Mainzer Forschungsergebnisse weisen Trockenheit, Stürme und Waldbrände am Ende der letzten großen Warmzeit nach

Untersuchungen anhand von Sedimentablagerungen in Maaren und Trockenmaaren der Eifel

12.08.2005

Die letzte große Warmzeit, die vor 128.000-118.000 Jahren das Klima auf der Nordhalbkugel der Erde prägte, ging mit Trockenheit, Stürmen und Waldbränden zu Ende. Dies zeigen Forschungen am Institut für Geowissenschaften der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), die das Wissenschaftsmagazin Nature in seiner jüngsten Ausgabe veröffentlicht hat. Anhand von Untersuchungen der Sedimente aus einem Trockenmaar in der Westeifel konnte die Arbeitsgruppe um Univ.-Prof. Dr. Frank Sirocko nachweisen, dass diese Trockenperiode 468 Jahre dauerte und den Beginn der letzten Eiszeit markierte. "Die Erkenntnisse über das Ende der letzten großen Zwischeneiszeit sind relevant für die Einschätzung, wie und wann die jetzige Warmzeit zu Ende gehen könnte", erklärt Sirocko.

Unsere jetzige Warmzeit, das Holozän, dauert bereits seit etwa 11.500 Jahren an. Das ist nicht selbstverständlich: Andere Warmzeiten gingen bereits nach 7.000 Jahren zu Ende, manche allerdings erst nach 15.000 Jahren. Ein wesentlicher Faktor für den Wechsel von Eiszeiten und Zwischeneiszeiten ist die Sonneneinstrahlung. Die Strahlungsenergie, die auf der Erde ankommt, schwankt in Abhängigkeit von der Umlaufbahn unseres Planeten um die Sonne, wodurch es zu rhythmischen Veränderungen der Einstrahlungsintensität auf der Nordhemisphäre kommt. Neben der solaren Einstrahlung kontrollieren aber auch Treibhausgase die Temperatur der Erdoberfläche. Und die Entwicklung dieser beider Faktoren ist im Augenblick gegenläufig: Während sich die Einstrahlung auf der Nordhalbkugel seit etwa 6.000 Jahren verringert und in den nächsten 300 Jahren ein Minimum erreicht, sind die Treibhausgase, allen voran das Kohlendioxid, im letzten Jahrhundert drastisch angestiegen und werden wohl auch noch weiter ansteigen. Die Treibhausgase werden aller Wahrscheinlichkeit nach zu einer Zunahme von klimatischen Extremereignissen führen. Diesen Zustand hat es in der jüngeren Vergangenheit noch nie gegeben, weshalb die Frage, wann unsere jetzige Warmzeit zu ihrem Ende kommen und die nächste Eiszeit einsetzen könnte, derzeit sehr kontrovers diskutiert wird.

Aufschluss für die aktuelle Situation erhofft man sich daher von einer Untersuchung der Prozesse, die zum Ende der letzten Warmzeit geführt haben. Diese Periode, die nach einem Fluss in den Niederlanden auch als Eem-Warmzeit bezeichnet wird, dauerte etwa 10.000 Jahre. Unter dem Einfluss der geänderten Sonneneinstrahlung setzte vor 122.000 Jahren zunächst eine Abkühlung ein, die kurz vor Ende der Eem-Warmzeit vor 118.000 Jahren zu einer ausgeprägten Dürreperiode führte. Wie die Mainzer Klimaforscher um Sirocko zeigen konnten, dauerte diese späte Eem-Dürrephase ("late Eemian aridity pulse" / LEAP), 468 Jahre lang. Staubstürme tobten in unseren Breiten, Waldbrände breiteten sich aus und bis zum Beginn der folgenden Eiszeit ging der Bewuchs mit wärmeliebenden Bäumen zurück. "Wir sehen den Rückgang sowohl bei den Niederschlägen als auch in der Temperatur und vermuten einen Zusammenhang mit einer plötzlichen Verlagerung des Golfstroms nach Süden, wie es in marinen Sedimenten aus dem Nordatlantik beobachtet worden ist", erklärt Sirocko. "Die Sonneneinstrahlung war zu diesem Zeitpunkt auf der Nordhalbkugel ganz ähnlich wie heute." Das heißt, die Eem-Dürreperiode erfolgte bei einer Einstrahlung von 416 Watt/Quadratmeter im Monat Juli auf 65 Grad nördlicher Breite. Derzeit beträgt die Sonneneinstrahlung dort 428 Watt/Quadratmeter.

