KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Fossilien erlauben Einblick in Entstehung einzigartiger antarktischer Ökosysteme

Mittwoch 24. April 2013 von birdfish

Der Südozean rund um die Antarktis ist ein „Global Player“: Sein eng an die Bildung von Meereis gekoppeltes Plankton-Ökosystem steht an der Basis der marinen Nahrungsnetze und beeinflusst den globalen Kohlenstoff-Kreislauf.

DinoflagellatFossile Reste eines Dinoflagellaten (Alge) Foto: Alexander Houben

Seine Entstehung fällt mit der Vereisung der Antarktis vor 33,6 Millionen Jahren zusammen. Dies hat jetzt ein internationales Team mit Wissenschaftlern der Goethe-Universität Frankfurt und des Biodiversität und Klima Forschungszentrums (BiK-F) ermittelt. Eine in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichte Studie zeigt, dass wohl erst die Entstehung dieses Meereis-Ökosystems die Evolution der heutigen Bartenwale und Pinguine ermöglichte.

Die Wissenschaftler analysierten Sedimentproben aus Bohrkernen vom Meeresgrund, die 2010 im Rahmen des Integrated Ocean Drilling Program (IODP) vor der Küste der Antarktis gewonnen wurden. Diese reichen bis zu einen Kilometer unter den Meeresboden und erlauben völlig neue Einblicke in längst vergangene Zeiten. Eine im Sommer 2012 veröffentlichte, auf Ergebnissen dieser Bohrungen basierende Studie zeigte, dass vor 53 Millionen Jahren subtropische Verhältnisse in der Antarktis geherrscht haben, die das Wachstum von Palmen ermöglichten. In den folgenden 20 Millionen Jahren kühlte das Klima kontinuierlich ab. Die jetzt erschienene Studie fokussiert auf den Zeitpunkt vor ca. 33,6 Millionen Jahren, als sich infolge der globalen Abkühlung innerhalb kurzer Zeit ein gewaltiger Eisschild über die Antarktis ausbreitete. Durch ihn änderten sich die Lebensbedingungen und damit die Ökosysteme auf dem antarktischen Kontinent und im angrenzenden Südozean radikal.

Winzige Zeitzeugen: Dinoflagellaten

Während die meisten Algen, aus denen das Plankton der Ozeane hauptsächlich besteht, keinerlei Rückstände in den Sedimenten der Bohrkerne hinterlassen, überdauern die Überreste von Dinoflagellaten, einer Algengruppe aus fossil erhaltungsfähiger organischer Substanz, Jahrmillionen. Die Wissenschaftler konnten so anhand fossiler Spuren dieser einzelligen Organismen in den antarktischen Sedimentkernen die Umwälzung der Plankton-Ökosysteme vor ca. 33,6 Millionen Jahren eindeutig rekonstruieren. Für die Zeit, als die Antarktis komplett eisfrei war, fanden die Forscher eine Vielzahl von Dinoflagellatenarten, die für warme Klimate typisch sind. Zeitgleich mit dem Entstehen des antarktischen Eisschilds brach diese Vielfalt plötzlich zusammen; von nun an kamen nur noch Arten vor, die an die zeitweilige Eisbedeckung des Ozeans angepasst und auch heute für antarktische Gewässer typisch sind. Sie stehen nur saisonal, nämlich kurz nach der Eisschmelze im Frühjahr und Sommer, als Nahrungsquelle für die Lebewesen zur Verfügung, die weiter oben in der Nahrungskette stehen.

Neue Arten dank Nahrungsknappheit

Die Gewässer rund um die Antarktis spielen eine Schlüsselrolle im globalen Nahrungsnetz der Ozeane. Wenn im antarktischen Sommer das Meereis schmilzt, treten starke Algenblüten auf. Diese sind die Nahrungsgrundlage für kleine Einzeller, aber auch für größere Organismen. „Der plötzliche, klimabedingte Umbruch der Dinoflagellaten-Vergesellschaftungen steht eindeutig für eine Umbildung des gesamten Plankton-Ökosystems rund um die Antarktis“, so Prof. Jörg Pross, Paläoklimatologe an der Goethe-Universität Frankfurt und Mitglied des Biodiversität und Klima-Forschungszentrums (BiK-F). Er erläutert weiter: „Die Häufigkeits-Explosion derjenigen Dinoflagellaten, die an eine zumindest zeitweise Eisbedeckung adaptiert sind, hatte zur Folge, dass sich das gesamte Nahrungsnetz im Südozean neu organisieren musste.“ Organismen, die in der Nahrungspyramide des Ozeans weiter oben angesiedelt sind, mussten sich dahingehend umstellen, dass sie nur noch für wenige Monate im Jahr ein üppiges Nahrungsangebot vorfanden. Jörg Pross resümiert: „Unsere Daten deuten darauf hin, dass diese Umstellung einen Entwicklungsschub für die Bartenwale und Pinguine bewirkte, wie wir sie heute kennen“. Damit unterstreichen die Ergebnisse der neuen Studie, dass Zeiten starken Klimawandels oft mit besonders rascher biologischer Evolution einhergehen.

