Forscher erforschen das zukünftige Klima in Afrika anhand von Hinweisen aus der Vergangenheit

Im September 2023 wurde die südafrikanische Provinz Westkap von extremen Regenfällen heimgesucht, die Dörfer überschwemmten und eine Spur der Zerstörung hinterließen. Die katastrophale Verwüstung ist nur ein aktuelles Beispiel in einer Reihe extremer Wetterereignisse, die weltweit immer häufiger auftreten.

Aufgrund der steigenden Meeresoberflächentemperaturen aufgrund der Klimaerwärmung nehmen sintflutartige Stürme sowohl an Häufigkeit als auch an Stärke zu. Gleichzeitig hat die globale Erwärmung auch in anderen Fällen den gegenteiligen Effekt, da eine Mega-Dürre die Wasserversorgung von Kapstadt im Südwesten Afrikas so stark bedrohte, dass die Bewohner Gefahr liefen, kein Wasser mehr zu haben. Dieser Doppelschlag von Wetterextremen hat verheerende Folgen für Lebensräume, Ökosysteme und menschliche Infrastruktur.

Ein Team von Paläoklimatologen der Syracuse University, der George Mason University und der University of Connecticut untersucht eine alte Quelle, um zukünftige Niederschlags- und Dürremuster zu bestimmen: versteinerte Pflanzen, die vor Millionen von Jahren auf der Erde lebten.

In einem Studie veröffentlicht in Geophysikalische Forschungsbriefe unter der Leitung von Claire Rubbelke, Ph.D. Kandidat in der Abteilung für Erd- und Umweltwissenschaften in Syrakus, und Tripti Bhattacharya, Thonis-Familienprofessor für Erd- und Umweltwissenschaften in Syrakus, konzentrierten sich die Forscher auf das Pliozän (vor etwa 3 Millionen Jahren) – eine Zeit, in der die Bedingungen sehr ähnlich waren Heute.

Trotz wärmerer Temperaturen kam es in vielen Teilen der Welt, einschließlich Südwestafrika, zu einem dramatischen Anstieg der Niederschläge über Land, was wahrscheinlich auf überdurchschnittlich hohe Meeresoberflächentemperaturen zurückzuführen ist. Dies ahmt ein modernes Ereignis namens Benguela Niño nach, bei dem Forscher glauben, dass wechselnde Winde dazu führen, dass warmes Wasser entlang der Küste Afrikas nach Süden wandert und zu verstärkten Niederschlägen über normalerweise trockenen Regionen führt.

„Heutzutage scheinen die Intensität und der Ort extremer Niederschläge von Benguela Niño-Ereignissen sowohl von den Meeresoberflächentemperaturen des Atlantiks als auch des Indischen Ozeans beeinflusst zu werden“, sagt Rubbelke, der Mitglied des Paleoclimate Dynamics Lab von Bhattacharya ist. „Während des Pliozäns scheinen diese Benguela-Niño-ähnlichen Bedingungen ein dauerhaftes Phänomen gewesen zu sein.“

Ran Feng, Assistenzprofessor für Geowissenschaften an der UConn und Experte für Klimamodellierung und -dynamik, analysierte die Klimamodelldaten und untersuchte insbesondere den vorgeschlagenen Mechanismus, der die feuchten Bedingungen des Pliozäns in Südwestafrika erklärt. Sie sagt, viele Merkmale des anhaltenden Klimawandels seien Reinkarnationen der früheren warmen Klimazonen. Analysieren Sie die Vergleichsdaten und untersuchen Sie insbesondere den vorgeschlagenen Mechanismus, der die feuchten Bedingungen des Pliozäns in Südwestafrika erklärt. Sie sagt, viele Merkmale des anhaltenden Klimawandels seien Reinkarnationen der früheren warmen Klimazonen.