Die Situation ist also insofern vergleichbar und würde uns – ohne die menschengemachten Klimaeinflüsse – in 2.000-3.000 Jahren in eine neue Eiszeit führen. Derzeit beeinflussen wir durch die Emission von Kohlendioxid das Klima aber in entgegengesetzte Richtung und wirken so einer Umlaufbahn-bedingten Abkühlung der Temperaturen auf der Erde entgegen. "Durch den hohen Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre sind wir derzeit von einer Eiszeit wahrscheinlich weit entfernt", so Sirocko. Die Situation ist dennoch sehr fragil. Keiner weiß verlässlich, wie lange sich das Treibhausgas in der Atmosphäre hält. Darüber hinaus könnte ein weiterer Anstieg dazu führen, dass das Grönland-Eis zu schmelzen beginnt, was ebenfalls einen massiven Einfluss auf die Golfstromregion hätte und zu einer Abkühlung führen würde.

Die Anfangsphase der Eem-Dürreperiode dauerte weniger als zwei Dekaden, es muss also eine ganz deutliche Schwelle für den Übergang geben. Ist diese Schwelle erreicht, so würde es heute wie damals zur Ausbreitung einer Schneedecke über Nordamerika kommen, der Golfstrom würde sich nach Süden verlagern und nur noch etwa bis Schottland reichen und wir bekämen ein trockenes und kühleres Klima: der Beginn einer Abkühlungsphase, die nach einigen Jahrtausenden in eine Eiszeit führt. Bleiben die nächsten 4.000 Jahre jedoch ohne größere klimatologische Zwischenfälle, ist mit einer lang anhaltenden Wärmeperiode zu rechnen. In 4.000 Jahren wird die Sonneneinstrahlung wieder ansteigen und nach den derzeitigen Klimamodellen würde sich die jetzige Warmzeit um weitere 55.000 Jahre verlängern. Erst dann fällt die solare Einstrahlung wieder auf einen Wert, der zwangsläufig eine neue Eiszeit begründet.

Die Untersuchungen der Mainzer Geowissenschaftler erfolgen anhand von Sedimentablagerungen in Maaren und Trockenmaaren der Eifel. In die bis zu 100 Meter tiefen Krater haben sich seit ihrer Entstehung in den letzten 150.000 Jahren Sedimente wie Pollen und Staub abgelagert, die den Forschern als Klimaanzeiger dienen. Mit 23 Kernbohrungen, finanziell gefördert von der Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation, hat das Institut für Geowissenschaften der Johannes Gutenberg-Universität Mainz den gesamten Zeitraum von 150.000 Jahren dokumentiert. Für die relevante Periode der Eem-Warmzeit wurden Bohrungen in dem Trockenmaar Hoher List bei Schalkenmehren in der Westeifel herangezogen. Diese Studie wurde von dem Deutschen Klimaforschungsprogramm DEKLIM des Bundesministerums für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.

Im Rahmen des von Univ.-Prof. Dr. Frank Sirocko koordinierten DEKLIM-Teilprojekts "Klimaänderungen am Ende einer Warmzeit" untersuchten Klimaforscher und Geowissenschaftler aus neun Forschungseinrichtungen die Prozesse, die in der Vergangenheit zum Beginn einer Eiszeit geführt haben, um daraus Prognosen über das wahrscheinliche Ende der aktuell andauernden Warmzeit aufzustellen. DEKLIM wurde im Jahr 2001 vom BMBF zur Unterstützung des Nationalen Klimaschutzprogramms und der Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung ins Leben gerufen. Mit einem Finanzvolumen von 37 Millionen Euro wurden über 100 Einzelvorhaben unterstützt.