09. Okt. 2019
Wälder wie hier im Togiak Nationalreservat im Südwesten Alaskas gab es im Pliozän auch an den Küsten des Arktischen Ozeans.

Wälder wie hier im Togiak Nationalreservat im Südwesten Alaskas gab es im Pliozän auch an den Küsten des Arktischen Ozeans.

Um die Folgen des Klimawandels abzuschätzen, sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf Modellsimulationen angewiesen, oder sie schauen in die geologische Überlieferung und suchen sich vergleichbare Epochen. Letzteres hat der Paläoklimatologe Alan Haywood von der Universität Leeds unternommen und sich das Pliozän angesehen. Auf der internationalen Tagung des Helmholtz-Verbundes Regionale Klimaänderungen (REKLIM) in Berlin berichtete er den versammelten Klimaforschern über seine Erkenntnisse.

"Aus der geologischen Überlieferung lese ich heraus, dass es im Erdsystem nicht vieles gibt, was tatsächlich völlig unumkehrbar ist. Und ich glaube, daraus können wir einigen Trost ziehen", meinte Alan Haywood, Paläoklimatologe von der Universität Leeds, auf der REKLIM-Tagung. Haywood leitet das internationale PlioMIP-Projekt, das mit Klimamodellen die Situation des Pliozäns rekonstruieren will, um daraus Schlüsse für die Entwicklung des Erdsystems unter dem Einfluss des menschgemachten Klimawandels zu gewinnen.

Pliozän-Fauna Nordamerikas.

Pliozän-Fauna Nordamerikas.

Bild: Smithsonian Museum/Jay Matternes (CC0)
Arktisches Meereis tauchte im Pliozän zum ersten Mal auf, allerdings nur als saisonales Winterereignis.

Arktisches Meereis tauchte im Pliozän zum ersten Mal auf, allerdings nur als saisonales Winterereignis.

Bild: AWI/S. Hendricks
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Pliozän-Fauna Nordamerikas.

Bild: Smithsonian Museum/Jay Matternes

Arktisches Meereis tauchte im Pliozän zum ersten Mal auf, allerdings nur als saisonales Winterereignis.

Bild: AWI/S. Hendricks

Das Pliozän war eine Epoche von ungefähr 2,8 Millionen Jahren Dauer, die vor 2,5 Millionen Jahren endete, als die Erde in eine Eiszeitphase geriet, deren Wechsel aus Kalt- und Warmzeiten bis heute andauert. "Im Pliozän war der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre zuletzt so hoch wie derzeit und wir besitzen eine Fülle von Informationen, die uns das Klima und die Umwelt dieser Epoche beschreiben", so Haywood. In Berlin erklärte er den Klimaforschern auf der REKLIM-Tagung, aus welchen Gründen das Pliozän als Parallele für unsere Gegenwart taugt und welche dagegen sprechen.

Unterschiedliche Zeitskalen müssen beachtet werden

Gravierendstes Problem beim Vergleich der Epochen: Die Zeitskalen von damals passen nicht auf menschliche Maßstäbe. Die Kohlendioxidgehalte in der Atmosphäre des Pliozäns blieben über Jahrhunderte bis Jahrzehntausende stabil hoch. "Wir können im Pliozän bestenfalls verfolgen, was mit der Erde in den nächsten Jahrhunderten passiert, wenn wir die derzeitigen Kohlendioxidgehalte langfristig stabilisieren können", so Haywood. Die derzeit drängenden Fragen der Menschheit beziehen sich dagegen auf die nächsten Jahrzehnte.

Dennoch ist der Blick zurück nützlich, denn "unser Problem ist ja", so Haywood, "dass die Zukunft ein Feld mit extrem dünner Datengrundlage ist". Parallelen in der Erdgeschichte könnten Hinweise liefern, "wie empfindlich für Klimaänderungen die verschiedenen Komponenten des Erdsystems damals waren und wie besorgt wir daher heute sein müssen". Da das Pliozän relativ nahe an unserer Zeit liegt, sind auch wesentliche Komponenten des Erdsystem sehr ähnlich, beispielsweise die Verteilung der Kontinente und damit vermutlich auch die Konfiguration der Meeresströmungen.

Temperaturen lagen höher als heute

Wenig überraschend lagen die Temperaturen im Schnitt um zwei bis vier Grad über dem als Referenzwert betrachteten Niveau der vorindustriellen Zeit. Doch gab es auch drastische Abweichungen von diesem globalen Mittelwert. "In den höheren Breiten dürften die Temperaturen um zehn bis 15 Grad über dem Wert der vorindustriellen Zeit gelegen haben", so Haywood. Entsprechend waren die Ökosysteme gegenüber dem Stand unserer Tage in Richtung der Pole verschoben. "Es gab keine Tundra mehr und ein großer Teil des Permafrosts war verschwunden, stattdessen wuchsen Wälder an den Ufern des Nordpolarmeers", so Haywood.

