Starkregenprognose aus den Eifelmaaren

Sedimentbohrkerne weisen auf mehr Starkregenereignisse in Warmzeiten und weniger Klimavariabilität in Kaltzeiten hin

20.08.2021

GEMEINSAME PRESSEMITTEILUNG DES MAX-PLANCK-INSTITUTS FÜR CHEMIE UND DER JOHANNES GUTENBERG-UNIVERSITÄT MAINZ 

Zwischen dem vom Hochwasser verwüsteten Kreis Ahrweiler und den Vulkanseen in der Eifel liegen weniger als einhundert Kilometer. Genau diese Maare belegen jetzt, dass Wetterextreme künftig zunehmen könnten. Forschende der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Max-Planck-Instituts für Chemie (MPI-C) haben an Sedimentbohrkernen aus Maarseen und Trockenmaaren der Vulkaneifel präzise abgelesen, wie sich das Klima in Mitteleuropa während der letzten 60.000 Jahre veränderte: In Kaltzeiten schwankte das Klima weniger, Wetterextreme waren gedämpfter. In Warmzeiten hingegen gab es unter anderem extremere Niederschlagsereignisse. Dieses Ergebnis legt nahe, dass sich Mitteleuropa mit dem menschengemachten Klimawandel auf mehr Extremwetterereignisse einstellen muss.

Das stabile Klima der vergangenen 10.000 Jahre halten viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für eine Voraussetzung, damit die menschliche Kultur aufblühen konnte. Vorher prägten starke Schwankungen das Erdklima, die sich etwa im Wechsel von Eis- und Warmzeiten bemerkbar machten. In den Eiszeiten folgten zudem besonders kalte und etwas wärmere Phasen aufeinander. In eine solchen wärmeren Periode einer Eiszeit fällt auch der gegenwärtige, klimatisch ungewöhnlich stabile Zeitabschnitt des Holozäns. Doch offenkundig beendet die Menschheit gerade diese beständige Phase vor allem durch den Ausstoß von Treibausgasen. Welche Folgen das haben kann, lässt sich auch aus der Klimageschichte ablesen. Ein Team um Frank Sirocko, Professor an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, und Gerald Haug, Direktor am Max-Planck-Institut für Chemie, zeigt nun durch Analysen von Sedimentbohrkernen aus Eifelmaaren, wie sich der Klimawandel in Mitteleuropa auswirken könnte.

Alle 20 bis 150 Jahre kommt es zu Extremereignissen

Insbesondere an den Sedimenten des Trockenmaars von Auel konnten die Forschenden nachvollziehen, dass Änderungen des nordatlantischen Strömungssystems, zu dem auch der Golfstrom gehört, das Klima in Mitteleuropa unmittelbar beeinflusst haben. "Die Daten der Sedimentbohrkerne aus den Eifelmaaren zeigen dabei, dass es in wärmeren Phasen stärkere Klimaschwankungen mit mehr Variabilität in der Temperatur und der Niederschlagsmenge sowie mehr Extremereignisse gab", sagt Frank Sirocko, der an der Studie maßgeblich beteiligt war.

An den Sedimenten lasen die Forschenden in den Warmzeiten kurze Phasen von wenigen Dekaden zusätzlicher Erwärmung und sogar Jahre mit extremen Klima- und Wetterereignissen wie Starkregen ab, der alle 20 bis 150 Jahren auftrat. In den Eiszeiten war das Klima dagegen deutlich stabiler.

"Die Sedimentbohrkerne sind so gut geschichtet, dass wir daran nahezu jedes Jahr klimatisch ablesen können, da sich zum Beispiel in Auel pro Jahr etwa zwei Millimeter Sediment ablagerten", erklärt Frank Sirocko. Sein Team bestimmte Schicht für Schicht den organischen Kohlenstoffgehalt, während die Forschenden des Max-Planck-Instituts für Chemie die Konzentrationen von Silizium und Aluminium analysierten, aus denen sie auf die Menge der Kieselalgen im Wasser schließen können.

