Eiszeiten und Warmphasen können abrupt wechseln

22. Jänner 2002, 11:42
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"Stochastische Resonanz" ermöglicht Temperaturveränderung von sechs bis zehn Grad Celsius innerhalb eines Jahrzehnts

Potsdam - Forscher des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) haben mit Computersimulationen gezeigt, dass die stochastische Resonanz vermutlich eine auslösende Rolle bei der Berg- und Talfahrt des Klimas während der letzten großen Eiszeit gespielt hat. Dies veröffentlichten die beiden Forscher Andrey Ganopolski und Stefan Rahmstorf in den Physical Review Letters.

Während der letzten großen Eiszeit, die vor 120.000 Jahren begann und vor 10.000 Jahren endete, gab es mindestens zwanzig abrupte und drastische Klimawechsel. Diese so genannten D/O-Events (Dansgaard-Oeschger Ereignisse) starteten mit einem plötzlichen Temperaturanstieg von sechs bis zehn Grad Celsius innerhalb von nur ungefähr zehn Jahren. Die Warmphasen hielten dann für Jahrhunderte an. Dies ist vor allem in den nördlichen "Klimaarchiven" der Erde wie den grönländischen Eisbohrkernen und den Tiefseeablagerungen des Atlantiks, dokumentiert. Die Auswirkungen waren aber auch in anderen Teilen der Erde spürbar.

"Stochastische Resonanz"

Wissenschaftler versuchten seit der Entdeckung dieser D/O-Events eine Erklärung für den Zustand zu finden. Einen Anhaltspunkt gab dabei die Regelmäßigkeit dieser Ereignisse: Sie treten meist alle 1.500 Jahre auf, manchmal aber auch nur alle 3.000 oder 4.500 Jahre. Physiker sind mit einem Mechanismus vertraut, der dieses Phänomen erklären könnte: die stochastische Resonanz. Sie wird erzeugt, wenn drei Voraussetzungen gleichzeitig eintreten: Ein periodischer Taktgeber (in diesem Fall von 1.500 Jahren), "Rauschen", das heißt in diesem Fall zufällige Schwankungen im Wetter, sowie ein Schwellenwert, an dem das System von einem Zustand in einen anderen springen kann.

Die beiden Forscher haben mit einem Computermodell des Weltklimas nun zum ersten Mal gezeigt, auf welche Weise die stochastische Resonanz die D/O-Ereignisse erzeugt haben könnte. Mit Simulationen konnten die Wissenschaftler bereits im vergangenen Jahr die räumliche und zeitliche Ausdehnung der D/O-Events und ihren Zusammenhang mit den herrschenden Strömungsverhältnissen im Atlantik nachvollziehen. Die Temperaturen innerhalb der letzten Eiszeit schnellten immer dann in die Höhe, wenn der warme Golfstrom über Island hinaus bis ins Europäische Nordmeer vordrang. Um das Strömungssystem in diesen Zustand zu bringen, reichten kleinste Störungen aus. Das System befand sich damals offenbar dicht an der Schwelle, wo es von seinem kalten Grundzustand in einen warmen kippen konnte, die D/O-Events traten ein. Da dieser warme Strömungszustand aber instabil war, gingen die Warmphasen nach einigen Jahrhunderten von selbst vorüber.

Die Forscher zeigten nun, dass die stochastische Resonanz unter den Bedingungen der letzten Eiszeit ein Auslöser für die D/O-Events gewesen sein kann und erklären damit viele ihrer eigenartigen Merkmale. Mit dem Ende der Eiszeit stabilisierten sich die Meeresströmungen, und unter den stabilen Klimabedingungen des Holozäns konnte sich die menschliche Zivilisation entfalten. Ein großes Rätsel bleibt allerdings die Frage nach dem Ursprung dieses Zyklus. Einige Forscher nehmen an, dass Schwankungen in der Strahlungsintensität der Sonne dazu geführt haben. (pte)

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