Vor 55 Millionen Jahren löste eine starke globale Erwärmung gleich zwei Injektionen von Treibhausgasen in die Atmosphäre aus - und die Steigerungsrate lässt darauf schließen, dass das Ereignis der antiken Erwärmung wichtige Lehren für das sein könnte, was mit dem heutigen Klimawandel zu erwarten ist.
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Eine der besten Möglichkeiten, um herauszufinden, wie sich die vom Menschen verursachte globale Erwärmung in Zukunft auf die Erde auswirken wird, besteht darin, zu untersuchen, wie unser Planet in der Vergangenheit auf den Klimawandel reagiert hat. Viele Forscher glauben, dass das Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum (PETM) vor 55 Millionen Jahren für unsere derzeitige Situation besonders relevant ist, da es auch eine massive Kohlenstoffinjektion in die Atmosphäre beinhaltet, die zu spiralförmigen globalen Temperaturen führt.
Nicht alle Forscher waren davon überzeugt, dass wir vom PETM noch viel lernen können. Einige Studien deuteten darauf hin, dass sich das Klima damals viel langsamer änderte als jetzt, wobei sich der atmosphärische Kohlenstoff nach und nach über etwa 20.000 Jahre aufbaute, möglicherweise aufgrund der langsamen Freisetzung vulkanischer Gase. Wieder andere Studien kamen zu dem Schluss, dass die PETM-Veränderungen viel zu schnell vorkamen, als dass wir sie mit unserer gegenwärtigen Situation vergleichen könnten. Eine Studie aus dem letzten Jahr ergab, dass der atmosphärische Kohlenstoff innerhalb weniger Jahre angestiegen ist, möglicherweise aufgrund eines massiven Kohlenstoffeintrags durch einen Kometeneinschlag.
Die neuesten geologischen Erkenntnisse, die heute in Nature Geoscience veröffentlicht wurden, lassen diese „zu langsamen“ und „zu schnellen“ Erwärmungsszenarien jedoch eher unwahrscheinlich erscheinen. Stattdessen war die Änderungsrate wahrscheinlich „genau richtig“, um moderne Vergleiche anstellen zu können.
Forscher unter der Leitung von Gabe Bowen von der University of Utah bohrten in der Nähe von Powell, Wyoming, einen 820-Fuß-Kern aus dem Boden. Ihre Probe schneidet durch uralte Böden, die sich vor, während und nach der PETM gebildet haben und nun zu Stein geworden sind. Die Bodenschichten enthalten Tausende von Carbonatknollen, von denen jede verschiedene Kohlenstoffarten enthält, die die Zusammensetzung der Atmosphäre zum Zeitpunkt der Knollenbildung widerspiegeln. Durch Messung dieser Sorten oder Isotope in jedem Knoten konnten die Forscher ein Bild davon erstellen, wie Kohlenstoff in die antike Atmosphäre eingebracht wurde. Es ist nicht das erste Mal, dass Forscher eine solche Kohlenstoffbilanz für das PETM erstellen. Ähnliche Profile wurden mit Informationen aus marinen Sedimentkernen erstellt. Meeressedimente werden jedoch durch das Eingraben von Tieren aufgewirbelt und verwischen die Details des Kohlenstoffbildes auf eine Weise, die an Land nicht so leicht vorkommt, sagen die Forscher.
Graue, rundliche Karbonatknollen punktieren diese Sedimentkerne, die aus dem Norden von Wyoming gebohrt wurden. (Bianca Maibauer, Universität von Utah) Die Ergebnisse zeigen, dass Kohlenstoff über einen Zeitraum von einigen tausend Jahren in die Atmosphäre gepumpt wurde - ungefähr so schnell wie die heutigen Emissionen. Sie fanden auch heraus, dass mindestens 992 Millionen Tonnen Kohlenstoff pro Jahr in die Atmosphäre gelangen - das entspricht einer Größenordnung von 10, 5 Milliarden Tonnen pro Jahr.
Das vielleicht interessanteste Ergebnis war jedoch, dass das PETM anscheinend zwei getrennte Kohlenstoffimpulse enthielt. Ein paar tausend Jahre bevor die PETM in vollem Gange war, gab es eine kurzlebige Periode der globalen Erwärmung. Der atmosphärische Kohlenstoffgehalt stieg im Laufe von vielleicht 1500 Jahren an, blieb ein Jahrtausend lang hoch und normalisierte sich dann rasch wieder. Nach ein paar weiteren Jahrtausenden stieg der Kohlenstoffgehalt wieder an - diesmal blieben sie jedoch Zehntausende von Jahren hoch und verursachten das wahre PETM-Ereignis.
"Dies ist der erste starke Beweis dafür, dass diese beiden Impulse zeitlich sehr eng beieinander liegen", sagt Studienmitautor Scott Wing, Paläobiologe am Smithsonian National Museum of Natural History. Dies ist eine bedeutende Beobachtung, sagt er, denn dadurch können wir besser einschätzen, was die PETM ausgelöst hat. „Es ist fast peinlich, dass wir noch keinen Grund gefunden haben“, sagt Wing. "Es ist das erste, was jemand wissen möchte - aber auch 20 Jahre nach der Identifizierung des PETM streiten wir immer noch über die Ursache."
