Klimalehren aus der letzten globalen Erwärmung

Die Erde erlebte vor 56 Millionen Jahren eines der größten und schnellsten Klimaerwärmungsereignisse in ihrer Geschichte: das Paläozän-Eozän-Thermalmaximum (PETM), das Ähnlichkeiten mit der gegenwärtigen und zukünftigen Erwärmung aufweist. In dieser Episode stiegen die globalen Temperaturen um 5 °C–8 °C. Es war gekennzeichnet durch eine Zunahme der Saisonalität der Regenfälle, die dazu führte, dass große Mengen Ton in den Ozean gelangten und ihn für bestimmte lebende Arten unbewohnbar machten.

Dieses Szenario könnte sich heute wiederholen. Das hat ein Team der Universität Genf (UNIGE) dank der Analyse von Sedimenten aus den tiefen Gewässern des Golfs von Mexiko herausgefunden. Diese Ergebnisse sind im Journal nachzulesen Geologie.

Das Paläozän-Eozän-Thermalmaximum (PETM) ist die größte und schnellste Klimastörung des Känozoikums (vor 65,5 Millionen Jahren bis heute). Diese Episode war sowohl hinsichtlich ihrer Amplitude als auch ihrer Plötzlichkeit (5.000 Jahre, eine sehr kurze Zeit im geologischen Maßstab) außergewöhnlich und war von einer Erwärmung der Temperaturen auf globaler Ebene gekennzeichnet. Es dauerte etwa 200.000 Jahre und führte zu zahlreichen marinen und terrestrischen Aussterben.

Es wäre durch eine hohe Konzentration von Kohlendioxid und Methan in der Atmosphäre verursacht worden, zwei starke Treibhausgase. Diese Gase können, wie derzeit der Fall ist, durch mehrere Phänomene freigesetzt worden sein, sicherlich in Kombination: die Freisetzung von Methanhydraten, die auf dem Meeresboden eingeschlossen sind, das plötzliche und signifikante Schmelzen des Permafrosts und die Injektion von Magma in die organischen Sedimente der Westrand von Norwegen. Der Ursprung dieser Prozesse wird noch diskutiert. Der Einschlag eines Meteoriten und/oder die Auswirkungen intensiver vulkanischer Aktivität in den Tiefen des Nordatlantiks könnten dafür verantwortlich sein.

Ein geologisches „Archiv“ von beispielloser Qualität

Aufgrund der vielen Ähnlichkeiten zwischen dem PETM und der aktuellen Erwärmung werden die geologischen Überreste dieser Periode von Wissenschaftlern genau untersucht. Ein Team der UNIGE meldet nun neue Elemente.

„Ziel unserer Studie war es, den Einfluss dieser klimatischen Veränderungen auf Sedimentsysteme, also auf die Prozesse der Sedimentbildung und -ablagerung, zu untersuchen und zu verstehen, wie diese Veränderungen von der Atmosphäre in die Tiefen des Ozeans übertragen worden sein könnten, “, erklärt Lucas Vimpere, Postdoktorand an der Sektion Erd- und Umweltwissenschaften der naturwissenschaftlichen Fakultät der UNIGE und Erstautor der Studie.

Die Forscher analysierten Sedimente aus mehr als 8 km Tiefe im Golf von Mexiko. Dieses Becken wirkt wie eine riesige „Senke“, in die über Jahrmillionen erodiertes und vom nordamerikanischen Kontinent transportiertes Material abgeführt wird.

„Aus Kosten- und Infrastrukturgründen werden die zur Untersuchung des PETM verwendeten Sedimente im Allgemeinen aus seichten Meeres- oder kontinentalen Umgebungen entnommen. Dank der Zusammenarbeit mit einem Ölunternehmen konnten wir eine Probe von bisher unerreichter Qualität ohne jede Veränderung erhalten“, sagt der Forscher. Der 543 Meter lange Kern enthält eine 180 Meter dicke PETM-Sedimentaufzeichnung und ist damit das weltweit vollständigste geologische „Archiv“ dieser Zeit.

Mehr Ton auf dem Meeresboden

Die UNIGE-Wissenschaftler fanden heraus, dass es zuerst aus einer großen Tonschicht und dann aus einer Sandschicht bestand, ein kontraintuitives Ergebnis. „Wir dachten zum Zeitpunkt des PETM, dass es mehr Niederschläge und damit mehr Erosion gegeben hat und dass dann große Mengen Sand zuerst von den Flusssystemen in die Ozeane transportiert wurden. Aber dank unserer Probe waren wir das feststellen, dass es sich in erster Linie um die Tone und nicht um die Sande handelte, die transportiert wurden“, erklärt Sébastien Castelltort, ordentlicher Professor an der Sektion Erd- und Umweltwissenschaften der UNIGE-Fakultät für Naturwissenschaften und Letztautor der Studie.

Dabei wurde festgestellt, dass der Zeitraum nicht durch eine Zunahme der jährlichen Niederschlagsrate, sondern durch eine Zunahme ihrer Saisonalität und Intensität gekennzeichnet war. „Dies führte zu einer erhöhten Mobilität der Flusskanäle – der tiefsten Bereiche eines Flusses – die wiederum große Mengen von Flusstonen, die auf den angrenzenden Schwemmlandebenen abgelagert wurden, in die Meerestiefen transportierten. Wir können jetzt das Vorhandensein von Ton in tiefen Becken als betrachten ein Zeichen für eine erhöhte Saisonabhängigkeit der Niederschläge“, sagt Lucas Vimpere. Das Phänomen hat zu einer Zunahme der Ozeantrübung geführt, die für Meereslebewesen, insbesondere Korallen, schädlich ist.

„Das PETM ist ein potenzielles Analogon der aktuellen Erwärmung. Wie jüngste IPCC-Berichte zeigen, sehen wir jetzt auch eine Zunahme der Saisonalität und Intensität der Niederschläge. Wie unsere Studie zeigt, wird dies wahrscheinlich Sedimentsysteme auf die gleiche Weise destabilisieren wie während.“ PETM und mit den gleichen Folgen für die Ozeane und lebende Arten“, erklärt Lucas Vimpere. Diese neuen Daten können nun in die Modellierung integriert werden, die darauf abzielt, die Entwicklung und die Folgen der globalen Erwärmung vorherzusagen.