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Forscher rekonstruieren Klima der Erde: Das verraten die Zahlen wirklich

Das Klima der Erde hat auch in der Vergangenheit viele Phasen durchgemacht.
Das Klima der Erde hat auch in der Vergangenheit viele Phasen durchgemacht.
Foto: iStock.com/freie-kreation
Wenn es um unsere Zukunft geht, wissen wir, dass wir auf das Klima der Erde achten müssen. Doch wie sah es in der Vergangenheit aus? Forscher haben die Temperaturen von damals ermittelt.

Das Klima der Erde veränderte sich ständig. Allerdings verlief dieser Wandel meistens recht langsam. Das lässt sich bei den von uns Menschen aktuell verursachten Handlungen nicht mehr sagen. Der Klimawandel schreitet schnell voran. Dennoch kam es immer wieder dazu, dass das Erdklima sich von sehr heiß bis hin zu einer Eiszeit stark veränderte. Die Erkenntnisse zum vergangenen Klima, dem Paläoklima, waren bislang noch lückenhaft. Die Messwerte schwankten stark. Nun haben Forscher uns hierzu einen genauen Überblick verschafft. Die Zahlen zeigen Erstaunliches.

Eiszeit auf der Erde
Eiszeit auf der Erde

Genaues Bild des Klimas der Erde durch einheitliche Messungen

Ein Forscherteam ist 66 Millionen Jahre in die Vergangenheit zurückgereist, zumindest wenn es um die Darstellung der Zahlen zum Klima der Erde geht. Sie konnten das Erdklima darstellen, indem sie sich auf einheitliche Messungen beriefen und so ein Bild darstellen konnten, dass sich besser interpretieren lässt. In der Erdneuzeit durchlief das Klima der Erde vier unterschiedliche Phasen. Die heißeste Phase wird hothouse genannt. Damals lagen die mittleren Temperaturen bei bis zu 15 Grad Celsius höher als heute. Unser heutiges Klima ähnelt dahingegen einem Gefrierschrank, von Forschern auch icehouse genannt.

Für die Untersuchung wurden insgesamt 14 Bohrkerne verwendet. Sie hatten in den vergangenen zwei Jahrzehnten an verschiedenen Orten der Welt in Ozeansedimenten gebohrt. Auf diese Weise konnten Ablagerungen der gesamten Erdneuzeit gefunden werden. Das heißt sie beginnen vor 66 Millionen Jahren im Zeitalter des Paläozäns bis zum heutigen Holozän. Natürlich gibt es keine Messwerte der Erdtemperaturen, die vor 66 Millionen Jahren herrschten. Daher war das Forscherteam auf sogenannte Klimaproxies angewiesen. Daraus können frühe Temperaturen abgeleitet werden. Solche Hinweise finden sich in Meeressedimenten.

Zwei Lebewesen halfen bei der Datenfindung zum Erdklima

Für die Analyse des Klimas der Erde musste ein einheitlicher Weg her. Die Forscher konzentrierten sich auf Spuren von Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopen in den Kalkschalen mariner Kleinstlebewesen. Sie stießen dabei auf über 10.000 Arten. Doch nur zwei waren wirklich interessant für die Wissenschaftler: die Foraminiferen der Gattungen Cibicidoides und Nuttalides. Sie leben auf dem Meeresgrund und haben sich während der gesamten Erdneuzeit kaum verändert. So konnten sich die Forscher an ihnen orientieren, um die Erdtemperaturen der Vergangenheit zu ermitteln.

Für die paläoklimatologische Analyse wurde ein Messverfahren verwendet, dass auf den Nobelpreisträger Harold Urey zurückgeht. Dieses beruht darauf, dass die drei Sauerstoffisotope in drei verschiedenen Konzentrationen vorkommen.

  • Am durchschnittlich häufigsten (99,76 Prozent) kommt Sauerstoff -16 vor. Es hat acht Protonen und Neutronen im Atomkern.
  • Die seltenste Variante ist Sauerstoff-17 (0,04 Prozent) mit 17 Neutronen.
  • Sauerstoff-18 (0,2 Prozent) ist etwas schwerer mit zwei Neutronen mehr als Sauerstoff-16.

Einen Nachteil hat Sauerstoff-18 gegenüber Sauerstoff-16: Damit es verdampfen kann, müssen die Wassertemperaturen höher sein. Das liegt an seinem etwas höheren Gewicht. Die Schlussfolgerung von Urey war, dass kaltes Meerwasser mehr Sauerstoff-18 enthalten muss. Befindet sich also das Klima der Erde in einer kalten Phase, muss auch mehr Sauerstoff-18 zu finden sein. Andersherum muss es natürlich weniger davon geben, wenn die Erde sich in einer heißen Phase befindet.

So lassen sich die Temperaturphasen erschließen

Die Unterschiede der beiden Isotope helfen, um die herrschenden Temperaturen zu ermitteln. Ähnlich verhält es sich auch mit den Kohlenstoffisotopen. Mit dieser Methode ist es den Forschern gelungen, das Klima der Erde während der Erdneuzeit zu berechnen und einheitlich darzustellen, wie sie in der Fachzeitschrift Science bekanntgaben. Das Maß bildete die globale Temperatur.

Schon früher war bekannt, dass zu Beginn des Eozäns, das heißt vor rund 45 bis 55 Millionen Jahren eine heiße Phase auf der Erde herrschte. Seitdem kühlt sich der Blaue Planet immer weiter ab. In den Eiszeiten des Quartärs war es durchschnittlich vier Grad Celsius kälter als heute. Die mittleren Temperaturen sollen zwischen dem Eozän und den Eiszeiten um 20 Grad Celsius gesunken sein.

Den Forschern gelang es vier Klimaphasen zu identifizieren:

  • Die erste zehn Millionen Jahre (Paläozän) und der Zeitraum zwischen 50 und 35 Millionen Jahren (Eozän) war eine warme Phase. Es war vier bis zwölf Grad Celsius wärmer als heute.
  • Dann gab es die hothouse-Phase des Eozäns.
  • Eine plötzliche Erdabkühlung gab es vor etwa 34 Millionen Jahren, zu Beginn des Oligozäns. Die Temperaturen sanken um drei Grad Celsius. Damals entstand der Eispanzer der Ostantarktis. Das dauert 20 Millionen Jahre an. Danach kam es im mittleren Miozän zu einem weiteren Temperatursturz. Diese Epochen werden coolhouse genannt.
  • Schließlich folgt die icehouse-Phase, die vor zwei Millionen Jahren beginnt. Es ist der kälteste Abschnitt der Erdneuzeit und dauert bis heute an. Auch wenn die Erderwärmung durch den Klimawandel erfolgt.

Das Klima der Erde ist wichtig, wenn es darum geht, den Planeten Erde zu retten. Forscher liefern hierfür eine simple Lösung. Das könnte uns bei einer nächsten Eiszeit erwarten.

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