Forscher lösen Rätsel um rasante eiszeitliche Klimaschwankungen

19. August 2014, 19:07
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Schon geringe Änderungen in der Größe des arktischen Eisschildes konnten zu abrupten Temperaturwechseln führen

Bremerhaven - Während der letzten Eiszeit bedeckte ein dicker Eispanzer weite Teile der Nordhalbkugel. Das über den Landmassen gespeicherte Wasser sorgte dafür, dass der Meeresspiegel zur Zeit der maximalen Vergletscherung um bis zu 120 Meter tiefer lag als heute. Insgesamt herrschte das Eis mehr als 100.000 Jahre, das allerdings mit Unterbrechungen: Rasante Klimaumbrüche, die innerhalb weniger Jahrzehnte zu drastischen Temperatursprüngen von bis zu zehn Grad Celsius führten, charakterisierten diese Kaltzeit.

Die Ursachen für die als "Dansgaard-Oeschger-Ereignisse" bekannten schnellen Klimawechsel in einem Zeitraum von 110.000 bis 23.000 Jahren vor unserer Zeit waren lange Zeit unklar. Eine Forschergruppe des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven hat nun möglicherwiese das Rätsel gelöst: Vermutlich reichten nur geringe Änderungen im Klimasystem, um die Klimasprünge auszulösen.

"Abrupte Temperatursprünge fanden weder bei den extrem tiefen Meeresspiegeln maximaler Vergletscherung vor etwa 20.000 Jahren statt noch bei hohem Meeresspiegel wie heute. Sie waren auf Zeiten mittleren Eisvolumens und mittlerer Meeresspiegelhöhen begrenzt," berichtet der Leitautor der Studie, Xu Zhang.

Eisdeckel blockierte Meeresströmungen

Den Prozessen hinter diesen eiszeitlichen Ereignissen kamen die AWI-Forscher mit Hilfe von Modellberechnungen auf die Spur. Und so könnten die schnellen Temperaturwechsel bei mittlerer Vereisung der Nordhalbkugel abgelaufen sein: In der eiszeitlichen Kaltphase ("Stadial") bedeckten riesige Eisschilde den Norden Amerikas und Europas. Starke Nordwestwinde trieben das arktische Meereis bis zur französischen Küste hinunter. Weil der ausgedehnte Eisdeckel auf dem Nordatlantik den Wärmeaustausch zwischen Luft und Meer unterband, fehlte den Meeresströmungen die starke Antriebskraft heutiger Bedingungen. Die Ozeanzirkulation als mächtiges Förderband der Weltmeere war deshalb sehr viel schwächer ausgeprägt als in der Gegenwart und transportierte nur wenig Wärme in den Norden.

In den lang anhaltenden Kaltphasen wuchsen die Eisschilde weiter an. Bei höheren Eisschilden über Nordamerika, wie sie dann in Zeiten mittlerer Meeresspiegelhöhen typisch waren, trennten sich die vorherrschenden Nordwestwinde in zwei Arme auf. Die Hauptwindströmung verlief nördlich des so genannten Laurentidischen Eisschildes und sorgte dafür, dass auch die Meereisgrenze vor der europäischen Küste sich gen Norden verlagerte. Im eisfreien Meer konnte ein Wärmeaustausch zwischen Atmosphäre und Ozean stattfinden. Gleichzeitig trieb der Südarm der nordwestlichen Winde wärmeres Wasser in die eisfreien Bereiche des Nordost-Atlantiks und verstärkte dadurch den Wärmetransport in den Norden zusätzlich.

Die veränderten Bedingungen kurbelten die Ozeanzirkulation an. Im Ergebnis führte ein hoher Laurentidischer Eisschild über Nordamerika also zu einer verstärkten Ozeanzirkulation und damit zu einem größeren Wärmetransport Richtung Norden. Das Klima auf der Nordhalbkugel wurde innerhalb weniger Jahrzehnte wärmer ("Interstadial"), bevor es aufgrund des dann einsetzenden Gletscherrückgangs über Nordamerika und den erneuten Änderungen der Windverhältnisse wieder abzukühlen begann.

