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American Association for the Advancement of Science

Neue Erkenntnisse durch Treibhausgasdaten von Eiskernbohrungen vermitteln einen um 50 Prozent bzw. 210.000 Jahre weiter reichenden Einblick in die Vergangenheit

Die Kohlendioxidwerte in der Atmosphäre sind heute laut wissenschaftlichen Studien die höchsten der vergangenen 650.000 Jahre

Mit der ersten eingehenderen Analyse der Luftblasen, die im Eiskern aus dem „EPICA Dome C“ in der Ostantarktis eingeschlossen sind, können europäische Forscher in Bezug auf Treibhausgasdaten jetzt 650.000 Jahre in die Vergangenheit blicken.

Dieser Einblick in das Archiv von atmosphärischem Kohlendioxid und Methan, das 210.000 Jahre, also zwei volle Eiszeiten umfasst, sollte Wissenschaftlern ein besseres Verständnis der Klimaumschwünge und des Charakters der derzeitigen Warmperiode auf der Erde verschaffen. Die Daten können Forscher auch bei der Reduzierung der Unsicherheit bei Vorhersagen künftiger Klimaänderungen unterstützen und helfen bei der Bestimmung des Zeitpunkts, ab wann der Mensch einen wesentlichen Einfluss auf das Gleichgewicht der Treibhausgase in der Erdatmosphäre genommen hat.

EPICA ist das europäische Projekt für Eiskernbohrungen in der Antarktis (European Project for Ice Coring in Antarctica). Der anfänglich 2004 beschriebene neue Eiskern stammt von einem Standort in der Ostantarktis und ist als EPICA Dome C bekannt. Das Projekt wird im Rahmen einer langfristigen europäischen Forschungszusammenarbeit durchgeführt und in zwei Reports sowie einem begleitenden Perspective-Artikel in der Ausgabe der Zeitschrift Science vom 25. November 2005 beschrieben, die von der AAAS, einer gemeinnützigen wissenschaftlichen Gesellschaft herausgegeben wird.

Ein Report enthält eine Chronik der stabilen Beziehung zwischen Klima und dem Kohlenstoffkreislauf während des Pleistozäns. Der zweite Report dokumentiert die Werte für atmosphärisches Methan und Stickoxid über denselben Zeitraum, d. h. um 390.000 bis 650.000 Jahre in die Vergangenheit.

Die Analyse streicht die Tatsache heraus, dass die derzeitige steigende Konzentration von atmosphärischem Kohlendioxid mit 380 ppmv bereits 27 Prozent höher liegt als der höchste aufgezeichnete Stand während der letzten 650.000 Jahre, so der Verfasser des Science-Artikels, Thomas Stocker, des Physikalischen Instituts der Universität Bern in der Schweiz, der korrespondierender Autor beider Veröffentlichungen ist.

„Wir haben eine weitere Information ermitteln können, die zeigt, dass die Zeitskalen, in der Menschen die Zusammensetzung der Atmosphäre verändert haben, im Vergleich zu den natürlichen Zeitzyklen des Klimasystems extrem kurz sind“, erläuterte Stocker.

Das neue Projekt bestätigt die stabile Beziehung zwischen dem Klima der Antarktis und den Treibhausgasen Kohlendioxid und Methan während der letzten vier Eiszeiten. Mithilfe der neuen Eiskernanalyse kann diese Beziehung um zwei weitere Eiszeiten in eine Vergangenheit zurückgeführt werden, in der warme „interglaziale“ Perioden milder und länger waren als jüngere Warmperioden, so die europäischen Forscher.

Die Tatsache, dass Kohlendioxid- und Methanwerte während der relativ milden Warmperioden der zwei weiteren Eiszeiten im Vergleich zu den wärmeren Warmperioden der letzten 400.000 Jahre niedriger waren, ist besonders interessant bei der Erforschung der Klimasensitivität, die ein Maß dessen darstellt, wie das Klimasystem reagiert, wenn sich atmosphärische CO2-Konzentrationen verdoppeln, erklärte Science-Autor Dominique Raynaud vom LGGE in Grenoble, Frankreich.

Die neuen atmosphärischen und klimatischen Aufzeichnungen, die aus dem Eiskern des EPICA Dome C stammen, weisen ferner darauf hin, dass die Reaktion des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs auf Klimaerwärmungen – bezogen auf den beteiligten Mechanismus und den Grad, mit dem Treibhausgase Klimaumschwünge weiter verstärken – im Zeitverlauf gleich bleiben, führte Science-Autor Jean Jouzel vom LSCE und Institut Pierre Simon Laplace in Frankreich aus.