Gering war auch die Eisbedeckung im Norden. Im Sommer war wohl das komplette Meereis verschwunden, und auch der Eisschild auf Grönland war drastisch reduziert. "Vielleicht 70 bis 80 Prozent war geschmolzen, nur ein Rest in den Hochlagen Ostgrönlands war geblieben", so Haywood. In der Antarktis ist die damalige Situation schwieriger zu erkennen. "Aber wir glauben, dass der Westantarktische Eisschild stark reduziert, wenn nicht sogar ganz verschwunden war und auch sensible Teile des Ostantarktiseises könnten abgeschmolzen sein", erklärt der britische Paläoklimaforscher. Insgesamt kommen die Forscher daher auf einen Meeresspiegel, der um zwölf bis 20 Meter über dem derzeitigen gelegen haben dürfte.

Westwinde nordwärts verschoben

Komplizierter ist es, die sonstigen Elemente des damaligen Klimasystems zu rekonstruieren. "Wir untersuchen gerade, wie sich die Westwinde und damit im Zusammenhang die Niederschläge auf der Nordhalbkugel verhielten", so Haywood. Offenbar hatte sich der Gürtel der Westwinde nach Norden verschoben, so dass Nord- und Mitteleuropa mehr und stärkere Winde bis hin zu Zyklonen abbekamen und in deren Gefolge auch mehr Niederschlag. Zentral für den Pazifik und die Südhalbkugel war dagegen damals wie heute das Verhalten der El-Nino-Südoszillation, bei der sich El Nino mit warmen, trockenen Jahren und La Nina mit kühlen, feuchten abwechseln. "Die Daten aus den Meeressedimenten im Ostpazifik deuteten auf eine starke Erwärmung während des Pliozän hin, was für einen verstärkten El Nino mit all seinen negativen Effekten für die Südhalbkugel sprechen würde", erklärte Haywood, "allerdings haben wir auch Korallenkerne für das Pliozän, die dafür sprechen, dass trotz höherer Temperaturen die Variabilität weiter bestehen blieb." Möglicherweise seien die El Ninos häufiger gekommen als heute, doch auch kühlere La Ninas waren in den Korallenkernen zu erkennen.

Eine veritable Überraschung gab es für die Paläoklimforscher bei der Rekonstruktion der Meeresströmungen im Pliozän. Haywood: "Geologische Daten weise auf eine Stärkung der AMOC hin, was unseren Erwartungen zuwiderläuft." AMOC ist die Abkürzung für ein zentrales Element im Wärmeverteiler Atlantik: die Atlantic Meridional Overturning Circulation. Sie umfasst den warmen salzhaltigen Golfstrom, der nordwärts fließt und auch Europas Zentralheizung genannt wird, und dazu den kalten und ebenfalls salzhaltigen Labradorstrom, der auf der gegenüberliegenden Seite des Ozeans in der Tiefsee zurückströmt und so das System der Meeresströmungen antreibt.

Atlantisches Strömungssystem verstärkt

Dieses System war unter den wärmeren Bedingungen des Pliozäns möglicherweise stärker als heutzutage und könnte damit ein Hinweis auf die Grenzen des "Vorbilds" Pliozän liefern. "Unsere Modelle können das zurzeit nicht nachvollziehen. Wir suchen nach den Ursachen, sie könnten in subtilen Änderungen in der Konfiguration von Kontinenten und Ozeanen liegen", so Alan Haywood. Die Forscher denken an eine nahezu völlige Isolierung des Arktischen Ozeans vom Rest der Weltmeere infolge von geringfügigen tektonischen Bewegungen zwischen Kamtschatka und Alaska sowie im Gebiet des Kanadischen Archipels im Nordosten Nordamerikas.

Damit wären die Beringstraße und die Nordwestpassage geschlossen gewesen, obwohl der Meeresspiegel höher als heutzutage war. Als Tiefenverbindung zwischen dem Arktischen Ozean und dem Rest der Meere wäre nur noch die Framstraße übrig geblieben. "Das hätte möglicherweise die Zirkulation im Atlantik anregen können", so Haywood. Das bedeutet aber auch, dass dieser Mechanismus zur Stärkung der atlantischen Meeresströmungen in der Gegenwart nicht zur Verfügung steht, denn seit gut 10.000 Jahren ist die Beringstraße offen.