Kleine Schwankungen mit schweren Folgen

"Mit den Simulationen unseres Klimamodells konnten wir zeigen, dass das Klimasystem auch auf kleine Veränderungen mit abrupten Schwankungen reagieren kann," erklärt Gerrit Lohmann vom AWI die Bedeutung der neuen, Im Fachjournal "Nature" Studie für die aktuelle Klimadiskussion. "Bei mittleren Meeresspiegelhöhen braucht es keine starken Zwänge von außen, zum Beispiel ein dramatisch beschleunigtes Abschmelzen polarer Eisschilde, damit das Klimasystem ins Schwingen gerät und drastische Wechsel erfährt."

In der Gegenwart ist die Ausdehnung des arktischen Meereises sehr viel geringer als in der letzten Eiszeit. Gleichzeitig verschwand der Laurentidische Eisschild als wichtigster Taktgeber für die eiszeitliche Ozeanzirkulation. Klimawechsel nach dem Muster der letzten Eiszeit sind unter heutigen Bedingungen also nicht zu erwarten.

"Es gibt offenbar Ausgangssituationen, in denen sich das Klimasystem robuster gegen Änderungen zeigt und solche, unter denen es zu starken Schwankungen neigt," so das Fazit von Lohmann. "Erdgeschichtlich befinden wir uns derzeit in einer stabileren Phase des Klimasystems, in der die Voraussetzungen, unter denen es während der letzten Eiszeit zu schnellen Temperatursprüngen kam, nicht gegeben sind. Das bedeutet allerdings nicht, dass rasante Klimawechsel künftig grundsätzlich ausgeschlossen sind." (red, derStandard.at, 19.08.2014)

  • Die Nordhalbkugel im „Stadial“ (Kaltphasen):
In der  eiszeitlichen Kaltphase bedeckten riesige Eisschilde den Norden Amerikas  und Europas. Starke Nordwestwinde trieben das arktische Meereis bis zur  französischen Küste hinunter. Weil der ausgedehnte Eisdeckel auf dem  Nordatlantik den Wärmeaustausch zwischen Luft und Meer unterband, fehlte  den Meeresströmungen die starke Antriebskraft wie unter heutigen  Bedingungen. Die Ozeanzirkulation als mächtiges Förderband der Weltmeere  war deshalb sehr viel schwächer ausgeprägt als in der Gegenwart und  transportierte nur wenig Wärme in den Norden.
    grafik: awi

    Die Nordhalbkugel im „Stadial“ (Kaltphasen):

    In der eiszeitlichen Kaltphase bedeckten riesige Eisschilde den Norden Amerikas und Europas. Starke Nordwestwinde trieben das arktische Meereis bis zur französischen Küste hinunter. Weil der ausgedehnte Eisdeckel auf dem Nordatlantik den Wärmeaustausch zwischen Luft und Meer unterband, fehlte den Meeresströmungen die starke Antriebskraft wie unter heutigen Bedingungen. Die Ozeanzirkulation als mächtiges Förderband der Weltmeere war deshalb sehr viel schwächer ausgeprägt als in der Gegenwart und transportierte nur wenig Wärme in den Norden.