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Vision für das Klima: Paläoklimaforscher plädiert für Kohlendioxid-Recycling

Mittwoch 20. März 2013 von birdfish

Frank Sirocko zeigt in “Geschichte des Klimas”, wie aus der Vergangenheit gelernt und Visionen für die Zukunft entwickelt werden können.

Vulkane
Welche Rolle speilten Vulkane in der Klimageschichte? – Foto: Ulla Trampert / Pixelio

Der Energiebedarf von Industrienationen auf der einen Seite und die Notwendigkeit, die globale Erwärmung zu begrenzen, auf der anderen Seite stellen die Menschheit vor große Herausforderungen. Professor Dr. Frank Sirocko, einer der führenden Paläoklimaforscher in Deutschland, plädiert dafür, die fossilen Energieträger und die Treibhausgase als Teile des gleichen Kreislaufs zu betrachten und als Ausweg aus dem Klimadilemma einen nachhaltigen, geschlossenen Kohlendioxid-Methan-Kreislauf einzurichten. Dabei soll Kohlendioxid, das maßgeblich für die globale Erwärmung verantwortlich ist, durch sogenannte Sequestration wieder der Atmosphäre entzogen werden. Es müsste dann mithilfe von Sonnenergie zum Beispiel in den südeuropäischen Mittelmeerländern zu Methan reduziert und in dieser Form wieder nach Nordeuropa transportiert werden. „Ich persönlich bin überzeugt, dass man irgendwann in Bezug auf das Treibhausgas Kohlendioxid vollständig umdenken wird und das atmosphärische CO2 nicht mehr als Problemstoff sieht, sondern als Lagerstätte“, schreibt Sirocko in seinem neuen Buch „Geschichte des Klimas“.

In dem Buch erläutert Sirocko, Professor am Institut für Geowissenschaften der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), auf knapp 200 Seiten die wichtigsten Prozesse im Klimasystem und zeigt die Entwicklung des Erdklimas über Millionen von Jahren auf. Die Bedeutung der Atmosphäre und der Meeresströmungen wird genauso behandelt wie die Rolle, die Vulkane oder schmelzende Polkappen im Klimageschehen spielen. Der Rückblick auf die Erdgeschichte ist nach Auffassung des Klimaforschers unerlässlich, um zu beurteilen, was uns in Zukunft erwartet.

„Die Vergangenheit lehrt uns, dass Klimaänderungen eine der größten Bedrohungen für die Menschheit waren“, schreibt der Wissenschaftler. Als Beispiel führt er das 14. Jahrhundert an, als kalte verregnete Sommer zu Hunger, gesellschaftlicher Krise und in der Folge zu Seuchen geführt haben. „Hunger am Anfang des Jahrhunderts und die Pest haben die Zeit von 1300 bis 1350 zu einer der dunkelsten Zeiten der europäischen Geschichte gemacht.“

Heute stehen wir vor der globalen Herausforderung, die Erwärmung der Erdatmosphäre einzudämmen und den Energiebedarf möglichst klimaneutral abzusichern, wobei Erdöl in naher Zukunft knapp wird und auch Erdgas keine dauerhafte Alternative ist. „Viele Menschen“, so Sirocko, „blicken heute ratlos in die Energiezukunft und fühlen sich vom Klimawandel bedroht.“ Seine Vision für die Zukunft ist daher eine gemeinsame Antwort auf die Klima- und die Energiefrage. Mittlerweile seien erfolgreiche Verfahren entwickelt worden, um das CO2 aus der Atmosphäre wieder zu entziehen, die sogenannte Sequestration. Leider würde in diesem Zusammenhang immer nur eine Endlagerung des flüssigen CO2 diskutiert.

Man könnte dieses Kohlendioxid aber auch wieder zu Methan reduzieren, wozu grundsätzlich Energie notwendig wäre. Global betrachtet stünde hierfür mehr als genügend Sonnenergie zur Verfügung, da die auf die Erdoberfläche eingestrahlte Sonnenenergie weitaus größer sei als alle vom Menschen benötigte Energie. „Prinzipiell und global gesehen ist Energie also gar nicht knapp; man muss sie nur kontrolliert aus Südeuropa nach Nordeuropa transportieren.“ Irgendwann werde man in den Regionen starker Sonneneinstrahlung das CO2 aus der Atmosphäre sequestrieren, es dort in Thermiekraftwerken zu CH4 reduzieren und dieses Methan dann über Pipelines in die Industriestaaten transportieren, wo es erneut verbrannt werden kann. Ein solcher Kreislauf sei dann in sich geschlossen und könne nachhaltig so lange betrieben werden, wie die Sonne ihre Energie abstrahlt. Wichtig sei nur, dass man diesen Kreislauf implementiert, bevor das CO2 in der Atmosphäre bedrohliche Konzentrationen erreicht hat. „Wir müssen also heute beginnen, wenn wir morgen eine Zukunft haben wollen“, schreibt Sirocko in „Geschichte des Klimas“.

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Wetter-Extreme: Neuer Mechanismus entdeckt – die Störung riesiger Wellen in Atmosphäre

Dienstag 26. Februar 2013 von birdfish

Eine ganze Reihe regionaler Wetter-Extreme hat in jüngster Zeit die Welt erschüttert – etwa die Hitzewelle in den USA 2011 oder jene in Russland 2010, als auch Pakistan überschwemmt wurde.

