Dienstag, 19. Juli 2016

Wie das Schmelzwasser der Eisschilde das Klima durcheinanderbrachte

     Wie heute das Grönlandeis, so schmolz am Ende der letzten Eiszeit vor 10.000 Jahren ein großer Eispanzer in Nordamerika. Sein Schmelzwasser hat das Klima in Nordwest-Europa und Nordwestafrika tiefgreifend beeinflusst. Der zuvor entgegengesetzte Zusammenhang zwischen den Niederschlagsmengen in Nordwestafrika und Nordwesteuropa kehrte sich um. Ob und wie das Schmelzen des Grönlandeises unser Klima verändern wird, simulierten internationale Forscher. Sie nutzten dafür Tropfsteine aus Höhlen als Klimatagebücher der Vergangenheit.


Wie wird das Abschmelzen des Grönlandeises unser Klima beeinflussen? Um eine Vorstellung davon zu erlangen, blicken Forscher weit zurück in die Vergangenheit. Im frühen Holozän – vor etwa 11.700 bis 8.000 Jahren – schmolz ein großer Eispanzer in Nordamerika ab. Anhand von Tropfsteinen in Höhlen, sogenannten Speläothemen, und Computersimulationen rekonstruierte ein internationales Team um Dr. Jasper Wassenburg von der Ruhr-Universität Bochum die Folgen: Heute beobachtet man einen entgegengesetzten Zusammenhang zwischen den Niederschlagsmengen in Nordwestafrika und Nordwesteuropa. Wenn in Nordwesteuropa ein feuchtes Winterklima vorherrscht, ist das Klima in Nordwestafrika trocken. Dieser Zusammenhang kehrte sich im frühen Holozän infolge des Abschmelzens des Eispanzers um, so dass es an beiden Orten zeitgleich feucht beziehungsweise trocken war. Das Klima veränderte sich tiefgreifend. Die Forscher berichten in der aktuellen Ausgabe von Nature Geoscience.

Luftdruck-Gegensatz bestimmt das Klima
Maßgeblich für das Winterklima in Nordwesteuropa und im Mittelmeerraum ist die Nordatlantische Oszillation (NAO): die Schwankungen des Luftdruck-Gegensatzes zwischen dem Azorenhoch im Süden und dem Islandtief im Norden des Nordatlantiks. Die Forscher wollten wissen, wie sich die NAO verhält, wenn – wie zurzeit bedingt durch den Klimawandel – Eisschilde und Gletscher rund um den Nordatlantik abschmelzen.

Klimatagebuch aus der Höhle
Um das herauszufinden, nutzten sie Speläotheme als Klimaarchiv: Sie konnten zeigen, dass in Nordwestmarokko das Verhältnis der darin enthaltenen Sauerstoff-Isotope 18O und 16O unter anderem durch die Niederschlagsmengen beeinflusst ist. Somit konnten sie anhand von Speläothemen aus Nordwestmarokko und Westdeutschland auf das dortige Klima vom frühen bis zum späten Holozän vor etwa 11.700 bis 2.500 Jahren schließen.

Korrelation kehrt sich um
Es zeigte sich, dass über mehrere Jahrzehnte bis Jahrhunderte hinweg die Niederschlagsmenge an den beiden Orten im mittleren Holozän (vor 8.000 bis 5.900 Jahren) und im späten Holozän vor 4.700 bis 2.500 Jahren in negativer Korrelation zueinander standen. Es gab also an einem der beiden Orte weniger Niederschlag, wenn es am anderen viel Niederschlag gab, genau wie heute. Im frühen Holozän gab es jedoch eine positive Korrelation der Niederschläge zwischen beiden Regionen. Im Übergang zum mittleren Holozän hat sich der Zusammenhang umgekehrt.

