Wie Wissenschaftler*innen aus vergangenen Warmzeiten lernen

Tiefseebohrkerne als Klimaarchiv

Das beste Langzeitklimaarchiv der Erde sind ozeanische Ablagerungen. Wenn Meeresbewohner sterben, sinken sie auf den Meeresboden und lagern sich dort Schicht für Schicht ab. Für uns Paläoklimatolog*innen sind unter anderem die stecknadelkopfgroßen Foraminiferen interessant. Diese Einzeller leben in großer Vielfalt teils auf dem Meeresboden und teils im Wasser schwebend. Ein Großteil der Foraminiferenarten bildet ein Gehäuse aus Kalk beziehungsweise Kalziumkarbonat. Dazu verwenden sie gelöstes Karbonat aus dem Meerwasser. Steigt die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre, löst sich mehr CO₂ im Wasser und es kommt zu einer Versauerung mit abnehmendem pH-Wert. Infolgedessen wird die Schale der Foraminiferen weicher und im Extremfall sterben sie aus. In Proben aus Tiefseebohrungen erkennen wir dies daran, dass die durch die Kalkschaler normalerweise hellen Farben während des PETM von rötlichen Tönen abgelöst werden.

Ein weiterer Indikator für den CO₂-Gehalt ist Borat, das die Foraminiferen in geringen Mengen statt Karbonat in ihre Schale einbauen. Bor besitzt verschiedene Isotope, das heißt, die Masse des Elements variiert, weil es mit unterschiedlich vielen Neutronen im Atomkern auftritt. Die Häufigkeitsverteilung der Borisotope im Meerwasser hängt vom pH-Wert ab, sodass wir auch darüber auf die CO₂-Konzentration schließen können; dies untersuchen wir im Rahmen eines VeWA-Teilprojekts.

Schließlich können wir aus der Schale der Foraminiferen auch die Meerestemperaturen vergangener Erdzeitalter ableiten. Und zwar anhand geringer Mengen von Magnesium, das anstelle von Kalzium in das Skelett der Foraminiferen eingebaut wird. Das geschieht umso häufiger, je wärmer das Meer wird. In meiner Arbeitsgruppe hat Dr. David Evans dieses „Magnesium-Thermometer“ weiterentwickelt und wendet es erfolgreich auf die Umwelt des Eozäns an.

Genauere Temperaturdaten aus früheren Erdzeitaltern ermöglicht auch eine kürzlich von der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Jens Fiebig weiterentwickelte Methode. Sie basiert auf der temperaturabhängigen isotopischen Zusammensetzung der Karbonatskelette von Meeres- und Landbewohnern. Man kann die Temperatur am Grad der „Verklumpung“ der schweren Isotope ablesen. Dieser Prozess wird aber auch durch die Umstände der Mineralisation beeinflusst. Dem Team ist es gelungen, diesen Einfluss herauszurechnen und die Temperaturen exakter anzugeben. Das ist für die Paläoklimatologie und unseren VeWA-Schwerpunkt ein großer Fortschritt. 

Lernen für die Zukunft

Mit exakten Daten aus der tiefen Erdvergangenheit sollen die Klimasimulationen verbessert werden. Derzeit können sie ein entscheidendes Kennzeichen früherer Warmzeiten nicht gut genug reproduzieren, und zwar das geringere Temperaturgefälle zwischen dem Äquator und den Polen. Damals erwärmten sich die tropischen Ozeane weniger stark, dafür wurde viel Hitze von den Tropen zu den Polen transportiert. Diesen Prozess untersuchen wir in mehreren VeWA-Teilprojekten.

Schon jetzt ist sicher: Wir können nicht darauf warten, dass die Treibhausgase auf natürlichem Weg über die Gesteinsverwitterung zurückgehen. Wenn wir den CO₂-Ausstoß nicht drosseln, steuern wir auf eine ähnliche Situation wie im eozänen „hothouse“ zu, die wir ebenfalls im VeWA-Schwerpunkt untersuchen. Damals lag die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre bei 1000 ppm (parts per million). Heute sind wir „erst“ bei fast 415 ppm, was allerdings schon sehr deutlich über dem vorindustriellen Wert von 280 ppm liegt. Und bei einer jährlichen Steigerungsrate von zwei bis drei ppm nähern wir uns aktuell bedenklich schnell einem Kipppunkt, in dessen Folge die Erderwärmung in einem nicht mehr umkehrbaren selbstverstärkenden Effekt voranschreiten könnte.

Noch haben wir es alle selbst in der Hand, ob es so weit kommt. Wichtig ist, dass sich das Wissen um die Zusammenhänge des Klimawandels sehr rasch stärker in der Bevölkerung verbreitet und politischer Druck aufgebaut wird. Deshalb werden wir Grundlagen und Ergebnisse des VeWA-Schwerpunkts über ein eigenes Teilprojekt zur Wissensvermittlung in einer Reihe von Ausstellungen und interaktiven Projekten mit den Bürger*innen teilen; und zwar nicht nur im Senckenberg Naturmuseum, sondern auch an anderen öffentlichen Orten wie dem Frankfurter Flughafen.