Kohlendioxid und Temperatur

- ein Blick auf 420 Millionen Jahre Klimageschichte

Für die Vorhersage der zukünftigen Klimaentwicklung stellt der Zusammenhang zwischen der Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre und der mittleren globalen Temperatur einen entscheidenden Faktor dar. Doch bisherige Abschätzungen der so genannten Klima-Sensitivität - darunter verstehen die Klimatologen den Temperaturanstieg bei einer Verdopplung des Kohlendioxid-Anteils - basieren nahezu ausschließlich auf Untersuchungen der jüngeren klimatischen Vergangenheit bis hin zu einigen tausend Jahren. Die Ergebnisse solcher Untersuchungen könnten deshalb insbesondere für Klimaverhältnisse, die stark von den heutigen abweichen, irreführend sein.

Dana L. Royer von der Wesleyan University in Middleton im US-Bundesstaat Connecticut und ihre Kollegen Robert A. Berner und Jeffrey Park von der Yale University in New Haven, ebenfalls in Connecticut, haben deshalb jetzt erstmals die Klima-Sensitivität im Verlauf der letzten 420 Millionen Jahre untersucht. In diesem Zeitraum war die Durchschnittstemperatur auf der Erde zeitweilig erheblich wärmer oder kälter als heute. Wie die Forscher im Fachblatt "Nature" berichten, war die Klima-Sensitivität über den gesamten Zeitraum hinweg größer als 1,5 Grad Celsius, was in guter Übereinstimmung mit Abschätzungen aus der jüngeren Klimageschichte ist, die Werte von 1,5 bis 6,2 Grad Celsius liefern.

"Eine Klima-Sensitivität größer als 1,5 Grad Celsius war also wahrscheinlich ein robustes Merkmal des irdischen Klimasystems im Verlauf der vergangenen 420 Millionen Jahre, unabhängig vom Temperaturniveau", schreiben Royer, Berner und Park. Auch bei einem Anstieg der mittleren Temperatur ist es deshalb unwahrscheinlich, dass die Reaktion des Klimas auf das Treibhausgas Kohlendioxid sich durch bislang unbekannte Effekte abschwächt.

Frühere Untersuchungen zielten stets auf eine direkten Vergleich der Kohlendioxid-Konzentration und der Temperatur ab. Royer und ihre Kollegen kritisieren dieses Verfahren jedoch als unzuverlässig, da es keine verlässliche Methode zur Bestimmung der mittleren globalen Temperatur (im Gegensatz zu lokalen Temperaturen) gebe. Das Team hat deshalb einen anderen, indirekten Weg eingeschlagen. Die Forscher haben den Kohlendioxid-Anteil der Atmosphäre numerisch für unterschiedliche Werte der Klima-Sensitivität simuliert und mit Messungen des Kohlendioxid-Anteils vergleichen.

Für ihre Simulationen verwendeten Royer und ihre Kollegen das in der Klimaforschung etablierte GEOCARBSULF-Modell. Insgesamt rechneten die Forscher für jeden Wert der Klima-Sensitivität 10.000 Modelle mit unterschiedlichen Parametern durch, die den Einfluss von Verwitterungsprozessen und der Biosphäre auf den Kohlendioxid-Anteil in der Atmosphäre bestimmen.

Zwar lassen sich, so die Forscher, extreme Kombinationen von Parametern finden, für die eine Klima-Sensitivität kleiner als 1,5 Grad Celsius möglich wäre, doch diese erforderten beispielsweise ein unrealistisches Pflanzenwachstum ohne Beschränkungen bei der Zufuhr an Nährstoffen und Wasser auf der ganzen Erde.

Generell liefern Modelle mit einer Klima-Sensitivität kleiner als 1,5 Grad Celsius zu hohe Kohlendioxid-Anteile, Modelle mit einer Klima-Sensitivität größer als 6 Grad Celsius dagegen zu niedrige. Es kann also sowohl bei Modellierungen der Klimavergangenheit unseres Planeten, als auch bei Voraussagen des zukünftigen irdischen Klimas davon ausgegangen werden, dass das Klima signifikant auf den Anstieg des Kohlendioxid-Anteils in der Atmosphäre reagiert

Rainer Kayser

Weitere Infos:

• Originalarbeit:"Climate sensitivity constrained by CO2 concentrations over the past 420 million years", Dana L. Royer, Robert A. Berner & Jeffrey Park, Nature 446, 530 (2007); doi:10.1038/nature05699
  

• weitere Arbeiten:
  • "CO2-forced climate thresholds during the Phanerozoic", D.L.Royer, Geochim. Cosmochim. Acta 70, 5665 (2006)"
  • Climate Change 2001: The Scientific Basis", J.T.Houghton et al. (Hrsg.), CambridgeUniv. Press (2001)
  • "Climate sensitivity constrained by temperature reconstructions over the past seven centuries", G.C.Hegerl et al., Nature 440, 1029 (200
  • "GEOCARBSULF: A combined model for Phanerozoic atmospheric O2 and CO2", R.A.Berner, Geochim. Cosmochim. Acta 70, 5653 (2006)
    

• Links:
  • Wesleyan University:
    http://www.wesleyan.edu/
  • YaleUniversity:
    http://www.yale.edu/