Monat: Mai 2012

Viele paläoklimatologische Studien basieren traditionell auf der Analyse von Sauerstoffisotopen. Diese werden durch die Temperatur beeinflusst, jedoch auch durch Veränderungen der Niederschläge, so dass eine sichere Zuordnung nicht immer möglich ist. Jedoch gibt es auch reine Temperatur-Rekonstruktionsmethoden, zu denen vor kurzem eine weitere dazugekommen ist. Das sogenannte MBT/CBT-Paläothermometer basiert auf Lipid-Biomarkern. Hintergrund der Methode ist das Phänomen, dass sich der Aufbau von Zellmembranen bestimmter Mikroorganismen in Abhängigkeit von Temperatur und pH-Wert verändert.

Ein schweizerisch-niederländisches Forscherteam um Helge Niemann von der Universität Basel untersuchte nun die Temperaturgeschichte der vergangenen 11.000 Jahre eines schweizerischen Alpensees mit dieser Methode. Die Gruppe veröffentlichte ihre Ergebnisse im Mai 2012 im Fachmagazin Climate oft he Past. Das Untersuchungsmaterial bestand aus Sedimentkernen aus dem Zentrum des Lago di Cadagno im Kanton Tessin. Altersdatierungen erfolgten mithilfe der Radiokarbonmethode.

Die Forscher konnten nachweisen, dass der See eine bewegte Temperaturgeschichte hinter sich hat. Das Klima durchlief dabei charakteristische Millenniumszyklen, wobei die Temperaturen um bis zu 2°C schwankten. Deutlich ausgeprägt sind die Mittelalterliche Wärmeperiode vor 1000 Jahren sowie die Kleine Eiszeit in der Mitte des letzten Jahrtausends. Weitere Wärmeperioden traten vor 3000, 5000 und 7000 Jahren auf. Die Wissenschaftler verglichen die Entwicklung mit derjenigen in anderen Gebieten und entdeckten ein hohes Maß an Übereinstimmung. Unter anderem fanden die Forscher eine große Ähnlichkeit mit den Temperaturzyklen der Spannagel Höhle im österreichischen Tirol. Hier hatte ein Team um den Heidelberger Geowissenschaftler Augusto Mangini vor einigen Jahren Tropfsteine analysiert und festgestellt, dass die Spannagel-Klimaänderungen synchron zu den von Gerard Bond festgestellten Temperaturveränderungen im Nordatlantik und zudem parallel zur Sonnenaktivität verliefen. In diesem Rhythmus tanzten nun offensichtlich auch die Temperaturen am Lago di Cadagno. 

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Erinnern Sie sich noch an Ihre Schulzeit? Dort lernten wir einst die verschiedenen Moortypen. Zum einen gibt es da das Niedermoor, welches in Gebieten mit hohem Grundwasserspiegel entsteht. Die Nässe wird hier also von unten zugeführt. Das Gegenstück hierzu ist das Hochmoor, dessen Nässe von oben, also den Niederschlägen stammt. Dieser Moortyp eignet sich besonders gut, um Schwankungen der Regenmengen in der Vergangenheit zu rekonstruieren, ist also bei Klimawissenschaftlern besonders beliebt.

Ein britisch-kanadisches Forscherteam um Graeme Swindles von der University of Leeds hat sich nun zwei Hochmoore in Nordirland vorgeknöpft, um die Veränderungen der Niederschläge für die vergangenen 4500 Jahre nachzuvollziehen. Die Gruppe veröffentlichte ihre Ergebnisse im April 2012 in den Quaternary Science Reviews. Hierbei verfolgten die Wissenschaftler eine ganz bestimmte Fragestellung, die sie in der Einleitung ihrer Arbeit klar umreißen:

„Das Erkennen und Verstehen von Periodizitäten in holozänen Klimaarchiven [der letzten 10.000 Jahre] ist eine der wichtigsten Herausforderungen der Klimawissenschaften. Eine große Anzahl von Studien aus der nördlichen Hemisphäre hat deutliche Hinweise auf die Existenz von charakteristischen Periodendauern im Bereich von Jahrzehnten bis Jahrtausenden geliefert. Einigen Perioden hiervon konnten bereits zugrundeliegende Steuerungsfaktoren zugeordnet werden, zum Beispiel astronomische. Ein besseres Verständnis des zeitlichen Auftretens, des Charakters und der Ursachen der Periodizitäten ist fundamentale Voraussetzung um die globale Dynamik des Klimasystems ordnungsgemäß beschreiben zu können.“

Soll heißen: Wenn man also die natürlichen Zyklen im früheren, heutigen und zukünftigen Klimageschehen nicht ausreichend berücksichtigt – und genau dies ist dem IPCC anzukreiden – führt dies unweigerlich zu falschen Schlüssen. 

