Hydroklima-Studie zeigt: Natürliche Schwankungen der Erdneigung beeinflussen Niederschlag und Luftfeuchtigkeit

Ein Forscherteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) hat das Hydroklima der mittleren Breiten des Südostpazifiks über 50.000 Jahre anhand spezieller Feuchtigkeitsindikatoren in marinen Sedimentkernen analysiert. Dabei stellten sie fest, dass natürliche Schwankungen der Erdumlaufbahnparameter einen entscheidenden Einfluss haben.

Das Verständnis der Ursachen für die Veränderung von Luftfeuchtigkeit und Niederschlag in der Erdgeschichte ist entscheidend, um durch verbesserte Modellierungen die zukünftigen Hydroklima-Änderungen des Planeten besser einschätzen zu können. Ein Bereich, auf den sich Klimaforscher weltweit konzentrieren, ist das Hydroklima – also die Gesamtheit aller langfristigen Wetterphänomene in einer Region, die Niederschlagsmenge und Luftfeuchtigkeit bestimmen. Denn der Weltklimarat IPCC stellt unmissverständlich fest: Mit fortschreitendem Klimawandel steigt das Risiko hydroklimatischer Extreme – sowohl Dürren als auch Starkregenereignisse.

„Das Hydroklima einer Region zu verstehen oder Zukunftsszenarien zu modellieren, ist alles andere als trivial und mit großen Unsicherheiten behaftet, da es das Ergebnis eines außerordentlich komplexen Zusammenspiels vieler Faktoren ist“, sagt Jérôme Kaiser vom IOW. „Die Analyse von Veränderungen des Erdklimas bis weit in die Vergangenheit kann helfen, Muster zu erkennen und so wichtige Einflussfaktoren zu identifizieren.“

Der Experte für Paläozeanographie und Paläoklima ist Hauptautor einer Studie in NaturkommunikationJetzt veröffentlicht zusammen mit Forschern des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen und zweier chilenischer Universitäten, der Universität Magallanes in Punta Arenas und der Universität von Chile in Santiago.

Die Studie ermöglicht einen Einblick in die paläoklimatische Vergangenheit durch die Analyse mehrerer Sedimentkerne aus dem Südostpazifik, die aus Wassertiefen zwischen 850 und 3.300 Metern am Kontinentalhang vor der Nord- und Südküste Chiles geborgen wurden.

„Marineablagerungen, die sich über Jahrtausende in gut datierbaren Schichten ablagern, sind hervorragende Archive, aus denen wir anhand bestimmter Indikatoren – sogenannter Umweltproxys – die vergangenen Umweltbedingungen auf der Erde rekonstruieren können“, erklärt Kaiser.

Die in der vorliegenden Studie verwendeten Bohrkerne decken einen Zeitraum von rund 50.000 Jahren ab. Das Forschungsteam untersuchte dabei vor allem den Gehalt an Deuterium, einem natürlich vorkommenden Wasserstoffisotop, in Blattwachsen von Landpflanzen, die in Meeresablagerungen abgelagert sind.

„Wir wissen, dass unterschiedliche Deuteriumwerte viel über die Niederschlagsbedingungen einer Region aussagen – über die Menge und Intensität des Niederschlags, aber auch über den Ursprung der Feuchtigkeit, aus der der Niederschlag entstanden ist“, erläutert Kaiser den Ansatz.

Die Ergebnisse zeigen klare Muster für die Feuchtigkeitsquellen und die Niederschlagsmenge im mittelbreiten Hydroklima des südöstlichen Pazifiks: Während im südlichen Chile der Regen vor allem von den subantarktischen Westwinden gebracht wurde, stammten die Niederschläge in den mittleren Breiten Chiles auch aus den Subtropen. Menge und Herkunft der Niederschläge aus diesen Quellen in beiden Regionen unterliegen allerdings über die Jahrtausende hinweg erheblichen Schwankungen.

„Besonders interessant war für uns, dass die Schwankungen in Niederschlagsmenge und -intensität ausgeprägten zeitlichen Zyklen folgen, die erst durch den langen Zeitraum, den die Sedimentkerne repräsentieren, sichtbar werden: In Zentralchile beträgt die Zykluslänge 23.000 Jahre, in Südchile hingegen 41.000 Jahre“, betont Kaiser.

Diese zeitlichen Muster korrelieren sehr gut mit zeitlichen Zyklen natürlicher Änderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne: Bei einem als „Präzession“ bezeichneten Phänomen, das mit dem kürzeren Niederschlagszyklus in Zentralchile korreliert, erfährt die Erdachse eine kegelförmige Rotation und verändert so die Ausrichtung des Planeten in Bezug auf die Sonne.

Darüber hinaus verändert die Erdachse auch ihre Neigung innerhalb des Planeten, was als „Erdachsenneigungsphänomen“ bekannt ist und auch die Stellung des Planeten zur Sonne beeinflusst. Es korreliert mit dem längeren Zeitzyklus der Niederschläge in Südchile.

„Beide Bahnphänomene beeinflussen die Intensität der Sonneneinstrahlung in verschiedenen Regionen, indem sie die Neigung des Planeten verändern. Und das hat wiederum Konsequenzen für die Winde, die Feuchtigkeit und Regen transportieren“, sagt Kaiser. Dass die Bahnvariabilität der Erde klimatische Konsequenzen hat, sei schon lange vermutet und in regionalen Klimamodellen berücksichtigt, so der Paläoklimaexperte weiter.

„Allerdings liefert unsere Studie anhand der Ergebnisse der Deuteriummessungen konkrete Hinweise darauf, dass das Hydroklima der mittleren Breiten Chiles maßgeblich von Bahnparametern gesteuert wird. Und auch hydroklimatische Extreme im mittleren Süden Chiles, wie etwa die sehr hohen Niederschläge während der letzten Eiszeit oder die ausgeprägte Dürre des frühen Holozäns, lassen sich plausibel durch Bahnänderungen erklären“, sagt Kaiser.

Der Warnemünder Forscher geht in seinen Schlussfolgerungen sogar noch weiter.

„Es kann nicht darum gehen, extreme hydroklimatische Ereignisse ausschließlich auf natürliche Veränderungen der Erdschiefe zurückzuführen. Um das Signal menschengemachter Klimafolgen aber richtig zu erkennen, müssen wir die Schwankungen, die natürlichen Einflüssen unterliegen, besser verstehen und auch berücksichtigen, dass sich natürliche und menschengemachte Schwankungen in ihrer Wirkung addieren können.“

„Das gilt natürlich auch für Nord- und Mitteleuropa, wo die variable Umlaufbahn der Erde ebenfalls klimatische Auswirkungen hat.“