Die neuen Ergebnisse scheinen das sehr langsame, vulkanisch induzierte Szenario auszuschließen - der Kohlenstoff ist zu schnell in die Umwelt gelangt, als dass dies funktioniert hätte. Und weil es zwei unterschiedliche Erwärmungsimpulse gab, sieht das Kometenszenario auch schwach aus. „Dann müssten Sie zwei separate Kometen haben - das klingt ein bisschen nach einer besonderen Bitte“, sagt Wing.
Der Paläobiologe Scott Wing von der Smithsonian Institution hat eine Kernprobe aus Wyomings Willwood-Formation in einer von der Universität von Utah geleiteten Studie über eine Episode der globalen Erwärmung vor fast 56 Millionen Jahren entnommen. (William Clyde, Universität von New Hampshire) Stattdessen argumentieren die Autoren, dass eine Freisetzung von Methan aus Ablagerungen unter dem Meeresboden sowohl die Änderungsrate als auch die merkwürdigen Doppelpulse erklären würde. Dieses Methan ist normalerweise sicher in einer festen Form eingeschlossen, die als Methan-Clathrat bezeichnet wird, aber möglicherweise hat sogar ein Erdrutsch ausgereicht, um einen Bereich des Meeresbodens zu destabilisieren und eine riesige Clathrat-Lagerstätte freizusetzen. Diese Art von Ereignis hätte den kurzlebigen Puls der globalen Erwärmung vor dem Hauptereignis der PETM auslösen können.
In Reaktion auf diesen ersten Impuls könnten die Ozeane der Erde die überschüssige atmosphärische Wärme aufgenommen haben. Wenn doch, ist es möglich, dass dieser natürliche Wiederherstellungsmechanismus das Hauptereignis ausgelöst hat. Wärmere Ozeane können selbst Clathratablagerungen destabilisieren, was erklären könnte, woher der zweite Kohlenstoffpuls kam, sagt Wing. Wenn dieses Szenario zutrifft, wird das PETM für die Gegenwart noch relevanter: Die Ozeane erwärmen sich wieder, und die Clathratablagerungen unter dem Meeresboden beginnen sich wieder zu destabilisieren.
Aus Sedimenten im russischen Baikalsee freigesetzte Methan-Clathrate scheinen durch das Eis zu sprudeln. (Louise Murray / Robert Harding Weltbilder / Corbis) „Anfangs war ich etwas skeptisch gegenüber der Studie - Bodenkarbonate sind normalerweise schwer zu interpretieren“, sagt Henrik Svensen von der Universität Oslo in Norwegen. "Aber es scheint eine schöne und gründliche Studie zu sein, die dem PETM tatsächlich neue Perspektiven hinzufügt." Was nicht klar ist, fügt Svensen hinzu, ist der Grund, warum der Doppelpuls in anderen Studien angesichts mehrerer Gruppen von nicht wirklich deutlich aufgetaucht ist An anderen Orten der Welt arbeitende Geologen haben Kohlenstoffisotope in Gesteinen verwendet, um die atmosphärischen Bedingungen während der PETM relativ detailliert zu rekonstruieren.
Andere Forscher gaben an, in früheren Studien Hinweise auf die beiden Impulse gesehen zu haben. Zum Beispiel veröffentlichten Ying Cui und Lee Kump von der Pennsylvania State University und ihre Kollegen 2011 eine Analyse von Kohlenstoffisotopen in marinen PETM-Sedimenten vor der Küste von Spitzbergen im Arktischen Ozean. „Wir haben auch zwei Impulse identifiziert, die mit Versteilungen und Abflachungen im Kohlenstoffisotopenrekord zusammenhängen“, sagt Kump.
Trotzdem ist nicht jeder davon überzeugt, dass die neuesten Beweise die Todesursache für frühere Erwärmungsszenarien sind. James Wright von der Rutgers University war Mitverfasser der letztjährigen Veröffentlichung und argumentierte, dass die Erwärmung des PETM schnell vorgekommen sei, möglicherweise aufgrund eines Kometen. Da die neuen Ergebnisse zeigen, dass sich die atmosphärischen Bedingungen zwischen dem ersten und dem zweiten Puls normalisiert haben, können wir nicht sicher sein, dass der erste Puls eine direkte Relevanz für das PETM hat, kontert er. Dies würde den Weg frei lassen, damit der zweite Impuls ausschließlich verantwortlich ist - was bedeutet, dass wir das Kometenszenario nicht vollständig ausschließen können.
Wenn Wing und seine Kollegen Recht haben und das Ereignis der globalen Erwärmung von PETM dem heutigen Ereignis ähnelt, wissen wir, dass es kein perfekter Vergleich ist. Die Welt war vor 55 Millionen Jahren ein ganz anderer Ort. Zum Beispiel war der Planet schon vor dem PETM so warm, dass es keine Eiskappen gab. Wir sollten uns auch nicht zu sehr damit trösten, dass das PETM kein schwerwiegendes Massensterben verursacht hat, sagt Wing, denn die gegenwärtige globale Erwärmung bedroht zwar nicht die Existenz unserer Spezies, bedroht jedoch unsere Lebensweise. "Wir sprechen von massiven Veränderungen, die unglaublich viel menschliches Leid und den Verlust der Dinge verursachen können, die uns allen am Herzen liegen", sagt er.