WindfeldMeridionales Windfeld über vier verschiedene Zeiträume

Hinter diesen verheerenden Einzelereignissen gibt es eine gemeinsame physikalische Ursache, wie jetzt erstmals Wissenschaftler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) aufzeigen. Ihre Studie wird diese Woche in der US-Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht. Das Ergebnis: Der vom Menschen verursachte Klimawandel stört wiederholt die Muster der Luftbewegungen rund um die nördliche Erdhalbkugel, und zwar wahrscheinlich durch einen raffinierten Resonanz-Mechanismus.
Wetter-Extreme: Neuer Mechanismus entdeckt – die Störung riesiger Wellen in der Atmosphäre

Meridionales Windfeld über vier verschiedene Zeiträume.

„Ein wichtiger Teil der globalen Luftströme in den mittleren Breiten der Erde hat normalerweise die Form von großen Wellen, die um den Planeten wandern und dabei zwischen den Tropen und der Arktis oszillieren“, erklärt der Leit-Autor Vladimir Petoukhov. „Wenn sie hinauf schwingen, so saugen diese Wellen warme Luft aus den Tropen nach Europa, Russland oder die USA; und wenn sie hinab schwingen, tun sie das Gleiche mit kalter Luft aus der Arktis.“

„Wir haben nun entdeckt, dass während mehrerer Wetter-Extreme in den letzten Jahren diese planetarischen Wellen gleichsam wie eingefroren waren, sie blieben wochenlang fast unverändert“, so Petoukhov. „Statt dass sie kühle Luft bringen, nachdem sie zuvor warme Luft gebracht haben, bleibt einfach die Wärme. Wir beobachten eine zunehmende Verlangsamung  – eben durch die heftige Verstärkung der normalerweise schwachen sich langsam bewegenden Anteile dieser Wellen.“ Hierbei kommt es auf die Dauer an: Zwei oder drei Tage mit 30 Grad Celsius sind kein Problem, zwanzig Tage oder mehr aber führen zu extremem Hitzestress. Weil viele Ökosysteme und Städte hieran nicht angepasst sind, können ausgedehnte Hitzeperioden zu vermehrten Todesfällen, Waldbränden und Missernten führen.

Globale Erwärmung beeinflusst die Luftströme

Klimawandel, verursacht durch die Nutzung fossiler Brennstoffe und die dabei entstehenden Treibhausgase, bedeutet keine gleichmäßige globale Erwärmung. In der Arktis ist die relative Erhöhung der Temperaturen, verstärkt durch die Verringerung von Eis und Schnee, größer als im weltweiten Durchschnitt. Dies reduziert den Temperatur-Unterschied zwischen der Arktis und zum Beispiel Europa – Temperatur-Unterschiede aber sind ein wesentlicher Treiber für Luftströme. Außerdem ist die Erwärmung und Abkühlung der Kontinente stärker als jene der Ozeane. „Diese zwei Faktoren sind entscheidend für den von uns entdeckten Mechanismus“, sagt Petoukhov. „Sie führen zu einem unnatürlichen Muster in den Luftbewegungen der mittleren Breiten der Erde, so dass die langsamen synoptischen Wellen wie gefangen sind.“

Die Autoren haben Gleichungen entwickelt, welche diese Wellenbewegungen in der Atmosphäre beschreiben – und zeigen, unter welchen Bedingungen diese Wellen sich sehr stark verlangsamen und aufschaukeln. Die Wissenschaftler haben ihre Annahmen getestet an Standard-Sets von täglichen Wetterdaten der US National Centers for Environmental Prediction (NCEP). Tatsächlich konnte beobachtet werden, dass während der Wetter-Extreme der vergangenen Jahre besondere planetarische Wellen – etwa „Welle Sieben“, die rund um die Erde sieben Täler und Gipfel hat – zum Stillstand kamen und sich verstärkten. Die Daten zeigen eine Zunahme solcher spezieller atmosphärischer Muster, und zwar mit einer statistischen Verlässlichkeit von 90 Prozent.

Die Wahrscheinlichkeit von Extremen wächst – Grund sind aber mehrere Faktoren

„Unsere dynamische Analyse hilft, die wachsende Zahl von neuartigen Wetter-Extremen zu erklären“, sagt Hans Joachim Schellnhuber, Direktor des PIK und Ko-Autor der Studie. „Das ist ein ziemlicher Durchbruch, auch wenn die Dinge keineswegs einfach sind – die von uns dargelegten physikalischen Prozesse erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Wetter-Extremen, aber selbstverständlich spielen mehrere weitere Faktoren eine Rolle, einschließlich natürlicher Schwankungen.“ Außerdem bietet der Zeitraum von 32 Jahren, der in dem Projekt untersucht wurde, zwar gute Hinweise auf den Mechanismus hinter den Extremen, ist aber zu kurz für abschließende Folgerungen.

