Temperaturmaximums (PETM). Vor 47 Millionen Jahren endete dieses und es schloss sich erneut eine Warmzeit an. Seither hat das irdischen Klima sich allmählich abgekühlt, wie die Forscher berichten. Vor rund 34 Millionen Jahren ging es in die „Kühlhaus“-Phase über, vor 2,5 Millionen Jahren begann dann das Eiszeitalter.
„In groben Zügen ist diese Einteilung schon länger bekannt, aber erst mit der Datenanalyse ist es uns gelungen, die fundamentalen Zustände statistisch präzise nachzuweisen und ihre charakteristischen Dynamiken offenzulegen“, erläutert Marwan.
Kontext für den aktuellen Klimawandel
Damit ist die neue Referenzkurve auch für die Einordnung des aktuellen Klimawandels von Bedeutung. Denn der Vergleich der heutigen Veränderungen mit denen der Vergangenheit macht es unter anderem leichter, natürliche von anthropogenen Effekten abzugrenzen. „Wir wissen, dass die Erde auch schon früher warme Klimaphasen durchlebt hat, aber diese wurden durch extreme Ereignisse hervorgerufen und unterschieden sich radikal von unserer modernen Welt“, sagt Koautorin Anna Joy Drury vom University College London.
„Das von CENOGRID eröffnete Fenster in die Vergangenheit liefert uns nun den Kontext für die anthropogenen Veränderungen und zeigt gleichzeitig, wie außergewöhnlich das aktuelle Geschehen ist“, so Drury weiter. (Science, 2020; doi: 10.1126/science.aba6853)
Quelle: MARUM, University of California Santa Cruz, University College London
