Der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre ist heute wahrscheinlich höher als jemals zuvor in den letzten 3 Millionen Jahren. Dieser Anstieg des Kohlendioxidgehalts, eines Treibhausgases, könnte laut neuen Untersuchungen zu Temperaturen führen, die über die gesamte Zeitspanne nicht gesehen wurden.
Die Forscher der Studie untersuchten mithilfe von Computermodellen die Klimaveränderungen während der Quartärperiode, die vor etwa 2,59 Millionen Jahren begann und bis heute andauert. In dieser Zeit hat die Erde eine Reihe von Veränderungen erfahren, die jedoch nicht so schnell sind wie heute, sagte der Studienautor Matteo Willeit, Postdoktorand am Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung.
"Um ein Klima wärmer als die Gegenwart zu bekommen, muss man im Grunde genommen in eine andere geologische Periode zurückkehren", sagte Willeit gegenüber Live Science.
3 Millionen Jahre Klima
Die Quartärperiode begann mit einer Eiszeit, in der Eisschilde aus Grönland gestohlen wurden, um einen Großteil Nordamerikas und Nordeuropas abzudecken. Zuerst rückten diese Gletscher in einem Zyklus von 41.000 Jahren vor und zogen sich zurück, angetrieben von Veränderungen in der Erdumlaufbahn um die Sonne, sagte Willeit.
Vor 1,25 bis 0,7 Millionen Jahren dehnten sich diese glazialen und interglazialen Zyklen aus und traten etwa alle 100.000 Jahre erneut auf. Dieses Phänomen wird aufgrund der Epoche, in der es auftrat, als Übergang im mittleren Pleistozän bezeichnet. Die Frage, sagte Willeit, ist, was den Übergang verursacht hat, da sich das Muster der Variationen in der Erdumlaufbahn nicht geändert hat.
Willeit und sein Team verwendeten eine fortgeschrittene Computersimulation des Quartärs, um diese Frage zu beantworten. Modelle sind nur so gut wie die enthaltenen Parameter, und dieser enthielt viele: atmosphärische Bedingungen, Meeresbedingungen, Vegetation, globaler Kohlenstoff, Staub und Eisplatten. Die Forscher nahmen die bekannten Parameter auf und optimierten sie, um festzustellen, unter welchen Bedingungen der Übergang im mittleren Pleistozän stattfinden könnte.
Wie sich die Dinge verändert haben
Das Team stellte fest, dass für 41.000-jährige Gletscherzyklen auf 100.000-jährige Zyklen zwei Dinge passieren mussten: Kohlendioxid in der Atmosphäre musste abnehmen und Gletscher mussten eine Sedimentschicht namens Regolith entfernen.
Kohlendioxid könnte aus verschiedenen Gründen zurückgegangen sein, sagte Willeit, wie zum Beispiel eine Abnahme des Treibhausgases, das aus Vulkanen austritt, oder Änderungen der Verwitterungsrate von Gesteinen, die dazu führen würden, dass mehr Kohlenstoff in Sedimenten eingeschlossen wird, die auf den Boden des Meer. Weniger Kohlenstoff in der Atmosphäre bedeutete, dass weniger Wärme gespeichert wurde, sodass sich das Klima so weit abgekühlt hätte, dass sich leichter große Eisplatten bilden könnten.
Geologische Prozesse waren der entscheidende zweite Bestandteil für längere Gletscherzyklen. Wenn Kontinente für längere Zeit eisfrei sind, erhalten sie eine oberste Schicht aus gemahlenem, nicht konsolidiertem Gestein, das als Regolith bezeichnet wird. Der Erdmond ist heute ein guter Ort, um ein Beispiel zu sehen: Die dicke Staubschicht des Mondes ist ein Regolith.
Eis, das sich auf diesem Regolith bildet, ist tendenziell weniger stabil als Eis, das sich auf festem Grundgestein bildet, sagte Willeit (stellen Sie sich den Unterschied in der Stabilität zwischen einer Oberfläche aus Kugellagern und einer flachen Tischplatte vor). In ähnlicher Weise fließen Eisschilde auf Regolithbasis schneller und bleiben dünner als Eis. Wenn Änderungen in der Erdumlaufbahn die Wärmemenge verändern, die auf die Erdoberfläche trifft, neigen die Eisplatten besonders zum Schmelzen.
Aber auch Gletscher plündern Regolithen weg und schieben das staubige Zeug an ihre Gletscherkanten. Diese Gletscherreinigung legt das Grundgestein wieder frei; Nach einigen Eiszyklen im frühen Quartär wäre das Grundgestein freigelegt worden, was neu gebildeten Eisplatten einen festeren Ankerplatz gegeben hätte, sagte Willeit. Diese widerstandsfähigen Eisplatten sowie ein kühleres Klima führten zu längeren Gletscherzyklen nach etwa einer Million Jahren. Interglaziale Perioden traten aufgrund von Orbitalveränderungen immer noch auf, wurden jedoch kürzer.
Klima damals und heute
Diese Ergebnisse sind wichtig, um die Bedingungen zu verstehen, unter denen bestimmt wurde, ob Orte wie Chicago oder New York City lebenswert sind oder mit einer Meile Eis bedeckt sind. Aber sie sind auch nützlich, um den heutigen Klimawandel zu gestalten, sagte Willeit.
Aufzeichnungen über atmosphärischen Kohlenstoff, die vor etwa 800.000 Jahren existierten, müssen rekonstruiert und nicht direkt an Eisbohrkernen gemessen werden. Daher variieren die Schätzungen der Kohlenstoffmenge in der Atmosphäre. Die Modellforschung von Willeit und seinem Team legt nahe, dass Kohlendioxid während des gesamten Quartärzeitraums unter 400 ppm lag. Heute liegt der weltweite Durchschnitt bei 405 ppm und steigt.
Im späten Pliozän vor etwa 2,5 Millionen Jahren waren die globalen Durchschnittstemperaturen vorübergehend um 1,5 Grad Celsius höher als der Durchschnitt vor dem weit verbreiteten Einsatz fossiler Brennstoffe, wie das Modell von Willeit zeigte. Diese alten Temperaturen halten derzeit den Rekord für die höchsten in der gesamten Quartärperiode.
Das könnte sich aber bald ändern. Bereits jetzt ist der Globus 1,2 Grad wärmer als der vorindustrielle Durchschnitt. Das Pariser Abkommen von 2016 würde die Erwärmung auf 1,4 ° C (2,7 ° F) begrenzen und dem Klima von vor 2,5 Millionen Jahren entsprechen. Wenn die Welt diese Grenze nicht erreichen kann und sich dem vorherigen internationalen Ziel in Richtung 2 Grad Celsius nähert, wird dies der heißeste globale Durchschnitt in dieser geologischen Periode sein.
"Unsere Studie relativiert dies", sagte Willeit. "Es zeigt deutlich, dass das, was wir jetzt in Bezug auf den Klimawandel tun, etwas Großes und sehr Schnelles ist, selbst wenn man sich vergangene Klimazonen über sehr lange Zeiträume hinweg ansieht, verglichen mit dem, was in der Vergangenheit passiert ist."
Die Ergebnisse werden heute (3. April) in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