Dennoch bringt die Studie einen deutlichen Fortschritt im Verständnis der Beziehungen zwischen Wetter-Extremen und dem vom Menschen verursachten Klimawandel. Die Wissenschaftler waren überrascht, wie weit jenseits des bislang Gekannten einige der jüngsten heftigen Wetter-Extreme lagen. Die neuen Daten zeigen, dass das Entstehen außerordentlicher Wetter-Ereignisse nicht einfach eine lineare Antwort auf den allgemeinen Trend der Erwärmung ist – und der jetzt aufgezeigte Mechanismus könnte das erklären.

Originalpublikation:
Petoukhov, V., Rahmstorf, S., Petri, S., Schellnhuber, H. J. (2013): Quasi-resonant amplification of planetary waves and recent Northern Hemisphere weather extremes. Proceedings of the National Academy of Sciences (Early Edition) [doi:10.1073/pnas.1222000110]

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Klimawandel: kalkbildende Einzeller sind Profiteure der steigenden Temperaturen

Mittwoch 13. Februar 2013 von birdfish

Das Klima wird wärmer und der Meeresspiegel steigt – eine Bedrohung für Inselstaaten.

SternchensandeSternchensande: Foraminiferensande vom Großen Barrier-Riff – Foto: Martin Langer / Uni Bonn

Wie Forscher unter Federführung der Universität Bonn herausgefunden haben, breiten sich gleichzeitig winzige einzellige Organismen in den Weltmeeren rasant aus, die die Folgen des Klimawandels mildern können: Mit ihren Kalkschalen stabilisieren die zu den Foraminiferen gehörenden Amphisteginen Küsten und Riffe. Die Ergebnisse sind in der internationalen Online-Fachzeitschrift „PLOS ONE“ erschienen.

Manche sehen aus wie kleine Sternchen, andere ähneln löchrigem Käse, wieder andere erinnern an winzige Muscheln: Die zu den Foraminiferen zählenden Amphisteginen sind extrem häufig und außerordentlich formenreich. Die meisten der rund 10.000 Foraminiferenarten leben auf dem Meeresboden in den Tropen und Subtropen, sind von einer Kalkschale umgeben und werden nicht einmal so groß wie ein Sandkorn. Trotzdem sind die Winzlinge zu enormen Leistungen fähig: „Foraminiferen sind Ökosystem-Ingenieure“, sagt Prof. Dr. Martin Langer vom Steinmann-Institut für Geologie, Mineralogie und Paläontologie der Universität Bonn. „Die Einzeller produzieren pro Jahr mit ihren Schalen bis zu zwei Kilogramm Kalk pro Quadratmeter Meeresboden und sind, nach den Korallen, die wichtigsten Sedimentproduzenten in tropischen Riffregionen.“

Rund 9.000 Kilometer entlang der Küste

Die Wissenschaftler der Universität Bonn untersuchten mit ihren Kollegen des Zoologischen Forschungsmuseums Alexander Koenig, der Universität Trier und der Woods Hole Oceanographic Institution (USA) die Verbreitung der winzigen Einzeller. Prof. Langer erfasste in den letzten Jahren die Verbreitung der Amphisteginen entlang der rund 9.000 Kilometer langen Küstenlinie vor Somalia, Kenia, Tansania, Mosambik, Südafrika, Namibia und Angola. „Das Vorkommen der Amphisteginen hängt entscheidend von der Temperatur sowie dem Salz- und Nährstoffgehalt der Ozeane ab“, sagt der Mikropaläontologe. So brauchen die Einzeller Wassertemperaturen von mindestens 14 Grad Celsius.

Bis 2100 breiten sich die Einzeller fast 300 Kilometer polwärts aus

Mit den Daten aus den Geländeuntersuchungen entwickelten die Forscher ein Artverbreitungsmodell, das berechnet, wo die Amphisteginen unter bestimmten Umweltbedingungen vorkommen. Mithilfe von Klimamodellen prognostizierten die Wissenschaftler anschließend die künftige Verbreitung der kalkschaligen Einzeller. „Die Amphisteginen zählen zu den Profiteuren der steigenden Temperaturen durch den Klimawandel“, fasst Prof. Langer zusammen. Bis zum Jahr 2050 breiten sich die Kalk-Einzeller durch die erwärmten Ozeane nach den Modellen um 180 Kilometer polwärts aus – das entspricht etwa 1,6 Breitengrade. Bis zum Jahr 2100 erhöht sich die durchschnittliche Temperatur in den Ozeanen vorsichtig geschätzt um rund 2,5 Grad Celsius. Dementsprechend dringen die Amphisteginen fast 300 Kilometer – rund 2,5 Breitengrade – weiter in Richtung der Pole vor.

Versauerung der Meere: „Survival of the Fittest“

„Unsere Modelle prognostizieren Ausbreitungsgeschwindigkeiten von bis zu acht Kilometer pro Jahr“, sagt die Doktorandin Anna Weinmann vom Steinmann-Institut der Universität Bonn. Korallen können ähnlich rasant in neue Bereiche vordringen. Allerdings macht ihnen die mit dem höheren Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre einhergehende Ozeanversauerung zu schaffen. Das Skelett der Korallen besteht aus Aragonit und ist damit viel säureempfindlicher als die Kalzitschale der Foraminiferen. „Amphisteginen und andere Foraminiferen übernehmen zunehmend die Kalkproduktion der Korallen und besetzen deren ökologische Nische. Ein Rollentausch vollzieht sich“, berichtet Prof. Langer.