„In unserem Fall haben wir gezeigt, dass das Muster der Meeresoberflächentemperatur rund um Südafrika der Schlüssel zur Erklärung der früheren hydroklimatischen Bedingungen dieser Region ist“, bemerkt Feng. „Wenn man in die Zukunft blickt, wird die Entwicklung dieses Musters der Meeresoberflächentemperatur tiefgreifende Auswirkungen auf die Umweltveränderungen in Südafrika haben.“

Die Arbeit des Teams wurde von der Mitarbeiterin und Co-Autorin der Studie, Natalie Burls, inspiriert. Sie ist außerordentliche Professorin am Department of Atmospheric, Oceanic and Earth Sciences der George Mason University und Ozeanographin und Klimawissenschaftlerin aus Südafrika, die einen Doktortitel erhielt. an der Universität Kapstadt.

„Diese Studie, die untersuchte, wie frühere warme Klimazonen uns darüber informieren können, was in der Zukunft zu erwarten ist, wenn sich unser Planet erwärmt, bringt die wichtige Rolle der Erwärmungsmuster der Ozeane in den Vordergrund“, sagt Burls. „Es ist wichtig zu verstehen, wie diese Muster die Reaktion des Wasserkreislaufs über Südwestafrika auf die globale Erwärmung bestimmen.“

Um die Auswirkungen der Klimaerwärmung auf Niederschläge aus Millionen von Jahren in der Vergangenheit zu untersuchen, analysierte das Team „molekulare Fossilien“ in Form alter Blattwachse. „Das sind Verbindungen, die Blätter produzieren, um sich vor dem Austrocknen zu schützen“, sagt Bhattacharya. „Sie werden von Blattoberflächen abgestoßen und gelangen in die Meeressedimente, wo wir sie extrahieren und ihre chemische Zusammensetzung untersuchen können.“

Pflanzen nutzen Wasserstoff aus Regenwasser, um die wachsartige Außenschicht ihrer Blätter zu produzieren, die im Meeressediment Millionen von Jahren überlebt. Das Blattwachs fungiert als Zeitkapsel, die im Meeressediment konserviert ist.

Nachdem sie das Millionen Jahre alte Sediment aus Afrika in ihr Labor in Syrakus transportiert hatten, nutzten Rubbelke und Bhattacharya Hitze und Druck, um Lipide (z. B. Fettmoleküle) zu extrahieren, und verwendeten dann verschiedene Lösungsmittel, um genau die Klasse von Molekülen zu isolieren, die sie verwendeten wollte messen. Aus diesen Molekülen ermittelten sie die Anzahl der vorhandenen verschiedenen Arten von Wasserstoff.

Durch den Vergleich ihrer Daten mit Klimamodellen überprüfen sie, wie gut diese Modelle vergangene Klimaveränderungen erfassen, was wiederum die Genauigkeit dieser Modelle bei der Vorhersage künftiger Niederschläge verbessern kann. Wie Bhattacharya anmerkt, ist dies von entscheidender Bedeutung, da sich Klimamodelle häufig nicht darüber einig sind, ob bestimmte Regionen als Reaktion auf die globale Erwärmung feuchter oder trockener werden.

„Wir verwenden reale Daten aus der antiken geologischen Vergangenheit, um unsere Fähigkeit zu verbessern, Niederschlagsänderungen im Zuge der Erwärmung des Planeten zu modellieren“, sagt sie.

Die Ergebnisse des Teams deuten darauf hin, dass beides möglich ist, je nachdem, wo extreme Meeresoberflächentemperaturen auftreten, ob die Zukunft im Südwesten Afrikas feuchter oder trockener sein wird.

Obwohl nicht viel getan werden kann, um die Klimaerwärmung umzukehren, verdeutlichen die Forscher, dass diese Studie die Notwendigkeit verdeutlicht, dass gefährdete Gemeinschaften über die Werkzeuge und Ressourcen verfügen, um sich an diese scheinbar häufiger auftretenden extremen Wetterereignisse anzupassen.