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Der ostasiatische Monsun entsteht durch die unterschiedliche Erwärmung des asiatischen Kontinents im Vergleich zu den umliegenden Ozeanen, also Indik und Pazifik. Hierdurch ändern sich Winde und Niederschläge. Nahezu zwei Drittel der Weltbevölkerung lebt heute in Gebieten, die vom ostasiatischen Monsun beeinflusst werden. Trendvorhersagen zur Entwicklung des Monsuns sind daher von großer Wichtigkeit. Voraussetzung für eine gute Prognose ist die Kenntnis der klimatischen Steuerungsfaktoren des Monsuns, welche am besten durch eine Analyse des historischen Monsun-Geschehens in der Region erschlossen werden können. 

Ein internationales Forscherteam um Fengling Yu von der University of Durham sowie der Nanyang Technological University in Singapur veröffentlichte im Juni 2012-Heft des Fachmagazins The Holocene eine Rekonstruktion des ostasiatischen Monsuns für die Zeit von 7000 bis 2000 Jahre vor heute. Hierzu erbohrten die Forscher einen Sedimentkern aus dem Mündungsgebiet des Pearl River in Südchina. Die Schichtenfolge untersuchten sie im Abstand von jeweils zwei Zentimetern mithilfe geochemischer Methoden, wobei das Hauptaugenmerk vor allem auf Kohlenstoffisotopen (delta13C), dem Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis sowie dem organische Gehalt lag. Anhand dieser Parameter schlossen die Forscher auf Änderungen im Salzgehalt in der Flussmündung im Verlauf der letzten Jahrtausende waren, die eine Folge von Änderungen in der Niederschlagsintensität des Monsuns waren. Die Alterseinstufung der Schichten basiert auf sieben Proben, die mithilfe der Radiokarbonmethode datiert wurden. 

Die Forscher konnten in der Monsunentwicklung Südchinas zwei wichtige Dinge feststellen. Zum einen fanden sie einen übergeordneten, langanhaltenden Rückgang der Regenmengen in der Zeit von 6650 bis 2150 Jahre vor heute. Dieser Langzeittrend war zu erwarten, da sich die Bahnparameter der Erde in dieser Zeit verändert haben, was in die Rubrik der sogenannten Milankovic-Zyklen fällt (siehe S. 80-82 in „Die kalte Sonne“). 

Noch wichtiger war jedoch eine zweite Entdeckung. Dem langen Trend überlagert waren charakteristische Trocken-Feucht-Zyklen mit Schwankungen im Maßstab von Jahrhunderten und ein bis zwei Jahrtausenden. Ein Vergleich mit der Sonnenaktivitätskurve ergab ein hohes Maß an Übereinstimmung. Insbesondere waren auch die von Gerard Bond aus dem Nordatlantik beschriebenen Kältephasen durch markante Trockenperioden im untersuchten Kern in Südchina repräsentiert. Fengling Yu und Kollegen folgerten, dass der größte Teil der beobachteten klimatischen Schwankungen in ihrer Studie durch Veränderungen der Sonnenaktivität erklärt werden können. Zusätzlich wurden noch einige weitere Trockenperioden am Pearl River nachgewiesen, die möglicherweise mit regionalen Faktoren wie etwa El Nino verbunden gewesen sind. 

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Im Südosten Australiens gibt es ein 100 km langes und 5 km breites Tal, in dem eine Kette von Seen liegt, die sogenannten Wimmera Seen. In dieser Gegend herrscht ein Mittelmeer-ähnliches Klima mit heißen Sommern und kühlen Wintern. Pro Jahr fallen heute etwa 400 mm Niederschlag, denen allerdings 1600 mm Verdunstung gegenüber stehen. Die Wimmera Seen sind brackisch bis salzig und beziehen einen Teil ihres Wassers aus dem Grundwasser, das aus den nahen, regenreichern Arapiles Bergen gespeist wird.

Die Seen gibt es hier schon seit langer Zeit. Die Ablagerungen in ihnen bilden ein Klimaarchiv, das jetzt ein britisch-australisches Forscherteam um Justine Kemp von der Northumbria University genauer unter die Lupe genommen haben. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse im Januar 2012 im Fachmagazin Quaternary Research. Die Wissenschaftler bohrten in die See-Sedimente hinein und gewannen anderthalb Meter lange Kerne, die die Schichten der letzten 10.000 Jahre erschlossen.