  • Die Nordhalbkugel im „Interstadial“ (kurze, warme Zwischenphasen während der Eiszeit):
In  den lang anhaltenden Kaltphasen wuchsen die Eisschilde weiter an. Bei  höheren Eisschilden über Nordamerika, wie sie dann in Zeiten mittlerer  Meeresspiegelhöhen typisch waren, trennten sich die vorherrschenden  Nordwestwinde in zwei Arme auf. Die Hauptwindströmung verlief nördlich  des so genannten Laurentidischen Eisschildes und sorgte dafür, dass auch  die Meereisgrenze vor der europäischen Küste sich gen Norden  verlagerte. Im eisfreien Meer kann ein Wärmeaustausch zwischen  Atmosphäre und Ozean stattfinden. Gleichzeitig trieb der Südarm der  nordwestlichen Winde wärmeres Wasser in die eisfreien Bereiche des  Nordost-Atlantiks und verstärkte dadurch den Wärmetransport in den  Norden zusätzlich.
Die veränderten Bedingungen kurbelten die  Ozeanzirkulation an. Im Ergebnis führte ein hoher Laurentidischer  Eisschild über Nordamerika also zu einer verstärkten Ozeanzirkulation  und damit zu einem größeren Wärmetransport Richtung Norden. Das Klima  auf der Nordhalbkugel wurde innerhalb weniger Jahrzehnte wärmer, bevor  es aufgrund des dann einsetzenden Gletscherrückgangs über Nordamerika  und den erneuten Änderungen der Windverhältnisse wieder abzukühlen  begann.
    grafik: awi

    Die Nordhalbkugel im „Interstadial“ (kurze, warme Zwischenphasen während der Eiszeit):

    In den lang anhaltenden Kaltphasen wuchsen die Eisschilde weiter an. Bei höheren Eisschilden über Nordamerika, wie sie dann in Zeiten mittlerer Meeresspiegelhöhen typisch waren, trennten sich die vorherrschenden Nordwestwinde in zwei Arme auf. Die Hauptwindströmung verlief nördlich des so genannten Laurentidischen Eisschildes und sorgte dafür, dass auch die Meereisgrenze vor der europäischen Küste sich gen Norden verlagerte. Im eisfreien Meer kann ein Wärmeaustausch zwischen Atmosphäre und Ozean stattfinden. Gleichzeitig trieb der Südarm der nordwestlichen Winde wärmeres Wasser in die eisfreien Bereiche des Nordost-Atlantiks und verstärkte dadurch den Wärmetransport in den Norden zusätzlich.

    Die veränderten Bedingungen kurbelten die Ozeanzirkulation an. Im Ergebnis führte ein hoher Laurentidischer Eisschild über Nordamerika also zu einer verstärkten Ozeanzirkulation und damit zu einem größeren Wärmetransport Richtung Norden. Das Klima auf der Nordhalbkugel wurde innerhalb weniger Jahrzehnte wärmer, bevor es aufgrund des dann einsetzenden Gletscherrückgangs über Nordamerika und den erneuten Änderungen der Windverhältnisse wieder abzukühlen begann.

  • Die heutigen Klimabedingungen auf der Nordhalbkugel:
In  der Gegenwart ist die Ausdehnung des arktischen Meereises sehr viel  geringer als in der letzten Eiszeit. Gleichzeitig verschwand der  Laurentidische Eisschild als wichtigster Taktgeber für die eiszeitliche  Ozeanzirkulation. Das heutige Klima verhält sich in Modellsimulationen  deshalb sehr viel robuster gegen graduelle Veränderungen als in den  Phasen mittlerer Vereisung und mittlerer Meersspiegelhöhen, in denen es  während der letzten Eiszeit die rasanten Temperatursprünge auf der  Nordhalbkugel gab.
    grafik: awi

    Die heutigen Klimabedingungen auf der Nordhalbkugel:

    In der Gegenwart ist die Ausdehnung des arktischen Meereises sehr viel geringer als in der letzten Eiszeit. Gleichzeitig verschwand der Laurentidische Eisschild als wichtigster Taktgeber für die eiszeitliche Ozeanzirkulation. Das heutige Klima verhält sich in Modellsimulationen deshalb sehr viel robuster gegen graduelle Veränderungen als in den Phasen mittlerer Vereisung und mittlerer Meersspiegelhöhen, in denen es während der letzten Eiszeit die rasanten Temperatursprünge auf der Nordhalbkugel gab.

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