Wissenschaftler suchen oft in der Natur nach Antworten auf die dringendsten Herausforderungen der Menschheit. Wenn es um die globale Erwärmung geht, bietet die Erdgeschichte eine einzigartige, langfristige Perspektive.
Die Erdgeschichte ist geprägt von Perioden katastrophaler Vulkanausbrüche, bei denen große Mengen Kohlenstoff in die Atmosphäre und die Ozeane freigesetzt wurden. Der erhöhte Kohlenstoffgehalt löste eine rasche Klimaerwärmung aus, die zu Massenaussterben an Land und in den Meeresökosystemen führte. Diese Perioden des Vulkanismus haben möglicherweise auch die Kohlenstoff-Klima-Regulationssysteme über Millionen von Jahren gestört.
Ökologisches Ungleichgewicht
Erd- und Umweltwissenschaftler der ETH Zürich leiteten ein internationales Forscherteam der University of Arizona, der University of Leeds, des CNRS Toulouse und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) bei einer Studie über die Reaktion und Entwicklung der Vegetation auf grosse Klimaveränderungen und die Auswirkung solcher Veränderungen auf das natürliche Kohlenstoff-Klima-Regulationssystem der Erde.
Die Ergebnisse wurden veröffentlicht im Journal Wissenschaft.
Anhand geochemischer Analysen von Isotopen in Sedimenten verglich das Forschungsteam die Daten mit einem speziell entwickelten Modell, das eine Darstellung der Vegetation und ihrer Rolle bei der Regulierung des geologischen Klimasystems enthielt.
Sie nutzten das Modell, um zu testen, wie das Erdsystem in verschiedenen Szenarien auf die intensive Freisetzung von Kohlenstoff durch vulkanische Aktivität reagiert. Sie untersuchten drei bedeutende Klimaveränderungen in der Erdgeschichte, darunter das Sibirische Trapps-Ereignis, das vor etwa 252 Millionen Jahren das Perm-Trias-Massenaussterben verursachte.
ETH-Professor Taras Gerya weist darauf hin: „Das sibirische Trapps-Ereignis setzte innerhalb von 200.000 Jahren etwa 40.000 Gigatonnen (Gt) Kohlenstoff frei. Der daraus resultierende Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur um 5–10 °C war das schlimmste Aussterbeereignis der Erde in der geologischen Geschichte.“
Bewegen, anpassen oder untergehen
„Die Erholung der Vegetation nach dem Sibirischen Trapps-Ereignis dauerte mehrere Millionen Jahre. Während dieser Zeit war das Kohlenstoff-Klima-Regulationssystem der Erde schwach und ineffizient, was zu einer langfristigen Klimaerwärmung führte“, erklärt Hauptautor Julian Rogger von der ETH Zürich.
Forscher haben herausgefunden, dass die Schwere solcher Ereignisse davon abhängt, wie schnell der ausgestoßene Kohlenstoff wieder ins Erdinnere gelangen kann – gebunden durch die Verwitterung von Silikatmineralien oder die Produktion von organischem Kohlenstoff, wodurch Kohlenstoff aus der Erdatmosphäre entfernt wird.
Sie stellten außerdem fest, dass die Zeit, die das Klima benötigt, um einen neuen Gleichgewichtszustand zu erreichen, davon abhängt, wie schnell sich die Vegetation an die steigenden Temperaturen anpasst.
Einige Arten passten sich durch Evolution an, andere durch Migration in kühlere Regionen. Manche geologische Ereignisse waren jedoch so katastrophal, dass den Pflanzenarten einfach nicht genug Zeit blieb, um zu migrieren oder sich an den anhaltenden Temperaturanstieg anzupassen. Die Folgen davon hinterließen ihre geochemischen Spuren in der Klimaentwicklung für Tausende, möglicherweise Millionen von Jahren.
Die vom Menschen verursachte Klimakrise
Was bedeutet das für den vom Menschen verursachten Klimawandel? Die Studie ergab, dass eine Zerstörung der Vegetation die Dauer und Schwere der Klimaerwärmung in der geologischen Vergangenheit verlängerte. In einigen Fällen könnte es Millionen von Jahren gedauert haben, bis ein neues stabiles klimatisches Gleichgewicht erreicht wurde, da die Fähigkeit der Vegetation, den Kohlenstoffkreislauf der Erde zu regulieren, abnahm.
„Heute befinden wir uns in einer grossen globalen bioklimatischen Krise“, kommentiert Loïc Pellissier, Professor für Ökosysteme und Landschaftsentwicklung an der ETH Zürich und der WSL.
„Unsere Studie zeigt, welche Rolle die Funktion der Vegetation bei der Erholung von abrupten Klimaveränderungen spielt. Wir setzen derzeit Treibhausgase schneller frei als jedes Vulkanausbruchsereignis zuvor. Wir sind auch die Hauptursache für die globale Entwaldung, die die Fähigkeit natürlicher Ökosysteme, das Klima zu regulieren, stark einschränkt.
„Aus meiner Sicht dient diese Studie als Weckruf für die Weltgemeinschaft.“
Mehr Informationen:
Julian Rogger, Biogeografische Klimasensitivität steuert die Reaktion des Erdsystems auf die Kohlenstoffentgasung in großen magmatischen Regionen, Wissenschaft (2024). DOI: 10.1126/science.adn3450. www.science.org/doi/10.1126/science.adn3450