Der Eiskern des EPICA Dome C enthält atmosphärische Luftproben von hunderttausenden von Jahren in winzigen Bläschen, die chronologisch im Eis eingeschlossen sind. Die Luftbläschen bilden sich, wenn Schneeflocken fallen und winzige mit Luft gefüllte Blasen einfangen, die Daten über globale Treibhausgaskonzentrationen liefern.

Die in den beiden Science-Veröffentlichungen beschriebenen Eiskerndaten enthalten eine gewisse Überlappung mit ähnlichen Daten aus dem Vostok-Eiskern – dem heute zweitältesten Eiskernarchiv – und reichen um 210.000 Jahre weiter in die Vergangenheit zurück.

Die Stickoxiddaten im EPICA Dome C sind aufgrund von Artefakten im Eis, die mit den Staubablagerungen zusammenzuhängen scheinen, etwas fragmentierter und weniger deutlich als die Kohlendioxid- und Methandaten.

Die neue Eiskernanalyse bietet Erkenntnisse über unsere gegenwärtige interglaziale Warmperiode, indem sie uns einen Einblick in das antarktische Klima und die Treibhausgaskonzentrationen während der jüngsten Warmperiode gewährt, die unserer gegenwärtigen Warmperiode relativ ähnlich ist. Diese analoge Warmperiode, die auch als Marine Isotope Stage 11 oder MIS 11 bezeichnet wird, ist der Zeit vor 420.000 bis 400.000 Jahren zuzuordnen und wird von den Vostok-Daten nicht komplett abgedeckt.

Die Parallelen zwischen unserer derzeitigen Warmperiode und MIS 11 sind hauptsächlich auf eine ähnliche Konfiguration der Erdumlaufbahn um die Sonne zurückzuführen: die relativen Positionen von Erde und Sonne gelten als Hauptantriebskraft der Eiszeitkreisläufe.

„MIS 11 zeigt uns, dass das Klimasystem tatsächlich eine Warmperiode von 20.000 oder 30.000 Jahren durchlaufen kann, eine Tatsache, die anhand der letzten drei Warmperioden, die jeweils nicht länger als 10.000 Jahre dauerten, nicht nachgewiesen werden konnte“, erklärte Stocker.

Unsere derzeitige Warmperiode dauert seit etwa 10.000 Jahren an.

Die neuen Veröffentlichungen dokumentieren außerdem MIS 13 und 15 – zwei Warmzeiten, die noch weiter als MIS 11 in der Vergangenheit liegen und in etwa ebenso lange dauerten. Diese Beobachtung steht im Gegensatz zu dem in der Vergangenheit von Wissenschaftlern vorgebrachten Argument, dass unsere derzeitige Warmperiode außergewöhnlich lang anhält.

Die Autoren merken jedoch an, dass die Daten für MIS 13 und 15 nicht so eindeutig sind wie für MIS 11. Eine Komplikation liegt darin, dass die Eiskerndaten nicht genau mit Daten von Meeressedimenten übereinstimmen, die zur Datierung der Eiskerndaten verwendet werden.

Außerdem sind neue Erkenntnisse zutage getreten, die dank der Methan- und Kohlendioxiddaten des EPICA Dome C Eiskerns für ein besseres Verständnis der Auswirkungen frühzeitiger menschlicher Tätigkeiten, z. B. Rodungen und Reisanbau, auf atmosphärische Treibhausgaskonzentrationen sorgen, die Thema verschiedener Studien in der jüngsten Vergangenheit sind. Die neuen Daten zeigen, dass die natürliche Variabilität zu erheblichen Schwankungen der Treibhausgase während bestimmter interglazialer Zeiträume führen kann und die Möglichkeit besteht, dass menschliche Tätigkeiten nicht für die Treibhausgasvariabilität verantwortlich ist, die vor bereits 10.000 Jahren zu verzeichnen war, so der Autor eines dazugehörigen Perspective-Artikels.

Die Treibhausgasdaten vom EPICA Dome C aus vergangenen Eiszeiten bieten auch indirekt den Nachweis für abrupte klimatische Veränderungen in der Vergangenheit, stellten die Autoren fest. Die Methandaten enthalten Variationen aus glazialen Zeiträumen, die den Treibhausgasänderungen der jüngsten Eiszeit ähnlich zu sein scheinen, die mit abrupten Klimaänderungen in Verbindung gebracht werden. Dies lässt darauf schließen, dass abrupte klimatische Ereignisse in den für menschliche Gesellschaften relevanten Zeitskalen in den jüngsten klimatischen Zyklen ein häufig auftretendes Phänomen waren.