Kalkproduzenten stabilisieren die Küsten und Riffe

Auf diese Weise werden in Zukunft Massenvorkommen von Foraminiferen den tropischen Meeresgrund prägen. Dafür gibt es auch zahlreiche Belege aus der Vergangenheit, zumal die Kalk-Einzeller die Ozeane bereits seit rund 600 Millionen Jahren besiedeln. „Der Fossilbericht zeigt: Immer wenn in der Erdgeschichte der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre erheblich höher und die Ozeane deutlich wärmer waren, sind Foraminiferen die häufigsten Kalkproduzenten in den Riffen gewesen“, sagt der Mikropaläontologe. Die winzigen Kalk-Einzeller können damit absehbar auch einen Teil der Schäden durch den Klimawandel wieder wettmachen. Bereits heute klagen Inselstaaten über den ansteigenden Meeresspiegel und zunehmende Schäden an ihren Küsten. Prof. Langer: „Amphisteginen und andere Foraminiferen werden sich in den nächsten Jahrzehnten rasch ausbreiten und die Küsten und Riffe durch ihre hohe Kalkproduktion stabilisieren.“

Originalpublikation:

Climate-Driven Range Extension of Amphistegina (Protista, Foraminiferida): Models of Current and Predicted Future Ranges, PLOS ONE, DOI: 10.1371/journal.pone.0054443

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Neue Eiskern-Studie: Grönlands Eisschild schrumpfte während Warmzeit nur minimal

Freitag 25. Januar 2013 von birdfish

Einem internationalen Forscherteam ist es zum ersten Mal gelungen, die Schichtung des grönländischen Eisschildes aus der zurückliegenden Eem-Warmzeit (130 000 bis 115 000 Jahre vor heute) vollständig zu rekonstruieren.

NEEM-Bohrcamp NEEM-Bohrcamp auf grönländischem Inlandeis – Foto: Lars Moeller / AWI

Mithilfe dieser Eisdaten können die Wissenschaftler jetzt sagen, wie warm es damals in Grönland wurde und wie der Eispanzer auf die Klimaveränderungen reagierte. Das überraschende Fazit ihrer Studie, die heute im Fachmagazin Nature erscheint: Bei Lufttemperaturen, die bis zu acht Grad Celsius höher waren als im 21. Jahrhundert, schrumpften die Eismassen im Vergleich zu heute weitaus weniger als vermutet. Der grönländische Eisschild hatte demzufolge auch einen viel kleineren Anteil am damaligen Anstieg des Meeresspiegels als bisher angenommen. Sollte der aktuelle Temperaturanstieg in Grönland anhalten, gelten die Reaktionen des Eisschildes im Zuge der Eem-Warmzeit als ein mögliches Zukunftsszenario für die Eismassen der Insel.

In einer grönländischen Sage heißt es, Erik, der Wikinger sei bei seinem ersten Landgang auf der Insel so beeindruckt gewesen von der fruchtbaren Fjordlandschaft, dass er dem Eiland den Namen „Grönland“ (übersetzt „grünes Land“) gab. Je nachdem, wie weit der Wikinger im Jahr 982 jedoch in das Landesinnere vorgestoßen sein mag, dürfte er auch die Ausläufer des grönländisches Eispanzers entdeckt haben. Denn wie ein internationales Forscherteam nun herausgefunden hat, war Grönland weder zu Eriks Lebzeiten noch rund 125.000 Jahre früher, zum Höhepunkt der zurückliegenden Eem-Warmzeit, eisfrei. Im Gegenteil: Der Eispanzer hatte seit dem Hochstand der dem Eem vorangegangenen Kaltzeit etwa 400 Meter an Mächtigkeit verloren und war am Ende der Wärmeperiode vor 130.000 bis 115.000 Jahren etwa 130 Meter niedriger als heute. Sein Volumen war im gleichen Zeitraum um maximal ein Viertel geschrumpft.

Zu diesem Ergebnis kommen die Wissenschaftler aus 14 Nationen, nachdem sie den unteren Teil eines 2540 Meter langen Eisbohrkernes aus Nordgrönland untersucht haben und erstmals seine in der Tiefe durcheinandergebrachte Schichtung rekonstruieren konnten. „Wir wussten, dass das Eis aus einer Tiefe von 2200 bis 2450 Meter aus der Eem-Warmzeit stammte. Die Herausforderung war jedoch, in diesem Eis ‚zu lesen’. Denn im Gegensatz zu dem darüber liegenden jüngeren Eiszeit-Eis, dessen einzelne Jahresschichten wie Tortenböden übereinanderliegen, hatten sich die einzelnen Schichten des Eem-Eises und die Schichten aus dem Übergang in die letzte Eiszeit wie eine zusammengeschobene Tischdecke mit aufliegender Serviette ineinander gefaltet“, erzählt die am Projekt beteiligte Expertin für Eisdeformation und Mikrostrukturen Dr. Ilka Weikusat vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.

