Was die "CO₂-Sprünge" aus dem antarktischen Eis über die Entwicklung des Klimas verraten 🌡️

Von Etienne Legrain, Forscher, Freie Universität Brüssel (ULB) & Emilie Capron, Paläoklimatologin, CNRS, Universität Grenoble Alpes (UGA)

Die Analyse von Luftblasen, die in über 200.000 Jahre alten Eiskernen eingeschlossen sind, zeigt Momente in der Geschichte des Planeten, in denen die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre plötzlich anstieg. Und sie deutet darauf hin, dass wir am Beginn eines ähnlichen Ereignisses stehen könnten...


Dieser Anstieg, der sich zu den menschlichen Emissionen hinzugesellen würde, bleibt jedoch weit unter den gegenwärtigen von uns verursachten CO₂-Niveaus.

Die Atmosphäre befindet sich im ständigen Wandel. Ihre Zusammensetzung hat sich im Laufe der Klimageschichte unseres Planeten regelmäßig verändert, insbesondere die Konzentrationen von Kohlendioxid (CO₂), einem entscheidenden Parameter zur Bestimmung des Klimas der Erde.

Die Analyse von in Eiskernen eingeschlossenen Luftblasen hat es ermöglicht, diese Schwankungen in den letzten 500.000 Jahren zu rekonstruieren. Das zeigt unsere in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlichte Studie, die kürzlich aufgetretene CO₂-"Sprünge" belegt, die einer Erhöhung der atmosphärischen CO₂-Konzentrationen von etwa 10 ppm in weniger als einem Jahrhundert entsprechen.


Diese „Sprünge“, die den stärksten natürlichen Schwankungen des atmosphärischen CO₂ im vergangenen Klima entsprechen, sind jedoch weitaus weniger ausgeprägt als der jüngste Anstieg, der die Ursache des aktuellen Klimawandels ist.

Die Studie zeigt, dass diese CO₂-Sprünge zu Zeiten auftraten, als die Neigung der Erdachse in Bezug auf die Ebene ihrer Umlaufbahn um die Sonne, die sogenannte Obliquität, hoch war. Interessanterweise befindet sich die Erde derzeit in einer Phase hoher Obliquität.

Das ist jedoch noch nicht alles: Diese Sprünge werden durch Störungen der AMOC, einer wichtigen Meeresströmung im Nordatlantik, ausgelöst, die eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Klimas spielt und derzeit Anzeichen einer Verlangsamung zeigt.

Dies könnte zu einem weiteren CO₂-Sprung führen, der sich zu den menschlichen Emissionen addieren könnte.

CO₂-Sprünge: wovon sprechen wir?

Diese Sprünge in der atmosphärischen CO₂-Konzentration entsprechen einem Anstieg von etwa 10 Teilen pro Million (ppm) innerhalb eines Jahrhunderts im Verlauf der letzten halben Million Jahre.

Obwohl bemerkenswert, sind diese Anstiege jedoch im Durchschnitt 10- bis 20-mal geringer als der durch Menschen verursachte Anstieg der Emissionen. Im Laufe der letzten hundert Jahre wird dieser auf 115 ppm geschätzt, was zehnmal mehr ist als die beobachteten CO₂-Sprünge.

Die Analyse dieses Eiskerns, eines etwa 10 cm breiten Eisröhrchens, das aus mehreren Kilometern Tiefe in der Antarktis entnommen wurde und dessen Oberfläche fast vollständig von Eis bedeckt ist, wurde am Institut für Umweltgeowissenschaften in Grenoble durchgeführt.

Dabei konnten sieben neue CO₂-Sprünge in der Zeitspanne von 260.000 bis 190.000 Jahren vor unserer Zeit identifiziert werden, sowie 15 bereits in früheren Aufzeichnungen erfasste Sprünge.


Vor allem zeigte diese Analyse, dass 18 der 22 untersuchten CO₂-Sprünge auftraten, als die Obliquität der Erde hoch war.

Eine Koinzidenz zweier Phänomene

Die CO₂-Sprünge, abrupte Phänomene, werden tatsächlich durch das Zusammentreffen zweier Phänomene verursacht.

- Der Initialauslöser dieser Sprünge ist die Störung der atlantischen Meereszirkulation (AMOC, für Atlantic Meridional Oceanic Circulation), ein wichtiger Akteur bei der Regulierung des Erdklimas. Der Stillstand der AMOC führt zu einer Neustrukturierung der globalen Niederschlags- und Temperaturmuster.

- Doch diese notwendige Bedingung allein reicht nicht aus: Nicht jede Störung der AMOC führt zwangsläufig zu einem CO₂-Sprung. Hier kommt der zweite Schlüsselfaktor für das Auftreten von CO₂-Sprüngen ins Spiel: die Obliquität der Erde, bei der es um die Neigung der Erde gegenüber der Sonne während ihrer Umlaufbahn geht.

Diese Obliquität ist nicht konstant: Sie schwankt regelmäßig zwischen etwa 22° und 25°, in Zyklen von 41.000 Jahren.

Diese Schwankung beeinflusst die Verteilung der Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche, was direkte Auswirkungen auf regionale Klimazonen und die geografische Verteilung terrestrischer Lebensräume hat, einschließlich der Vegetationstypen, die Kohlenstoff speichern. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Änderungen in der Verteilung der Vegetation auf der Erde, insbesondere im Nahen Osten und in der Subsahara-Region, zur Anhäufung großer CO₂-Reserven in der Biomasse führen, die bei einer Störung der AMOC freigesetzt werden können und CO₂-Sprünge auslösen.

CO₂-Sprünge und Klimawandel: eine doppelte Bedrohung?

Die Erde befindet sich derzeit in einer Phase hoher Obliquität. Im Falle eines signifikanten Bruchs in der atlantischen Meereszirkulation, insbesondere einer Verlangsamung der AMOC, könnte eine Kohlenstoffmenge, die vier globalen menschlichen Jahresemissionen entspricht (bei den durchschnittlichen Emissionen der Jahre 2010-2019), innerhalb weniger Jahrzehnte freigesetzt werden – und sich so zu den aktuellen menschlichen Emissionen addieren.


Gegenwärtig bestehen noch große Unsicherheiten bei den mit der AMOC verbundenen Modellen, einige deuten darauf hin, dass sie sich aufgrund des durch menschliche Aktivitäten verursachten Klimawandels verlangsamt. Im Falle eines Zusammenbruchs der AMOC könnte ein neuer CO₂-Sprung auftreten, was zusätzliche CO₂-Emissionen aus natürlichen Quellen, die durch menschliche Aktivitäten destabilisiert wurden, auslösen würde – und den Klimawandel so noch weiter verschärfen.