Verlangsamung des Meeresbodens in der Antike warnt vor künftigem Klimachaos

Was die Reaktion der Ozeane auf die globale Erwärmung angeht, sind wir nicht in völlig unbekanntem Fahrwasser. Eine Studie der University of California in Riverside zeigt, dass Perioden extremer Hitze in der Vergangenheit der Austausch von Wasser von der Oberfläche in die Tiefen des Ozeans abnahmen.

Dieses System wird als „globales Förderband“ bezeichnet, da es durch die Bewegung des Ozeanwassers die Wärme rund um den Globus umverteilt und so weite Teile des Planeten bewohnbar macht.

Mithilfe von winzigen, versteinerten Muscheln aus uralten Tiefseesedimenten Studie erscheinen in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften zeigt, wie das Förderband vor etwa 50 Millionen Jahren reagierte.

Zu diesem Zeitpunkt ähnelten die klimatischen Bedingungen auf der Erde den für das Ende dieses Jahrhunderts vorhergesagten Bedingungen, falls keine wesentlichen Maßnahmen zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen ergriffen werden.

Die Ozeane spielen bei der Regulierung des Erdklimas eine entscheidende Rolle. Sie transportieren warmes Wasser vom Äquator zum Nord- und Südpol und sorgen so für ein Temperaturgleichgewicht auf dem Planeten.

Ohne dieses Zirkulationssystem wäre es in den Tropen viel heißer und an den Polen viel kälter. Veränderungen in diesem System sind mit signifikanten und abrupten Klimaveränderungen verbunden.

Darüber hinaus spielen die Ozeane eine entscheidende Rolle bei der Entfernung von menschengemachtem Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

„Die Ozeane sind heute der bei weitem größte Kohlenstoffspeicher auf der Erdoberfläche“, sagte Sandra Kirtland Turner, stellvertretende Leiterin der Abteilung für Erd- und Planetenwissenschaften der UCR und Erstautorin der Studie.

„Heute enthalten die Ozeane fast 40.000 Milliarden Tonnen Kohlenstoff – mehr als das 40-fache der Kohlenstoffmenge in der Atmosphäre. Die Ozeane nehmen auch etwa ein Viertel der vom Menschen verursachten CO2-Emissionen auf“, sagte Kirtland Turner. „Wenn die Meeresströmungen langsamer werden, kann sich auch die Aufnahme von Kohlenstoff in die Ozeane verlangsamen, was die Menge an CO2 erhöht, die in der Atmosphäre verbleibt.“

Frühere Studien haben Veränderungen der Meeresströmungen in der jüngeren geologischen Vergangenheit der Erde gemessen, etwa nach der letzten Eiszeit. Diese lassen sich jedoch nicht annähernd mit dem CO2-Gehalt oder der heutigen Erwärmung des Planeten vergleichen. Andere Studien liefern erste Hinweise darauf, dass die Tiefenströmungen der Ozeane, insbesondere im Nordatlantik, bereits nachlassen.

Um besser vorhersagen zu können, wie die Meeresströmungen auf die durch Treibhausgase verursachte globale Erwärmung reagieren, untersuchte das Forschungsteam das frühe Eozän vor rund 49 bis 53 Millionen Jahren. Die Erde war damals viel wärmer als heute, und diese Grundtemperatur war durch CO2- und Temperaturspitzen, sogenannte Hyperthermalwellen, unterbrochen.

In dieser Zeit war es in der Tiefsee bis zu 12 Grad Celsius wärmer als heute. Während der Hyperthermalphase erwärmten sich die Ozeane um weitere 3 Grad Celsius.

„Obwohl die genaue Ursache dieser hyperthermischen Ereignisse umstritten ist und sie lange vor der Existenz des Menschen auftraten, sind diese Hyperthermieereignisse die besten Analogien, die wir für den zukünftigen Klimawandel haben“, sagte Kirtland Turner.

