29.06.2017, 13:09 Uhr

Wie sich das Klima an Kipppunkten in kurzer Zeit ändert

Symbolbild Klimamodellierung; Format 3:2 Image climate modeling (3:2) (Foto: Copyright AWI: Martin Künsting)
AWI [19. Juni 2017]
Klimawissenschaften
Neue Studie zeigt: Graduelle Veränderungen der CO2-Konzentration in der Atmosphäre können abrupte Klimaschwankungen auslösen


Erklärung:
CO2 ist die chemische Summenformel für das aus Kohlenstoff und Sauerstoff bestehende Element Kohlenstoffdioxid, auch als Kohlendioxid bekannt. Das Gas Kohlenstoffdioxid ist farblos, gut in Wasser löslich, nicht brennbar, geruchlos und ungiftig. Es ist neben Stickstoff, Sauerstoff und sogenannten Edelgasen ein natürlicher Bestandteil der Luft und ist eines der bedeutendsten Treibhausgase. Obwohl CO2 mit nur etwa 0,038 Prozent einen geringen Teil der Luft ausmacht, hat es in seiner Funktion als Treibhausgas einen entscheidende Rolle für unser Klima: Es absorbiert einen Teil der von der Erde in das Weltall abgegebenen Wärme und strahlt diese zurück auf die Erde. Durch diesen natürlichen Treibhauseffekt entsteht auf der Erde das uns bekannte gemäßigte Klima, welches Flora und Fauna gedeihen lässt.

Während der letzten Eiszeit konnte der Einfluss von atmosphärischem CO2 auf den Nordatlantikstrom innerhalb weniger Jahrzehnte in Grönland einen Anstieg der Temperatur um bis zu 10 Grad Celsius verursachen. Das zeigen neue Klimaberechnungen von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Instituts und der Universität Cardiff. Erstmals konnte damit nachgewiesen werden, dass es in der jüngeren Erdgeschichte Situationen gab, in denen graduell steigende CO2-Konzentrationen an sogenannten Kipppunkten abrupte Ozeanzirkulations- und Klimaänderungen ausgelöst haben. Diese abrupten Übergänge wurden in grönländischen Eiskernen beobachtet und sind als Dansgaard-Oeschger-Ereignisse bekannt. Die Ergebnisse der Studie sind nun in dem Fachjournal Nature Geoscience erschienen.

Während vergangener Eiszeiten kam es immer wieder zu abrupten Klimaänderungen in hohen Breitengraden der Nordhalbkugel. Wodurch diese Phänomene ausgelöst werden, ist allerdings bislang noch weitgehend ungeklärt. Um den Einfluss von CO2 auf solche abrupten Änderungen zu verstehen, haben Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) nun eine Reihe von Experimenten in einem gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Meereismodell durchgeführt.

Erstautor Xu Zhang: „Mit unserer Studie konnten wir zum ersten Mal zeigen, wie ein allmählicher Anstieg von CO2 eine rasante Erwärmung auslöste.“ Dieser Temperaturanstieg geht auf eine Wechselwirkung zwischen Ozeanströmungen und der Atmosphäre zurück, die die Wissenschaftler in dem Klimamodell untersucht haben. Der CO2-Anstieg stärkt demnach die Passatwinde über Zentralamerika, indem sich der Ostpazifik stärker erwärmt als der Westatlantik. Hierdurch kommt es zu einem stärkeren Feuchtigkeitstransport aus dem Atlantik, wodurch sich Salzgehalt und Dichte des Oberflächengewässers erhöhen. Dieser Effekt löst schließlich einen abrupten Anstieg der Zirkulationsstärke aus. „Unsere Simulationen zeigen, dass bereits kleine Veränderungen der CO2-Konzentration ausreichen, um einen Wechsel der Zirkulationsmuster hervorzurufen. Diese können dann einen raschen Temperaturanstieg auslösen“, sagt Xu Zhang.

Die Verfasser der Studie zeigen außerdem, dass der CO2-Anstieg Hauptverursacher für veränderte Ozeanströmungen während des Übergangs von einer Eiszeit zur Warmzeit ist. „Ob der CO2-Anstieg in Zukunft ähnliche Effekte hervorrufen wird, können wir mit den Ergebnissen nicht zwingend vorhersagen, weil sich die Rahmenbedingungen heute von denen während einer Eiszeit unterscheiden. Allerdings können wir zeigen, dass es in der Erdgeschichte definitiv abrupte Klimaänderungen gegeben hat, die auf kontinuierlich steigende CO2-Konzentrationen zurückzuführen sind“, betont Klimawissenschaftler Gerrit Lohmann.

Die Arbeiten zu dieser Studie sind im Rahmen eines größeren Verbundvorhabens des Bundesministeriums für Bildung und Forschung zur Paläoklimamodellierung (PalMod) unterstützt worden.

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