Den Zusammenbruch der grünen Sahara verstehen

In komplexen Systemen wie dem Klimasystem der Erde lassen sich abrupte Veränderungen nur schwer vorhersagen. Forschern der Technischen Universität München (TUM) und des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) ist es nun gelungen, eine neue Methode zu entwickeln, um solche Kipppunkte bereits im Vorfeld vorherzusagen.

Sie testeten die Zuverlässigkeit ihrer Methode erfolgreich anhand eines der schwerwiegendsten abrupten Klimaveränderungen der Vergangenheit: der Umwandlung der einst grünen Sahara in eine Wüste.

Von der letzten Eiszeit bis vor etwa 6.000 Jahren war die Region, die heute als Sahara bekannt ist, eine üppige, grüne Landschaft voller Leben. Diese „afrikanische Feuchtperiode“ endete abrupt und verwandelte diese blühende Region in das trockene Terrain, das wir heute kennen.

Wissenschaftler haben lange darüber gerätselt, wie die langsamen Veränderungen der Sonneneinstrahlung aufgrund von Veränderungen in der Erdumlaufbahn zu einem so abrupten, großräumigen Klimawechsel führen konnten. Dieses Rätsel verdeutlicht die größere Herausforderung, abrupte Veränderungen in natürlichen Systemen zu verstehen und vorherzusagen – die häufig mit Kipppunkten in Verbindung gebracht werden.

Eine Studie veröffentlicht in Körperliche Überprüfung X von Andreas Morr und Prof. Niklas Boers, Forscher an TUM und PIK, stellt eine fortschrittliche Früherkennungsmethode vor, die insbesondere unter realistischeren äußeren Bedingungen genauere und zuverlässigere Frühwarnungen liefert.

Traditionelle Methoden gehen davon aus, dass zufällige Störungen in einem System zeitlich unkorreliert sind. Für Klimasysteme ist dies jedoch nicht realistisch, da man davon ausgeht, dass das Wetter eines jeden Tages unabhängig vom Wetter des Vortages ist.

In Wirklichkeit hängt das Wetter von morgen stark vom heutigen ab. Diese Diskrepanz verringert die Zuverlässigkeit herkömmlicher Methoden für Frühwarnsignale. Die neue Methode von Morr und Boers überwindet diese Einschränkung, indem sie Schätzer für die Systemstabilität entwickelt, die speziell auf realistischere Klimabedingungen zugeschnitten sind.

Bei der Anwendung ihrer Methoden auf die Wüstenbildung in der Westsahara stellten sie fest, dass es eine deutliche Frühwarnung vor dem Verlust der Vegetation gab, die mit dem Überschreiten eines Wendepunkts übereinstimmt.

„Unsere Ergebnisse legen nahe, dass das abrupte Ende der afrikanischen Feuchtperiode wahrscheinlich durch eine Schwächung der Stabilität des Systems verursacht wurde, als sich die Umlaufbahn der Erde änderte und das System allmählich auf einen Wendepunkt zusteuerte“, sagt Morr.

Boers fügt hinzu: „Die fortschrittliche Erkennungsmethode, die wir entwickelt haben, verbessert unsere Fähigkeit, potenzielle Kipppunkte in verschiedenen natürlichen Systemen zu überwachen und darauf zu reagieren. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass großflächige Klimakippereignisse wie dieses im Prinzip vorhersehbar sind, was hoffentlich ein rechtzeitiges Eingreifen ermöglicht.“

Durch die Verbesserung der Genauigkeit von Frühwarnsignalen unterstützt die Forschung bessere Vorbereitungs- und Reaktionsstrategien und trägt letztlich dazu bei, Ökosysteme und menschliche Gesellschaften vor den schwerwiegenden Auswirkungen potenzieller Klima-Kipppunkte zu schützen, die aufgrund des vom Menschen verursachten Klimawandels überschritten werden könnten.