Die stabile Beziehung zwischen Kohlendioxid, Methan und dem Klima der Antarktis während der letzten 650.000 Jahre stellt eines der größten ungelösten Geheimnisse des Klimawandels dar – die Ursprünge der Beziehungen zwischen Klima und Treibhausgasen. Der biologische Abbau in subtropischen Feuchtgebieten bleibt auch weiterhin ein wichtiger Faktor für eine mögliche Entschlüsselung der Beziehung zwischen Klima und Methan. Andererseits scheinen die Ozeane eine kritische Rolle in der Beziehung zwischen Klima und Kohlendioxid zu spielen; das neue Projekt bestärkt uns in der Überzeugung, dass Prozesse im Südozean hoher Breitengrade für die Steuerung der glazialen-interglazialen Variationen im Kohlendioxidgehalt eine Rolle spielen, so der Autor des Perspective-Artikels, der anführt, dass das Erbohren und die Analyse von noch älteren Eiskernen zu wirklichen Antworten führen könnten.

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„Stable Carbon Cycle-Climate Relationship During the Late Pleistocene“, von U. Siegenthaler, T.F. Stocker, E. Monnin, D. Lüthi, J. Schwander und B. Stauffer an der Universität Bern in Bern, Schweiz; D. Raynaud und J.-M. Barnola am Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l'Environnement (CNRS) St Martin d'Hères Cedex, Frankreich; H. Fischer am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven; V. Masson-Delmotte und J. Jouzel am LSCE und Institut Pierre Simon Laplace in Frankreich.

„Atmospheric Methane and Nitrous Oxide of the Late Pleistocene from Antarctic Ice Cores“, von R. Spahni, T. Stocker, G. Hausammann, K. Kawamura, J. Flückiger und Jakob Schwander an der Universität Bern in Bern, Schweiz; J. Chappellaz, L. Loulergue und D. Raynaud am Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l'Environnement (CNRS) in St Martin d'Hères Cedex, Frankreich; V. Masson-Delmotte, J. Jouzel am LSCE und Institut Pierre Simon Laplace in Frankreich. K. Kawamura ist jetzt an der Scripps Institution of Oceanography, University of California, San Diego, La Jolla, USA. J. Flückiger ist jetzt am Institute of Arctic and Alpine Research, University of Colorado in Boulder, Colorado, USA.

Das in den Science-Beiträgen von Siegenthaler et al. und Spahni et al. beschriebene Werk ist ein Betrag zum „European Project for Ice Coring in Antarctica“ (EPICA), ein gemeinschaftliches wissenschaftliches Programm der ESF (European Science Foundation)/EC, das von der Europäischen Kommission und durch nationale Beiträge aus Deutschland, Belgien, Dänemark, Frankreich, Großbritannien, Italien, den Niederlanden, Norwegen, Schweden und der Schweiz finanziert wird. Die Forscher würdigen die langfristige finanzielle Unterstützung durch den Schweizerischen Nationalfonds (NSF), die Universität Bern, das Schweizer Bundesamt für Energie sowie das EG-Projekt EPICA-MIS. Weitere Unterstützung erfolgte durch das französische Programm PNEDC (INSU-CNRS).

Die American Association for the Advancement of Science (AAAS) ist die größte allgemeinwissenschaftliche Organisation der Welt und Herausgeber der Zeitschrift Science (www.sciencemag.org). Die 1848 gegründete AAAS steht ca. 262 verbundenen wissenschaftlichen Vereinigungen und Akademien und insgesamt 10 Millionen Menschen zu Diensten. Science kann mit einer geschätzten Leserschaft von insgesamt einer Million Menschen auf die größte bezahlte Auflage aller allgemeinwissenschaftlichen Zeitschriften mit Peer Review verweisen. Die gemeinnützige AAAS (www.aaas.org) steht allen offen und erfüllt ihre Aufgabe der „Förderung der Wissenschaft und des Dienstes an der Gesellschaft“ durch Initiativen in Wissenschaftspolitik, internationale Programme, wissenschaftliche Bildung und mehr. Melden Sie sich auf EurekAlert! www.eurekalert.org, der führenden Website für Nachrichten aus der Wissenschaft, an, um über die aktuellsten Nachrichten aus der Forschung informiert zu werden – ein Service von AAAS.


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