Klimatagebücher aus der Höhle helfen beim Blick in die Zukunft

Wie wird das Abschmelzen des Grönlandeises unser Klima beeinflussen? Um eine Vorstellung davon zu erlangen, blicken Forscher weit zurück in die Vergangenheit. Im frühen Holozän – vor etwa 11.700 bis 8.000 Jahren vor heute – schmolz ein großer Eispanzer in Nordamerika ab. Anhand von Tropfsteinen aus Höhlen in Nordwestmarokko und Westdeutschland, so genannten „Speläothemen“ und Computersimulationen rekonstruierte ein internationales Team um Dr. Jasper Wassenburg von der Ruhr-Universität Bochum die Folgen: Im frühen Holozän war der Zusammenhang zwischen den Niederschlagsmengen in Nordwestafrika und Nordwesteuropa genau andersherum als heute: Wenn heute in Nordwesteuropa ein feuchtes Winterklima vorherrscht, ist das Klima in Nordwestafrika trocken. Infolge des Abschmelzens des Eispanzers war es im frühen Holozän jedoch an beiden Orten zeitgleich feucht beziehungsweise trocken. Das Klima veränderte sich tiefgreifend. In der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Nature Geoscience berichten Forscher über ihre Klimarekonstruktionen.

Maßgeblich für das Winterwetter in Nordwest-Europa und im Mittelmeerraum ist die Nordatlantische Oszillation (NAO) – Schwankungen des Luftdruck-Gegensatzes zwischen dem Azorenhoch im Süden und dem Islandtief im Norden des Nordatlantiks. Die Forscher wollten wissen, wie sich die NAO verhält, wenn – wie zurzeit bedingt durch den Klimawandel – Eisschilde und Gletscher rund um den Nordatlantik abschmelzen.

Mit der Uran-Thorium-Methode (²³⁰Th/²³⁴U) datierte Dr. Jan Fietzke, Physiker am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel Proben aus einem marokkanischen Tropfstein. Diese Altersinformation bildet die Grundlage, um die in die Probe gespeicherten Klimasignale eindeutig ihrer Entstehungszeit zuordnen. So konnten die Forscher anhand von Speläothemen aus Nordwestmarokko und Westdeutschland auf das dortige Klima vom frühen bis zum späten Holozän (vor etwa 11.700 bis 2600 Jahren) schließen. Genau wie heute gab es im mittleren Holozän an einem der beiden Orte weniger Niederschlag, wenn es am anderen viel Niederschlag gab. Im frühen Holozän war die Niederschlagsmenge jedoch an beiden Orten gleich.

Eine mögliche Erklärung für die umgekehrte Korrelation ist das endgültige Abschmelzen des Nordamerikanischen Eisschildes im frühen Holozän“, erläutert Dr. Jasper Wassenburg der die Untersuchung in Zusammenarbeit mit Prof. A. Immenhauser, am Lehrstuhl für Sediment- und Isotopengeologie der Ruhr-Universität Bochum durchführte und inzwischen ans Institut für Geowissenschaften der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) gewechselt ist. Dieser Eispanzer bedeckte während der letzten Eiszeit große Teile Kanadas. Gewaltige Mengen an Schmelzwasser, das im Zuge des Abschmelzens frei geworden war, floss in den Nordatlantik und veränderte dessen Strömungsmuster. Mit den Simulationen eines Klimamodells konnten die Forscher zeigen, dass das Abschmelzen des Nordamerikanischen Eisschildes die Korrelation der Niederschläge zwischen Nordwestmarokko und Westdeutschland verändert hatte. „Wichtig hierfür ist die kombinierte Wirkung des Eisschildes auf die atmosphärische Zirkulation sowie die Schmelzwasserzufuhr auf die ozeanische Zirkulation", betont Dr. Stephan Dietrich, der die Simulationen am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) auswertete und mittlerweile an der Bundesanstalt für Gewässerkunde Koblenz (BfG) beschäftigt ist.

Atmosphärische Zirkulationsmuster wie die NAO sind abhängig von Luftdruckmustern, die durch die Aufheizung und Abkühlung von Luft entstehen. Meeresströmungen spielen dabei eine wichtige Rolle, weil sie die Verteilung der Wärme und somit auch die Luftzirkulation beeinflussen. Der Nordamerikanische Eisschild hatte einen stark kühlenden Effekt: Schnee und Eis reflektieren viel Sonnenlicht. Dieser Albedo-Effekt führte dazu, dass sich über dem Eisschild ein stabiles Hochdruckgebiet entwickelte, das beim Abtauen aber verschwand. Das Schmelzwasser beeinflusste die Stärke der Ozeanströme, insbesondere den Nordatlantikstrom. „Auch wenn die genauen Mechanismen noch unbekannt sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass diese Effekte maßgeblich dafür sind, dass sich die positive Korrelation der Niederschläge in Nordwestmarokko und Westdeutschland nach dem Abschmelzen des Nordamerikanische Eisschildes in eine negative umkehrte“, so Dr. Jasper Wassenburg.

Wenn im Zuge des Klimawandels das Grönlandeis abschmilzt und sein Schmelzwasser in den Nordatlantik fließt, könnte sich ein ähnliches Szenario ergeben. „Allerdings gibt es entscheidende Unterschiede zwischen den klimatischen Gegebenheiten im frühen und im späten Holozän, so dass wir nur schwer voraussagen können, ob und wie die NAO beeinflusst werden wird“, urteilt Wassenburg. „Wir nehmen an, dass es vor allem von der Geschwindigkeit, mit der das Grönlandeis schmilzt, und von der Menge des Schmelzwassers abhängt.“ Detailliertere Rekonstruktionen des Klimas und genaue Messungen der Veränderung des Grönlandeises seien notwendig, um die Mechanismen zu verstehen, die zur Veränderung der Korrelationsmuster beitragen.

Originalpublikation:
Jasper A. Wassenburg, Stephan Dietrich, Jan Fietzke, Jens Fohlmeister, Klaus Peter Jochum, Denis Scholz, Detlev K. Richter, Abdellah Sabaoui, Christoph Spötl, Gerrit Lohmann, Meinrat O. Andreae and Adrian Immenhauser. Reorganization of the North Atlantic Oscillation during early Holocene deglaciation, in: Nature Geoscience, 2016, DOI: 10.1038/ngeo2767

Links:
Ruhr-Universität Bochum (RUB)
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
Alfred Wegener Institut, Helmholtz Zentrums für Polar- und Meeresforschung Bremerhaven (AWI)
Bundesanstalt für Gewässerkunde Koblenz (BfG)
Universität Heidelberg
Universität Innsbruck
Faculty of Sciences Dhar Mahraz, Fès
Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz (MPI-C)

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