Besonders dicke Sedimentschichten bei Hochwasser

Die Besonderheit der Eifelmaare liegt darin, dass sich Sedimente in der sauerstofffreien Tiefe der Seebecken ungestört ablagern konnten. Durch diese einzigartigen Bedingungen erhielten sich die Jahresschichten, aus denen sich Klima, Umwelt, Fauna, Flora und vulkanische Aktivität der Eifel sehr genau rekonstruieren lassen. In Warmzeiten ist dabei sogar ähnlich wie bei den Jahresringen eines Baumes der Gang der Jahreszeiten in den Schichten zu erkennen. Bei Hochwasserereignissen während dieser Phasen bildeten sich zudem besonders dicke Sedimentschichten; sie können mehrere Millimeter bis wenige Zentimeter umfassen. In Kaltzeiten sind die Schichten dagegen sehr dünn und kaum sichtbar, auch die jahreszeitlichen Schwankungen sind in ihnen nicht zu erkennen.

"Unser Klima wird im Wesentlichen vom Nordatlantik bestimmt, also dem Zusammenspiel von warmem Golfstrom und kalter Luft des polaren Meereises. Dies bestimmt die Intensität und Häufigkeit von Tiefdruckgebieten und die Lage des Jetstreams der nördlichen Hemisphäre", sagt der Geowissenschaftler Sirocko. Dabei verlaufe die Klimaentwicklung im Atlantik und in Mitteleuropa absolut synchron. "Diese Synchronizität zeigt deutlich, dass vor allem die Temperaturen in der Golfstromregion das europäische Klima gesteuert haben", sagt Alfredo Martinez-Garcia, einer der beteiligten Max-Planck-Forscher. "Auch kommende Veränderungen des atlantischen Strömungssystems und insbesondere der Meereisbedeckung werden direkt und unmittelbar sich auf das europäische Klima der Zukunft auswirken."

Sorgfältige Planung von Siedlungen und Infrastruktur

"Was wir für das Klima der Eifel rekonstruiert haben, bestätigt eine häufige Beobachtung in die Klimageschichte der letzten Jahrtausende anderer Regionen der Erde, gerade der Tropen und Subtropen: Die Häufigkeit und die Intensität von Klima- und Wetterextremen nahm in wärmeren Phasen zu. Extreme traten nicht mehr nur alle hundert Jahre, sondern in viel kürzeren Abständen auf. Die beobachteten unterschiedlichen Klimabedingungen in Eis- und Warmzeiten liefern auch einen weiteren Beleg dafür, dass die menschgemachte Erwärmung zu mehr und intensiveren Klima- und Wetterextremen führen wird", sagt Gerald Haug, Sirockos Kollege und Mitautor der Studie. "Deshalb sollte man in den besonders gefährdeten Regionen wie etwa der Eifel sorgfältig abwägen, wie Siedlungen und Infrastruktur wie Straßen oder Leitungsnetzen geplant werden."

Sirocko hat mit seinem Team mittlerweile 52 lange Bohrkerne aus der Eifel im Institut für Geowissenschaften Mainz archiviert und damit eines der bedeutendsten Geoarchive Mitteleuropas erschlossen. Für die Publikation in Nature Geoscience hat er Bohrkerne aus den Maarseen von Schalkenmehren, Holzmaar und dem Trockenmaar von Auel zu einer vollständigen Sequenz der letzten 60.000 Jahre zusammengefügt.

Untersucht werden die Maarsedimente seit den 1980er-Jahren. 1998 startete Frank Sirocko das Eifel Laminated Sediment Archive, kurz ELSA-Projekt, mit dem Ziel, die Sedimentablagerungen in den Maarseen und den alten, heute verlandeten Maaren der Eifel mit Bohrkernen als Geoarchiv vollständig zu erschließen.