Klimasimulationen verdeutlichen Reaktion des Klimas auf das Abschmelzen
Um die Gründe dafür herauszufinden, führte das Team Klimasimulationen mit einem gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Modell durch. „Eine mögliche Erklärung für die umgekehrte Korrelation ist das endgültige Abschmelzen des Nordamerikanischen Eisschildes im frühen Holozän“, erklärt Jasper Wassenburg, der die Untersuchung in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Adrian Immenhauser am Lehrstuhl für Sediment- und Isotopengeologie der Ruhr-Universität Bochum durchführte und inzwischen ans Institut für Geowissenschaften der Johannes Gutenberg-Universität Mainz gewechselt ist. Dieser Eispanzer bedeckte während der letzten Eiszeit große Teile Kanadas. Gewaltige Mengen an Schmelzwasser flossen in den Nordatlantik und veränderten dessen Strömungsmuster. „Mit den Simulationen unseres Klimamodells konnten wir zeigen, dass nur ein kombinierter Effekt, bestehend aus der Wirkung des Nordamerikanischen Eisschildes auf die atmosphärische sowie seines Schmelzwassers auf die ozeanische Zirkulation, die positive Korrelation der Niederschläge in Marokko und Deutschland erklären kann“, erklärt Dr. Stephan Dietrich, der die Simulationen am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung auswertete und mittlerweile an der Bundesanstalt für Gewässerkunde Koblenz beschäftigt ist.

Eisschild hatte einen stark kühlenden Effekt
Atmosphärische Zirkulationsmuster wie die NAO sind abhängig von Luftdruckmustern, die durch die Aufheizung und Abkühlung von Luft entstehen. Meeresströmungen spielen dabei eine wichtige Rolle, weil sie die Verteilung der Wärme und somit auch die Luftzirkulation beeinflussen. Der Nordamerikanische Eisschild hatte einen stark kühlenden Effekt: Schnee und Eis reflektieren viel Sonnenlicht, die Forscher nennen diesen Effekt Albedo. Er führte dazu, dass sich über dem Eisschild ein stabiles Hochdruckgebiet entwickelte.
Außerdem beeinflusste das Schmelzwasser die Stärke der Ozeanströme, insbesondere den Nordatlantikstrom. „Auch wenn die genauen Mechanismen noch unbekannt sind, ist es sehr wahrscheinlich, dass diese Effekte maßgeblich dafür sind, dass sich die positive Korrelation der Niederschläge in Marokko und Deutschland nach dem endgültigen Abschmelzen des Nordamerikanische Eisschildes in eine negative umgekehrt hat“, erklärt Jasper Wassenburg.

Ähnliches Szenario ist möglich
Wenn nun das Grönlandeis abschmilzt und sein Schmelzwasser in den Nordatlantik fließt, könnte sich ein ähnliches Szenario ergeben, in dem sich die NAO wie im frühen Holozän verändert, folgern die Forscher. „Allerdings gibt es entscheidende Unterschiede zwischen den klimatischen Gegebenheiten im frühen und im späten Holozän, so dass wir nur schwer voraussagen können, ob und wie die NAO beeinflusst werden wird“, so der Forscher.
„Wir nehmen an, dass es vor allem von der Geschwindigkeit, mit der das Grönlandeis schmilzt, und von der Menge des Schmelzwassers abhängt.“ Detailliertere Rekonstruktionen des Klimas und genaue Messungen der Veränderung des Grönlandeises seien notwendig, um die Mechanismen zu verstehen, die zur Veränderung der Korrelationsmuster beitragen.

Internationales Team der Studie
An der Studie beteiligt waren Forscher der Ruhr-Universität Bochum, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, des Alfred-Wegener-Instituts, des Helmholtz-Zentrums für Polar- und Meeresforschung Bremerhaven, der Bundesanstalt für Gewässerkunde Koblenz, des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel, der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, der Universität Innsbruck, der Faculty of Sciences Dhar Mahraz Fès und des Max-Planck-Instituts für Chemie, Mainz.

Originalpublikation
Jasper A. Wassenburg, Stephan Dietrich, Jan Fietzke, Jens Fohlmeister, Klaus Peter Jochum, Denis Scholz, Detlev K. Richter, Abdellah Sabaoui, Christoph Spötl, Gerrit Lohmann, Meinrat O. Andreae and Adrian Immenhauser. Reorganization of the North Atlantic Oscillation during early Holocene deglaciation, in: Nature Geoscience, 2016, DOI: 10.1038/ngeo2767

Meike Drießen Dezernat HochschulkommunikationRuhr-Universität Bochum


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