Um Ordnung und somit eine zeitliche Abfolge in dieses Schichtchaos zu bringen, haben die Wissenschaftler den grönländischen Eispanzer mit Radiowellen vermessen, die physikalischen Eigenschaften des Eiskerns untersucht, die Wasser- und Sauerstoff-Isotopenzahl bestimmt, überprüft, wie viel Methan die im Eis eingeschlossene Luft enthielt und all diese Werte am Ende mit Eem-Daten aus der Antarktis und anderen Orten der Welt verglichen. Im Anschluss daran konnten sie dann ihre eigentlichen Fragen nach den Temperatur- und Eisbedingungen auf Grönland während der Eem-Warmzeit beantworten.

„Unsere Daten zeigen, dass es während der Eem-Warmzeit in Nordgrönland bis zu acht Grad Celsius wärmer war als heute“, sagt Projektleiterin Prof. Dorthe Dahl-Jensen von der Universität Kopenhagen. Dass der grönländische Eispanzer auf diesen Temperaturanstieg nicht so empfindlich reagiert habe, wie bisher gedacht, sei die gute Nachricht der Studie.
Eine schlechte Nachricht gibt es allerdings auch: „Wenn der grönländische Eisschild damals nicht vollständig verschwunden ist, bedeutet dies im Umkehrschluss, dass die Eismassen der Antarktis hauptverantwortlich dafür waren, dass der Meeresspiegel während des Eems vier bis acht Meter höher war als heute“, sagt Dorthe Dahl-Jensen.

Und noch etwas gibt der Projektleiterin zu denken: Während der Eem-Warmzeit ist der Schnee an der Gletscheroberfläche immer wieder erheblich geschmolzen und das Schmelzwasser in die darunterliegenden Schneeschichten gesickert. Dafür sprechen Schichten aus wiedergefrorenem Schmelzwasser, welche die Forscher im Eiskern gefunden haben.

Ein ähnlich großes Schmelzereignis hatten Dorthe Dahl-Jensen und ihr NEEM-Team (NEEM = North Greenland Eemian Ice Drilling Project) bei ihren letzten Bohrungen im Sommer des vergangenen Jahres beobachtet. „Die warmen Oberflächentemperaturen des Sommers 2012 haben uns wirklich überrascht. Es hat geregnet und wie damals im Eem ist das Schmelzwasser versickert und in der Tiefe wieder gefroren“, erzählt Dorthe Dahl-Jensen. Ihrer Meinung nach war der vergangene Sommer ein Extremereignis. Dennoch steige mit der vorhergesagten Erwärmung Grönlands die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein solches Ereignis in den kommenden 50 bis 100 Jahren wiederhole und das Klima eem-ähnliche Züge annähme.

Die neu gewonnenen Eis- und Temperaturdaten für Grönland sollen jetzt in Klimamodelle einfließen und deren Vorhersagegenauigkeit weiter verbessern. „Diese neuen Erkenntnisse sind wirklich aufregend. Sie widerlegen nicht nur alle Schreckensszenarien, denen zufolge der grönländische Eispanzer im Zuge einer Warmzeit im Nu verschwindet. Sie bestätigen zudem Modellrechnungen, die schon vor über einem Jahrzehnt am Alfred-Wegener-Institut gemacht wurden“, sagt Prof. Heinrich Miller, Mitautor der Studie und Helmholtz-Professor für Glaziologie am Alfred-Wegener-Institut.

Beteiligung von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Institutes
Experten des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), waren in allen Abschnitten des NEEM-Projektes beteiligt. Sie haben an den geophysikalischen und glaziologischen Vorerkundungen der Bohrstelle mitgewirkt, haben mit den Forschungsflugzeugen POLAR 5 und 6 logistische Unterstützung auf Grönland geleistet, die Bohrtechnik mitentwickelt sowie beim Bohren und der ersten Verarbeitung der Eisbohrkerne geholfen. Anschließend war ihre Expertise bei den Staub- und Aerosolmessungen sowie bei der Isotopenanalyse gefragt. Im grönländischen Bohrcamp sowie im AWI-Eislabor in Bremerhaven haben AWI-Glaziologen zudem die physikalischen Eigenschaften des Bohrkernes untersucht und ausgewertet.

Das NEEM-Projekt

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NEEM-Projekt

Freitag 25. Januar 2013 von birdfish

Das North Greenland Eemian Ice Drilling Project (NEEM) ist ein internationales Eiskern-Forschungsprojekt, an dem Wissenschaftler aus 14 Nationen mitarbeiten.

NEEM-Bohrcamp NEEM-Bohrcamp auf grönländischem Inlandeis – Foto: Lars Moeller / AWI

Ziel dieses Projektes war es, in Nord-West-Grönland (Camp-Koordinaten: 77.45° N 51.06 °W) so tief in das grönländische Inlandeis zu bohren, dass Eisschichten aus der letzten Warmzeit, dem Eem, erreicht werden. In gerade einmal zwei Sommern gelang es dem Forscherteam, mit ihrem Eiskernbohrer bis in eine Tiefe von 2500 Meter – also bis zur Unterseite des Eispanzers – vorzustoßen. Dabei bargen sie die ersten vollständigen Proben von Eis, das sich in der letzten zurückliegenden Warmzeit, dem Eem, gebildet hatte. Es enthält Informationen über die damalige Durchschnittstemperatur, die Niederschlagsmenge und den Gehalt von Treibhausgasen in der Atmosphäre. Diese Daten sollen helfen, die gegenwärtigen und zukünftigen Klimaentwicklungen zu verstehen und bessere Vorhersagen treffen zu können.

