Wetteränderung durch Klimawandel

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Kli­maar­chi­ve un­ter Ver­grö­ße­rungs­glas: Neue Ana­ly­se­me­tho­de zeigt ab­rup­te Zu­nah­me der Sai­so­na­li­tät wäh­rend des letz­ten glo­ba­len Kli­ma­wan­dels

Wie ver­än­dert sich das Wet­ter als Fol­ge der glo­ba­len Er­wär­mung? Kli­maar­chi­ve lie­fern wert­vol­le Ein­bli­cke in ver­gan­ge­ne Kli­ma­ver­än­de­run­gen, also in die Pro­zes­se, die un­se­ren Pla­ne­ten von ei­nem Kli­ma­zu­stand in den nächs­ten be­för­der­ten. Für Men­schen und Öko­sys­te­me ist die Va­ria­bi­li­tät in Zeit­räu­men von Wo­chen bis Jah­ren – das Wet­ter – aber oft­mals ent­schei­dend. Mit­tels ei­ner am MARUM – Zen­trum für Ma­ri­ne Um­welt­wis­sen­schaf­ten der Uni­ver­si­tät Bre­men neu ent­wi­ckel­ten und er­prob­ten Ana­ly­se­me­tho­de wur­den nun die­se bei­den As­pek­te zu­sam­men­ge­führt und die Aus­wir­kun­gen der letz­ten glo­ba­len Er­wär­mung auf sai­so­na­le Tem­pe­ra­tur­schwan­kun­gen be­schrie­ben. Nature hat die Er­geb­nis­se am 30.11.2022 open access ver­öf­fent­licht.

Zur Untersuchung werden die gefrorenen Proben in Scheiben von weniger als einem Millimeter Dicke geschnitten und vermessen – Foto © MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen; V. Diekamp

In ma­ri­nen Se­di­men­ten sam­meln sich fos­si­le Über­res­te von Al­gen an, mit­tels de­rer ver­gan­ge­ne Zu­stän­de des Oze­ans re­kon­stru­iert wer­den kön­nen. Von gro­ßer Be­deu­tung sind da­bei mo­le­ku­la­re Fos­si­li­en, so ge­nann­te Li­pid-Bio­mar­ker: Zell­bau­stei­ne von Al­gen, die einst den Oze­an be­völ­ker­ten. Ster­ben die­se Al­gen, sin­ken sie zum Oze­an­bo­den und be­wah­ren in ih­ren Li­pi­den In­for­ma­tio­nen über die durch­leb­ten Be­din­gun­gen. Die Ana­ly­se sol­cher Kli­maar­chi­ve hat seit Jahr­zehn­ten fun­da­men­ta­le In­for­ma­tio­nen zum Ver­ständ­nis ver­gan­ge­ner Kli­ma­ver­än­de­run­gen ge­lie­fert.

Werkzeug für verborgene Details

In aus­ge­wähl­ten Lo­ka­tio­nen, zum Bei­spiel dem Ca­ri­a­co­be­cken vor der Küs­te Ve­ne­zue­las, ent­ste­hen ganz be­son­de­re, la­mi­nier­te Ar­chi­ve. „Das Be­son­de­re am Ca­ri­a­co­be­cken ist, dass die Ab­la­ge­run­gen seit tau­sen­den Jah­ren schön or­dent­lich nach Jah­res­zei­ten sor­tiert sind, je­weils eine dün­ne Lage für den Som­mer und eine für den Win­ter. Es liegt dort also ein Ar­chiv vor, mit ganz grund­le­gen­den In­for­ma­tio­nen über ver­gan­ge­ne, kurz­fris­ti­ge Kli­ma­schwan­kun­gen in den Tro­pen, das aber bis­her nicht ge­le­sen wer­den konn­te“, sagt Er­st­au­tor Dr. Lars Wör­mer vom MARUM. Er und sei­ne Kol­leg:in­nen ver­glei­chen das mit dem Klein­ge­druck­ten, für des­sen Lek­tü­re spe­zi­el­le Le­se­hil­fen not­wen­dig sind. Sol­che eine Le­se­hil­fe ist ein La­ser, der ge­kop­pelt mit ei­nem Mas­sen­spek­tro­me­ter die Ver­tei­lung von Li­pid-Bio­mar­kern in je­der die­ser Mil­li­me­ter brei­ten La­gen er­mög­licht.

Prof. Kai-Uwe Hin­richs, in des­sen Ar­beits­grup­pe die Me­tho­de ent­wi­ckelt wur­de, be­zeich­net sie als „Werk­zeug, um bis­her ver­bor­ge­ne De­tails in Kli­maar­chi­ven zu ent­schlüs­seln“. In ei­nem vom Eu­ro­päi­schen For­schungs­rat ERC ge­för­der­ten Pro­jekt ha­ben Hin­richs und sei­ne Kol­leg:in­nen ein mo­le­ku­la­res, bild­ge­ben­des Ver­fah­ren ent­wi­ckelt, um Kli­ma- und Um­welt­pro­zes­se der jün­ge­ren Erd­ge­schich­te zeit­lich hoch auf­ge­löst – das heißt na­he­zu in Mo­nats­schrit­ten – ab­zu­bil­den. Mit an­de­ren Ana­ly­se­me­tho­den wer­den ver­läss­lich In­ter­val­le von hun­der­ten oder tau­sen­den Jah­ren ab­ge­bil­det – bei ei­ner Erd­ge­schich­te von über vier Mil­li­ar­den Jah­ren gilt das be­reits als sehr de­tail­reich.

