Änderungen in der Erdumlaufbahn könnten ein uraltes Erwärmungsereignis ausgelöst haben

Änderungen in der Erdumlaufbahn, die heißere Bedingungen begünstigten, könnten laut einem internationalen Team von Wissenschaftlern dazu beigetragen haben, vor 56 Millionen Jahren ein schnelles globales Erwärmungsereignis auszulösen, das als Analogon zum modernen Klimawandel gilt.

„Das Paläozän-Eozän-Thermalmaximum kommt dem, was wir in den geologischen Aufzeichnungen haben, am nächsten, was wir jetzt erleben und in Zukunft mit dem Klimawandel erleben könnten“, sagte Lee Kump, Professor für Geowissenschaften an der Penn State. „Es gab ein großes Interesse daran, diese Geschichte besser aufzulösen, und unsere Arbeit befasst sich mit wichtigen Fragen darüber, was das Ereignis ausgelöst hat, und zur Rate der Kohlenstoffemissionen.“

Die Wissenschaftler analysierten Kernproben aus einer gut erhaltenen Aufzeichnung des PETM in der Nähe der Küste von Maryland mithilfe der Astrochronologie, einer Technik zur Datierung von Sedimenten anhand von Orbitalmustern, die über Zehn- bis Hunderttausende von Jahren auftreten, bekannt als Milankovitch-Zyklen.

Sie fanden heraus, dass die Form der Erdumlaufbahn (Exzentrizität) und das Wackeln in ihrer Rotation (Präzession) heißere Bedingungen zu Beginn des PETM begünstigten und dass diese Umlaufbahnkonfigurationen zusammen eine Rolle bei der Auslösung des Ereignisses gespielt haben könnten.

„Ein Orbitalauslöser hat möglicherweise zur Kohlenstofffreisetzung geführt, die während des PETM mehrere Grade der globalen Erwärmung verursacht hat, im Gegensatz zu einer derzeit populäreren Interpretation, dass massiver Vulkanismus den Kohlenstoff freigesetzt und das Ereignis ausgelöst hat“, sagte Kump, der John Leone Dekan am College of Earth and Mineral Sciences.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Naturkommunikation, deutete auch darauf hin, dass der Beginn des PETM etwa 6.000 Jahre dauerte. Frühere Schätzungen reichten von mehreren Jahren bis zu Zehntausenden von Jahren. Der Zeitpunkt ist wichtig, um die Geschwindigkeit zu verstehen, mit der Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt wurde, sagten die Wissenschaftler.

„Diese Studie ermöglicht es uns, unsere Modelle des Kohlenstoffkreislaufs zu verfeinern, um besser zu verstehen, wie der Planet über diese Zeitskalen auf eine Kohlenstoffinjektion reagiert, und um die Möglichkeiten für die Quelle des Kohlenstoffs einzugrenzen, der das PETM angetrieben hat“, sagte Mingsong Li, Assistenzprofessor an der School of Earth and Space Sciences der Universität Peking und ehemaliger Assistenzprofessor für Geowissenschaften an der Penn State, der Hauptautor der Studie ist.

Ein Beginn vor 6.000 Jahren, gepaart mit Schätzungen, dass 10.000 Gigatonnen Kohlenstoff als Treibhausgase Kohlendioxid oder Methan in die Atmosphäre geblasen wurden, deutet darauf hin, dass etwa eineinhalb Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr freigesetzt wurden.

„Diese Raten sind fast eine Größenordnung langsamer als die heutigen CO2-Emissionen, was Anlass zur Sorge gibt“, sagte Kump. „Wir emittieren jetzt Kohlenstoff in einer Rate, die 5- bis 10-mal höher ist als unsere Schätzungen der Emissionen während dieses geologischen Ereignisses, das vor 56 Millionen Jahren einen unauslöschlichen Eindruck auf dem Planeten hinterlassen hat.“

Die Wissenschaftler führten eine Zeitreihenanalyse des Kalziumgehalts und der magnetischen Suszeptibilität durch, die in den Kernen gefunden wurden, die Stellvertreter für Änderungen in den Orbitalzyklen sind, und verwendeten diese Informationen, um das Tempo des PETM abzuschätzen.

Die Umlaufbahn der Erde variiert auf vorhersagbare, berechenbare Weise aufgrund von Gravitationswechselwirkungen mit der Sonne und anderen Planeten im Sonnensystem. Diese Veränderungen beeinflussen, wie viel Sonnenlicht die Erde erreicht, und ihre geografische Verteilung und beeinflussen somit das Klima.

„Der Grund, warum es einen Ausdruck in den geologischen Aufzeichnungen dieser orbitalen Veränderungen gibt, ist, dass sie das Klima beeinflussen“, sagte Kump. „Und das beeinflusst, wie produktiv marine und terrestrische Organismen sind, wie viel Niederschlag fällt, wie viel Erosion auf den Kontinenten stattfindet und wie viel Sediment in die Meeresumwelt eingetragen wird.“

Die Erosion der Paläo-Flüsse Potomac und Susquehanna, die zu Beginn des PETM möglicherweise mit dem Abfluss des Amazonas konkurrierten, trug Sedimente in den Ozean, wo sie auf dem Festlandsockel abgelagert wurden. Diese Formation namens Marlboro Clay befindet sich jetzt im Landesinneren und bietet eines der am besten erhaltenen Beispiele des PETM.

„Wir können Geschichten entwickeln, indem wir die Sedimentschichten durchbohren und bestimmte Zyklen extrahieren, die diese Geschichte erschaffen, genau wie Sie jede Note aus einem Lied extrahieren könnten“, sagte Kump. „Natürlich sind einige der Aufzeichnungen verzerrt und es gibt Lücken – aber wir können die gleichen statistischen Methoden verwenden, die in Apps verwendet werden, um festzustellen, welches Lied Sie zu singen versuchen. Sie können ein Lied singen und wenn Sie die Hälfte vergessen die Worte und einen Refrain überspringen, wird es immer noch in der Lage sein, den Song zu bestimmen, und wir können denselben Ansatz verwenden, um diese Aufzeichnungen zu rekonstruieren.