Ein Rückblick in die Vergangenheit: Wie Phytan und Steran eine Abkühlung des Klimas seit dem mittleren Miozän aufzeigen

DMZ – KLIMA  ¦ Anton Aeberhard ¦      

 

Eine aktuelle Studie enthüllt bedeutende Erkenntnisse über die Klimageschichte der Erde. Forschende haben entdeckt, dass der Kohlendioxidgehalt (pCO2) in der Atmosphäre seit dem mittleren Miozän erheblich gesunken ist, was wichtige Rückschlüsse für die zukünftige Klimaentwicklung ermöglicht.

 

Die Bedeutung von pCO2 und Temperatur

Die Beziehung zwischen dem Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre und der globalen Temperatur ist entscheidend, um gegenwärtige Umweltveränderungen zu verstehen und zukünftige Klimatrends zu modellieren. Geologische Daten liefern dabei wertvolle Kontexte und mögliche Analogien zu künftigen Klimaszenarien. Zum Beispiel lag die globale Jahrestemperatur im mittleren Miozän vor etwa 15 Millionen Jahren bei etwa 18,4 °C, im Vergleich zu den heutigen 14,5 °C. Diese historische Warmphase bietet wertvolle Einblicke in ein Klima, wie es für das Jahr 2100 nach dem IPCC-Szenario RCP8.5 vorhergesagt wird.

 

Neue Erkenntnisse aus einem kontinuierlichen pCO2-Record

Die jüngsten Forschungen basieren auf einer kontinuierlichen Untersuchung der stabilen Kohlenstoffisotopenverhältnisse (δ13C) von Steranen und Phytanen über die letzten 15 Millionen Jahre. Diese Isotopenverhältnisse bieten eine unabhängige Methode zur Schätzung des pCO2 und tragen zur Verfeinerung bisheriger Modelle bei, die auf verschiedenen geologischen Proxydaten beruhen. Besonders wichtig ist hierbei die Nutzung eines einzelnen Bohrkerns, der diese gesamte Zeitspanne abdeckt und somit konsistente Daten ohne regionale Verzerrungen liefert.

 

Methodik und Ansatz

Die Forschenden nutzten stabile Kohlenstoffisotopenfraktionierungen, die während der photosynthetischen CO2-Fixierung durch Rubisco auftreten, um den historischen pCO2 zu schätzen. Diese Fraktionierungen spiegeln die Präferenz der Photosyntheseenzyme für das leichtere 12C-Isotop wider, was zu negativen Biomasse-Isotopenwerten im Vergleich zum gelösten anorganischen Kohlenstoff (CO2[aq]) führt. Die resultierenden Fraktionierungswerte (Ɛp) hängen primär vom pCO2 ab, wobei höhere pCO2-Werte zu höheren Ɛp-Werten führen.

Zur Berechnung des pCO2 wurde die Formel CO2[aq] = b/(Ɛf - Ɛp) verwendet, wobei Ɛf die maximale potenzielle Fraktionierung und b den Kohlenstoffbedarf pro Versorgung der Phytoplanktonzellen darstellt. Die Konzentration von CO2[aq] wurde dann mittels des Henry-Gesetzes in atmosphärisches pCO2 umgerechnet.

 

Ergebnisse und Diskussion

Die Daten aus den marinen Sedimenten des DSDP-Bohrkerns 467 vor der Küste Kaliforniens zeigen einen kontinuierlichen Anstieg der δ13C-Werte von Phytanen und Steranen über die letzten 15 Millionen Jahre. Diese Werte spiegeln einen globalen Trend wider und deuten auf eine signifikante Abnahme des pCO2 von etwa 620 ppmv vor 15 Millionen Jahren auf etwa 280 ppmv in der heutigen Zeit hin. Diese Abnahme steht im Einklang mit unabhängigen Temperaturrekonstruktionen und unterstützt die Hypothese einer engen Kopplung zwischen pCO2 und globalen Temperaturen.

 

Klimasensitivität und Zukunftsaussichten

Die Studie berechnete zudem die Klimasensitivität, also die Reaktion der globalen Temperatur auf Veränderungen des pCO2. Diese Berechnungen liefern wertvolle Hinweise für zukünftige Klimaprognosen. Die ermittelten Sensitivitätswerte bestätigen, dass selbst moderate Erhöhungen des pCO2 zu signifikanten Temperaturanstiegen führen können, was die Bedeutung von Maßnahmen zur CO2-Reduktion unterstreicht.

 

Diese Forschungsarbeit erweitert unser Verständnis der Erdklimageschichte und bietet eine solide Basis für die Modellierung zukünftiger Klimaentwicklungen. Sie zeigt eindrucksvoll, wie geologische Daten nicht nur die Vergangenheit erhellen, sondern auch helfen können, die Herausforderungen der Zukunft zu meistern.

 

 

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