Globale Veränderungen wirken sich auf lokale Temperaturen aus

Im nun un­ter­such­ten Zeit­in­ter­vall liegt die letz­te erd­ge­schicht­li­che Pe­ri­ode mit dras­ti­scher – und nicht men­schen­ge­mach­ter – Er­wär­mung. „Das ist die Par­al­le­le zu heu­te“, be­tont Lars Wör­mer. „Die Er­wär­mung vor 11.700 Jah­ren hat die Mensch­heit ins Ho­lo­zän ge­bracht, un­se­rem ak­tu­el­len Zeit­al­ter. Jede wei­te­re Er­wär­mung bringt uns vom Ho­lo­zän ins so ge­nann­te An­thro­po­zän, das von ei­ner durch den Men­schen ver­ur­sach­ten Kli­ma­er­wär­mung und Um­welt­ver­än­de­rung ge­prägt ist.“ Das Team um Kai-Uwe Hin­richs und Lars Wör­mer konn­te nun zei­gen, dass sich wäh­rend die­ses In­ter­valls der Un­ter­schied zwi­schen Som­mer- und Win­ter­tem­pe­ra­tu­ren im tro­pi­schen Oze­an ver­dop­pelt hat. So­mit ist be­legt, wie sich glo­ba­le Kli­ma­ver­än­de­run­gen auf lo­ka­le, sai­so­na­le Tem­pe­ra­tur­schwan­kun­gen aus­wir­ken.

Be­reits im Sep­tem­ber ist eine MARUM-Stu­die in Nature Geosciences er­schie­nen, die eben­falls auf der neu eta­blier­ten Me­tho­de ba­siert. Hier wur­den Da­ten er­stellt, die die Mee­res­ober­flä­chen­tem­pe­ra­tur mit ei­ner Auf­lö­sung von ei­nem bis vier Jah­ren zei­gen. Da­für hat Er­st­au­tor Dr. Igor Ob­reht mit sei­nen Kol­leg:in­nen ei­nen Se­di­ment­kern aus dem öst­li­chen Mit­tel­meer un­ter­sucht, in dem die Tem­pe­ra­tur aus dem letz­ten In­ter­gla­zi­al (vor etwa 129.000 bis 116.000 Jah­ren) auf­ge­zeich­net ist. Die Stu­die von Ob­reht und sei­nen Kol­leg:in­nen nimmt also eine Zeit in den Fo­kus, die als letz­te wär­mer war als die heu­ti­ge war.

Sze­na­ri­en für eine solch wär­me­re Welt wer­den am MARUM in­ner­halb des hier an­ge­sie­del­ten Ex­zel­lenz­clus­ters „Oze­an­bo­den – un­er­forsch­te Schnitt­stel­le der Erde“ ent­wi­ckelt. Das im Rah­men des oben ge­nann­ten ERC-Pro­jekts eta­blier­te GeoBiomolecular Imaging Lab ge­hört in­zwi­schen zur In­fra­struk­tur für die Er­for­schung der Kern­the­men im Ex­zel­lenz­clus­ter.

Das MARUM ge­winnt grund­le­gen­de wis­sen­schaft­li­che Er­kennt­nis­se über die Rol­le des Oze­ans und des Mee­res­bo­dens im ge­sam­ten Erd­sys­tem. Die Dy­na­mik des Oze­ans und des Mee­res­bo­dens prä­gen durch Wech­sel­wir­kun­gen von geo­lo­gi­schen, phy­si­ka­li­schen, bio­lo­gi­schen und che­mi­schen Pro­zes­sen maß­geb­lich das ge­sam­te Erd­sys­tem. Da­durch wer­den das Kli­ma so­wie der glo­ba­le Koh­len­stoff­kreis­lauf be­ein­flusst und es ent­ste­hen ein­zig­ar­ti­ge bio­lo­gi­sche Sys­te­me. Das MARUM steht für grund­la­gen­ori­en­tier­te und er­geb­nis­of­fe­ne For­schung in Ver­ant­wor­tung vor der Ge­sell­schaft, zum Wohl der Mee­res­um­welt und im Sin­ne der Nach­hal­tig­keits­zie­le der Ver­ein­ten Na­tio­nen. Es ver­öf­fent­licht sei­ne qua­li­täts­ge­prüf­ten, wis­sen­schaft­li­chen Da­ten und macht die­se frei zu­gäng­lich. Das MARUM in­for­miert die Öffent­lich­keit über neue Er­kennt­nis­se der Mee­res­um­welt, und stellt im Dia­log mit der Ge­sell­schaft Hand­lungs­wis­sen be­reit. Ko­ope­ra­tio­nen des MARUM mit Un­ter­neh­men und In­dus­trie­part­nern er­fol­gen un­ter Wah­rung sei­nes Ziels zum Schutz der Mee­res­um­welt.

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