Ursache einer der größten Klimaverschiebungen entschlüsselt

Ein internationales Forschungsteam hat rekonstruiert, wie sich die atmosphärische Kohlendioxid-Konzentration vor 335 bis 265 Millionen Jahren entwickelt hat. Dieser Zeitraum umfasst den Höhepunkt der spätpaläozoischen Eiszeit, als sich das Klima der Erde dramatisch abkühlte. Die neuen Erkenntnisse liefern entscheidende Beweise dafür, dass CO2 bereits seit Hunderten von Millionen Jahren das Klima und die Umweltbedingungen auf der Erde reguliert.

CO2 ist das wichtigste Treibhausgas der Erde: Es absorbiert Wärme, strahlt einen großen Teil davon wieder auf die Erde zurück und beeinflusst so das globale Klima. Während die Rolle von CO2 in der jüngeren Klimageschichte sehr gut verstanden wird, war es lange Zeit eine Herausforderung, den CO2-Gehalt in der Erdgeschichte zu rekonstruieren. Das hinterließ Lücken im Verständnis der Übergänge zwischen Eis- und Warmzeiten.

Das Forschungsteam unter der Leitung von Hana Jurikova von der University of St. Andrews und neun weiteren Organisationen, darunter das Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, hat nun den atmosphärischen CO2-Gehalt während der Karbonzeit und des Perms vor 335 bis 265 Millionen Jahren rekonstruiert. Mit Hilfe von geochemischen Signaturen aus alten Fossilien konnten die Forschenden eine 80 Millionen Jahre alte Aufzeichnung des atmosphärischen CO2-Gehalts während des Übergangs der Erde in die und aus der vorletzten Eiszeit erstellen.

Die Forscher analysierten Isotopensignaturen in versteinerten Brachiopodenschalen, muschelähnlichen Organismen, die als natürliches Archiv der früheren Meeresbedingungen dienen. „Die chemische Zusammensetzung dieser Schalen spiegelt den Zustand der Ozeane zum Zeitpunkt ihrer Entstehung wider“, erklärt Jurikova. „Durch die Analyse von Bor-Isotopen können wir den CO2-Gehalt in der Atmosphäre ermitteln. Strontiumisotope geben Aufschluss über das Alter der Fossilien, während Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope Aufschluss über die CO2-Quelle und das Klima geben. Zusammen ermöglichen uns diese Techniken eine genaue Rekonstruktion der früheren CO2-Konzentrationen auf der Erde und ein Verständnis der Faktoren, die für ihre Veränderungen verantwortlich sind.“

Mit Hilfe dieser Methodik konnten die Forscher herausfinden, dass der CO2-Gehalt während des Karbons auf einen kritisch niedrigen Wert sank, was zu einer ausgedehnten Eiszeit führte, die mehrere Millionen Jahre andauerte. Vor etwa 294 Millionen Jahren, während des frühen Perms, stieg der CO2-Gehalt durch vulkanische Aktivitäten wieder an, wodurch sich die Erde erwärmte und die Eisschilde schmolzen.

„Der Beginn und das Ende der spätpaläozoischen Eiszeit war einer der wichtigsten Klimaübergänge in der Erdgeschichte, der die Entwicklung der modernen Umwelt und des Lebens auf unserem Planeten geprägt hat. Wir haben jetzt Beweise dafür, dass atmosphärisches CO2 ein wichtiger Faktor für diesen Wandel war“, sagt Anton Eisenhauer vom Geomar. „Obwohl sich die Zeitskalen der geologischen Klimaübergänge deutlich von den heutigen anthropogenen Klimaveränderungen unterscheiden, bleibt das Prinzip dasselbe – steigende CO2-Werte treiben die Erwärmung der Erdatmosphäre und den Anstieg des Meeresspiegels voran“, fügt Marcus Gutjahr vom Geomar hinzu.

Die Rekonstruktion der atmosphärischen CO2-Konzentration von vor Hunderten von Millionen Jahren ist nach wie vor eine Herausforderung, da es nur wenige gut erhaltene geologische Archive gibt. Die Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der langfristigen Entwicklung von atmosphärischem CO2 in der Erdgeschichte. Angesichts der noch vorhandenen Lücken ist jedoch weitere Forschung notwendig, bevor die Aufzeichnungen der CO2-Geschichte der Erde als vollständig betrachtet werden können.

Geomar / RK