Sonneneinstrahlung beeinflusste Klimadynamik von Eiszeiten

Die Stärke der Sonnen­einstrahlung im Sommer beeinflusste in vergangenen Eiszeiten das Auftreten von Warm- und Kaltperioden und spielte eine wichtige Rolle beim Auslösen abrupter Klima­änderungen. Darauf deutet eine Studie von Klimaforschern, Geowissen­schaftlern und Umwelt­physikern hin. Anhand von Stalagmiten in den europäischen Alpen konnten sie aufzeigen, dass Warmphasen vor allem dann auftraten, wenn die sommerliche Sonnen­einstrahlung auf der nördlichen Hemisphäre Maxima erreichte.

Vergangene Eiszeiten auf der Nordhemisphäre waren von plötzlichen Übergängen zwischen kalten und warmen Phasen geprägt, die jeweils mehrere tausend Jahre andauerten. Der Grund für diese Schwankungen ist nicht abschließend geklärt, wird in der Wissenschaft jedoch auf Effekte zurückgeführt, die mit der Größe der kontinentalen Eisschilde zusammen­hängen. In grönländischem Eis sind 25 solcher Warm-Kalt-Zyklen zwischen 115.400 und 14.700 Jahren vor heutiger Zeit dokumentiert. Anhand von Stalagmiten aus dem Melchsee-Frutt-Höhlensystem in den Schweizer Alpen konnten die Forscher erstmals 16 solcher Schwankungen für die Zeit der vorletzten Eiszeit vor 185.000 bis 130.000 Jahren mit hoher Präzision untersuchen.

Tropfsteine in Höhlen gehören zu den wesent­lichen Archiven der Klimaforschung, geben sie doch Hinweise auf Veränderungen der Temperatur, auf Niederschläge oder die Vegetations­bedeckung. „Wir können ihr Alter präzise bestimmen und somit die zeitliche Abfolge von abrupten Klima­schwankungen innerhalb der Eiszeiten analysieren, die wir an der Sauerstoff-Isotopen­zusammen­setzung der Tropfsteine erkennen“, erklärt Norbert Frank vom Institut für Umweltphysik der Uni Heidelberg. „Mit unseren Untersuchungen sind wir der Frage nach­gegangen, ob neben dem Eisvolumen auf der Nord­hemi­sphäre auch orbital angetriebene Änderungen in der globalen Verteilung der Sonnen­einstrahlung Einfluss auf die abrupten Klima­schwankungen gehabt haben könnten“, ergänzt der Leiter der Studie, Jens Fohlmeister vom Deutschen Geo­forschungs­zentrum Potsdam.

Die Übergänge von Warm-Kalt-Zyklen in der vorletzten Eiszeit haben die Wissen­schaftler untersucht, indem sie das Alter und die Sauerstoff­isotopen­zusammen­setzung von Stalagmiten aus dem Melchsee-Frutt-Höhlensystem analysierten. „Anhand der neu gewonnenen Forschungs­daten können wir zeigen, dass Warmphasen vor allem während der Hochphase der sommerlichen Sonnen­einstrahlung auf der nördlichen Hemisphäre auftraten, selbst wenn der Meeresspiegel – in Abhängigkeit vom Volumen der kontinentalen Eisschilde – während der Haupt­glazial­zeiten nahe seinem Minimum blieb“, erläutert Fohlmeister. Modell­simula­tionen bestätigen diese Beobachtungen. Sie prognos­tizieren in Über­ein­stimmung mit den Forschungs­daten aus dem Höhlensystem sowohl die Häufigkeit als auch die Dauer von Warmphasen bei entsprechendem Meeresspiegel und gegebener Sonnen­einstrahlung.

U. Heidelberg / RK

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• Originalveröffentlichung
  J. Fohlmeister et al.: The role of Northern Hemisphere summer insolation for millennial-scale climate variability during the penultimate glacial, Commun. Earth & Environ. 4, 245 (2023); DOI: 10.1038/s43247-023-00908-0
• Institut für Umweltphysik, Universität Heidelberg
• Deutsches Geoforschungszentrum Potsdam