Experten des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), waren in allen Abschnitten des NEEM-Projektes beteiligt. Sie haben an den geophysikalischen und glaziologischen Vorerkundungen der Bohrstelle mitgewirkt, haben mit den Forschungsflugzeugen POLAR 5 und 6 logistische Unterstützung auf Grönland geleistet, die Bohrtechnik mitentwickelt sowie beim Bohren und der ersten Verarbeitung der Eisbohrkerne geholfen. Anschließend war ihre Expertise bei den Staub- und Aerosolmessungen sowie bei der Isotopenanalyse gefragt. Im grönländischen Bohrcamp sowie im AWI-Eislabor in Bremerhaven haben AWI-Glaziologen zudem die physikalischen Eigenschaften des Bohrkernes untersucht und ausgewertet.

Website des NEEM-Projektes

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Vier-Grad-Dossier für Weltbank: Unplanbare Risiken einer Zukunft ohne Klimaschutz

Freitag 23. November 2012 von birdfish

Die Treibhausgas-Emissionen der Menschheit brechen jedes Jahr neue Rekorde.

Klimafolge: Überschwemmungen in Entwicklungsländern
Klimafolge: Überschwemmungen in Entwicklungsländern – Foto: D. Ott – Fotolia.com

Daher befinden wir uns auf einem Kurs, der schon bis zum Ende des Jahrhunderts zu einer Erderwärmung von vier Grad Celsius führen dürfte. Und somit in eine Welt mit Risiken außerhalb der Erfahrung unserer Zivilisation. Dazu zählen Hitzewellen, besonders in den Tropen, ein Hunderte Millionen Menschen betreffender Anstieg des Meeresspiegels, und Missernten, welche die globale Ernährungssicherheit gefährden – das zeigt ein für die Weltbank erstellter Report des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) und von Climate Analytics aus Berlin.
Betroffen seien vor allem die Armen dieser Welt, für die Entwicklung ohne Klimaschutz nach Lage der Fakten kaum möglich sei.

„Die planetarische Maschinerie neigt zu Bocksprüngen, also unverhältnismäßigen Reaktionen auf Störungen, wie sie der menschengemachte Treibhauseffekt mit sich bringt”, betont Hans Joachim Schellnhuber, Direktor des PIK. „Wenn wir uns weit über die Zwei-Grad-Linie hinauswagen, also in Richtung vier Grad, laufen wir Gefahr, Kipp-Punkte im Erdsystem zu überschreiten.“ Dies könnte bei den weltweit vom Kollaps bedrohten Korallenriffen der Fall sein, oder beim kilometerdicken Eisschild Grönlands. Dessen Schmelze würde Jahrtausende dauern, könnte aber schon bald unwiderruflich beginnen. „Der einzige Weg, dies zu vermeiden, ist ein Bruch mit den vom Zeitalter fossiler Brennstoffe geprägten Mustern von Produktion und Konsum“, so Schellnhuber.

Bereits heute sind Folgen des Klimawandels beobachtbar. So hat die Hitzewelle in Russland 2010 vorläufigen Schätzungen zufolge Tausende von Opfern gefordert, die Ernten um ein Viertel verringert, und 15 Milliarden US-Dollar wirtschaftlichen Schaden hinterlassen. Solche Extreme würden bei 4 Grad Celsius globaler Erwärmung in Teilen der Welt „die neue Normalität“, heißt es in dem Report. In den Tropen könnten Ende des Jahrhunderts die kühlsten Monate deutlich wärmer sein als die heißesten Monate der Gegenwart.

Der Meeresspiegel kann bei 4 Grad globaler Erwärmung in diesem Jahrhundert 50 bis 100 Zentimeter steigen, und danach noch deutlich höher. Dabei ist dieser Anstieg regional unterschiedlich stark, dies hängt von Meeresströmungen und anderen Faktoren ab. Am höchsten wird das Meer den Projektionen zufolge an den Küsten von Ländern wie den Philippinen, Mexiko, Indien steigen.

Auch innerhalb von wirtschaftlichen Sektoren kann es zu Kippeffekten mit plötzlich rasant ansteigenden Schäden kommen, etwa in der Landwirtschaft. So wurde bereits beobachtet, dass wichtige Getreidesorten ab bestimmten Temperaturen überaus empfindlich reagieren, was zu großflächigen Ernteausfällen führen kann. Veränderungen im Wasserkreislauf können hierbei erschwerend hinzukommen, etwa wenn Dürren vorherrschen oder landwirtschaftliche Flächen überflutet werden.