Justine Kemp und ihre Kollegen beprobten die Sedimentkerne im 5-Zentimeter-Abstand und führten eine statistische Zählung der darin enthaltenen Kleinst-Fossilien durch. Besonders interessierten sie sich dabei für Muschelkrebse, aber auch Schnecken sowie andere ehemalige Bewohnern des Sees waren Teil ihrer Zählung. Aus den gefundenen Arten und ihren Häufigkeiten rekonstruierten die Forscher die Entwicklung des Salzgehaltes der Wimmera Seen für die vergangenen 10.000 Jahre. Kalibriert wurde dies an modernen Seen der Region. Das Alter der Schichten wurde mit der Radiokarbon-Methode ermittelt.

Die Wissenschaftler fanden charakteristische Klimaschwankungen, wobei der Salzgehalt der Seen mit Perioden von 1000 bis 2000 Jahren oszillierte. Phasen mit geringem Salzgehalt ereigneten sich vor 8800, 7200, 5900, 4800, 2400, 1300 und 400 Jahren (Abbildung 1A). Klimazyklen mit einem ähnlichen zeitlichen Verlauf wurden in zahlreichen anderen Teilen Australiens und Neuseelands beobachtet. Die salzarmen Phasen in den untersuchten Seen ereigneten sich zeitgleich zu Kälteperioden, die von der Mündung des Murray River anhand von Einzellern (Foraminiferen) rekonstruiert worden waren (Abbildung 1B). Dieselben Kälteperioden wurden 2001 auch von einer Forschergruppe um Gerard Bond aus dem Nordatlantik beschrieben. Bond und Kollegen konnten damals zeigen, dass diese Klimaschwankungen synchron zu Aktivitätsschwankungen der Sonnenaktivität verlaufen. Aufgrund der beeindruckenden Synchronität muss davon ausgegangen werden, dass letztlich auch das australische Klimageschehen durch solare Aktivitätsschwankungen gesteuert war. Diesen Schluss halten auch Justine Kemp und ihre Kollegen für möglich. 

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Ende April 2012 erschien im Journal of Geophysical Research eine neue Studie zur Niederschlagsgeschichte des letzten Jahrtausends auf dem Tibet Plateaus. Das Tibet Plateau liegt auf 3000 bis 5000 m Höhe und ist das höchste und flächenmäßig größte Hochplateau der Erde. Es ist dabei äußerst sensitiv gegenüber Klimaänderungen. Junyan Sun und Yu Liu von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften untersuchten am nordöstlichen Plateau-Rand Baumringe zweier noch lebender tausendjähriger Bäume. Das Baumwachstum am Untersuchungsort ist vor allem von der Höhe der Niederschläge abhängig.

Die beiden Forscher konnten für die letzten 1000 Jahre eine Entwicklung mit deutlichen Schwankungen in den Niederschlägen rekonstruieren. Die jeweiligen Feucht- und Trockenphasen dauerten dabei jeweils etliche Jahrzehnte an. Ein Vergleich mit anderen Klimarekonstruktionen aus der Region zeigt große Ähnlichkeiten in der Feuchtigkeitsentwicklung, so dass es sich um ein regional repräsentatives Klimasignal handelt. So ereigneten sich ausgeprägte Dürreperioden in den Abschnitten 1092-1172, 1441-1517 und 1564–1730. Insbesondere die „Große Dürre“ von 1441-1517 ist in zahlreichen historischen Dokumenten und Katastrophen-Berichten enthalten. Die „Große Dürre“ fällt dabei in den Kernbereich einer Schwächephase der Sonne, in das sogenannte Spörer Minimum, welches von 1420 und 1570 andauerte.

Interessanterweise ereigneten sich auch fast alle anderen Dürrephasen zeitgleich zu solaren Minima-Phasen, darunter das Oort Minimum, Wolf Minimum, Maunder Minimum und Dalton Minimum (Abbildung 1). Immer wenn die Sonne für einige Jahrzehnte schwächelte, blieb auch der Regen auf dem Tibet Plateau aus. Eine Frequenzanalyse der Niederschlagskurve lieferte zudem Hinweise auf solare Zyklen. So wurden der Gleissberg-Zyklus (60-120 Jahre Periodendauer) und der Suess/de Vries-Zyklus (180-220 Jahre) im Datensatz gefunden. 

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