Durch die Analyse winziger fossiler Schalen von verschiedenen Meeresbodenstellen rund um den Globus rekonstruierten die Forscher Muster der Tiefenozeanzirkulation während dieser hyperthermischen Ereignisse.

Die Schalen stammen von Mikroorganismen namens Foraminiferen, die überall in den Ozeanen der Welt sowohl an der Oberfläche als auch auf dem Meeresboden vorkommen. Sie sind etwa so groß wie ein Punkt am Ende eines Satzes.

„Während die Tiere ihre Schalen bauen, nehmen sie Elemente aus den Ozeanen auf, und wir können die Unterschiede in der Chemie dieser Schalen messen, um im Großen und Ganzen Informationen über die Temperaturen und Zirkulationsmuster der Ozeane in früheren Zeiten zu rekonstruieren“, sagte Kirtland Turner.

Die Schalen selbst bestehen aus Kalziumkarbonat. Sauerstoffisotope im Kalziumkarbonat sind Indikatoren für die Temperatur des Wassers, in dem die Organismen wuchsen, und für die Eismenge auf dem Planeten zu dieser Zeit.

Die Forscher untersuchten auch Kohlenstoffisotope in den Schalen, die das Alter des Wassers widerspiegeln, in dem die Schalen gesammelt wurden, oder wie lange das Wasser von der Meeresoberfläche isoliert war. Auf diese Weise können sie Muster der Bewegung des Tiefseewassers rekonstruieren.

Foraminiferen können keine Photosynthese betreiben, aber ihre Schalen zeigen den Einfluss der Photosynthese anderer Organismen in der Nähe, wie Phytoplankton. „Photosynthese findet nur an der Meeresoberfläche statt, daher enthält Wasser, das sich kurz zuvor an der Oberfläche befunden hat, ein kohlenstoffreiches Signal, das sich in den Schalen widerspiegelt, wenn dieses Wasser in die Tiefe des Ozeans sinkt“, sagte Kirtland Turner.

„Umgekehrt hat Wasser, das lange Zeit von der Oberfläche isoliert war, relativ mehr Kohlenstoff-12 aufgebaut, da die Überreste photosynthetischer Organismen absinken und zerfallen. Älteres Wasser hat also relativ mehr Kohlenstoff-12 als ‚junges‘ Wasser.“

Wissenschaftler erstellen häufig Vorhersagen über die heutige Meeresströmung anhand von Klimamodellen am Computer. Sie verwenden diese Modelle, um die Frage zu beantworten: „Wie wird sich der Ozean verändern, wenn sich der Planet weiter erwärmt?“ Dieses Team verwendete ähnliche Modelle, um die Reaktion des Urmeers auf die Erwärmung zu simulieren. Anschließend nutzten sie die Schalenanalyse der Foraminiferen, um die Ergebnisse ihrer Klimamodelle zu testen.

Während des Eozäns gab es etwa 1.000 Teile pro Million (ppm) Kohlendioxid in der Atmosphäre, was zu den hohen Temperaturen dieser Ära beitrug. Heute enthält die Atmosphäre etwa 425 ppm.

Allerdings stößt der Mensch jedes Jahr fast 37 Milliarden Tonnen CO2 in die Atmosphäre aus. Bleibt es bei diesen Emissionen, könnten bis zum Ende dieses Jahrhunderts ähnliche Bedingungen wie im frühen Eozän herrschen.

Deshalb sei es laut Kirtland Turner zwingend erforderlich, alle Anstrengungen zur Reduzierung der Emissionen zu unternehmen.

„Es ist keine Alles-oder-Nichts-Situation“, sagte sie. „Jede noch so kleine Veränderung ist wichtig, wenn es um den Kohlendioxidausstoß geht. Selbst kleine CO2-Reduktionen führen zu weniger Umweltbelastungen, weniger Todesfällen und weniger Veränderungen in der Natur.“