„Der Report arbeitet den gegenwärtigen Stand der Forschung auf und liefert neue Analysen zu Hitzewellen und zum regionalen Meeresanstieg. Natürlich bleiben hierbei Unsicherheiten“, erklärt William Hare, Mitbegründer von Climate Analytics in Berlin und zugleich Gastwissenschaftler am PIK. „Wir greifen das auf, indem wir Risiko definieren als ‚Schadenspotenzial multipliziert mit der Eintritts-Wahrscheinlichkeit’. Auch ein relativ unwahrscheinliches Ereignis kann ein großes Risiko darstellen, wenn seine möglichen Auswirkungen groß genug sind.“

Der erst in diesem Jahr von US-Präsident Barack Obama als neuer Weltbank-Chef vorgeschlagene Jim Yong Kim, seit Juli im Amt, hatte sich kürzlich von Schellnhuber persönlich in Washington D.C. den Bericht vorstellen lassen. „Eine vier Grad wärmere Welt kann und muss vermieden werden – wir müssen die Erwärmung unter zwei Grad halten“, sagte Kim nun in einer Erklärung. „Untätigkeit gegenüber dem Klimawandel droht, die Welt, die unsere Kinder von uns erben, zu einer ganz anderen zu machen als jene, in der wir heute leben. Der Klimawandel ist eine der größten Herausforderungen für die Entwicklung, und wir müssen die moralische Verantwortung dafür übernehmen, im Namen kommender Generationen zu handeln, besonders für die Ärmsten.“

Komplettfassung des Reports (engl., PDF)

Globale Führungspersönlichkeiten zum Weltbankbericht “Turn Down The Heat” (engl., PDF)

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Studie erklärt Aufstieg und Niedergang der Maya als Reaktion auf den Klimawandel

Dienstag 13. November 2012 von birdfish

Die Rolle des Klimawandels in der Entwicklung der klassischen Maya Zivilisation von 300 bis 1000 n.Chr. wird seit Jahrzehnten kontrovers diskutiert.

Pyramiden von Tikal
Pyramiden von Tikal – Foto: Oliver Brunner / Pixelio

Grund ist das Fehlen gut datierter klimatischer und archäologischer Reihen. In einem jetzt in Science veröffentlichten Artikel präsentiert ein internationales Team von Forschern, darunter Norbert Marwan vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK), hochaufgelöste regionale Klimadaten für die vergangenen 2000 Jahre und zeigt zum ersten Mal, wie die politischen Systeme der Maya sich in Relation zum Klimawandel erst entfalteten und dann zerbrachen.

Aufstieg und Niedergang der Maya als Reaktion auf den Klimawandel

„Ungewöhnlich hohe Regenmengen begünstigten eine Steigerung der Nahrungsmittelproduktion und eine Bevölkerungsexplosion zwischen 450 und 660 nach Christus“, sagt Douglas Kennett, Leitautor und Professor für Anthropologie an der Pennsylvania State University. „Das führte zur Ausdehnung von Städten wie Tikal, Copan und Caracol entlang der Maya Tiefebenen. Die neuen Klimadaten zeigen, dass auf diese fruchtbare Periode ein allgemeiner Trockenheitstrend folgte, der sich über vier Jahrzehnte zog und von einer Serie großer Dürren durchsetzt war, die einen Rückgang in landwirtschaftlicher Produktivität verursachten und zu sozialer Zersplitterung und politischem Zusammenbruch führten.“

Ein Tropfstein aus einer Höhle nahe der historischen Stadt Uxbenka in den tropischen Tiefebenen im Süden Belizes wurde von Forschern der Penn State in den USA, der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich in der Schweiz, der Universität Durham in Großbritannien und unter anderem dem PIK analysiert. Tropfsteine wachsen mit Feuchtigkeit. Anhand der radioaktiven Zersetzung von Uran zu Thorium untersuchten die Wissenschaftler die Altersstruktur des Tropfsteins und konnten so detaillierte Niederschlagseinträge in der Region rekonstruieren. Diese Daten verglichen die Forscher mit detaillierten Aufzeichnungen der politischen Geschichte, die auf Steinmonumenten in Maya-Städten der Region festgehalten wurde. Die Forscher nahmen dabei an, dass niederschlagsbedingte Veränderungen der landwirtschaftlichen Produktivität maßgeblich beitrugen zu politischer Integration oder Desintegration in den Maya-Tiefebenen.

Auf den langfristigen Trockenheitstrend in der Region folgte ein Zusammenbruch der Bevölkerung im Zusammenhang mit einer ausgedehnten Dürre zwischen 1020 und 1100 nach Christus, so die Forscher. Norbert Marwan vom PIK führte für die Studie zur Erstellung der Klima-Zeitreihen umfassende Computeranalysen der Altersdaten des Tropfsteins durch. Dabei wurden Unsicherheiten bei den möglichen Reichweiten von Altersdaten bereits berücksichtigt.  „Der Klimawandel mag nur einer von mehreren Faktoren sein, die Veränderungen für ganze Zivilisationen wie die Maya hervorrufen können“, sagt Marwan. „Dennoch zeigt unsere Studie, dass der Klimawandel große Auswirkungen auf ein gesellschaftliches Gefüge haben kann“.

Originalpublikation:
Douglas J. Kennett, Sebastian F. M. Breitenbach et.al: Development and Disintegration of Maya Political Systems in Response to Climate Change. Published in Science Vol. 338 no.6108 pp. 788-791. DOI:10.1126/science.1226299

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