Bisher haben Studien zum Erdklima eine starke Korrelation zwischen dem globalen Klima und dem atmosphärischen Kohlendioxid nachgewiesen. Das heißt, in warmen Perioden bleiben hohe CO2-Konzentrationen bestehen, während kältere Zeiten relativ niedrigen Werten entsprechen.
Das Phytoplankton Emiliania huxleyi bietet neue Hinweise auf das Klima in Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Bildnachweis: Wikimedia Commons
In der dieswöchigen Ausgabe der Zeitschrift Nature enthüllen Paläoklimaforscher jedoch, dass das Klima vor etwa 12 bis 5 Millionen Jahren von den atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen entkoppelt war. Ein neuer Beweis dafür sind die Sedimentkerne in der Tiefsee, die aus dem späten Miozän der Erdgeschichte stammen.
Während dieser Zeit waren die Temperaturen in einem weiten Teil des Nordpazifiks 9 bis 14 Grad Fahrenheit wärmer als heute, während die atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen nahe den Werten vor der industriellen Revolution niedrig blieben.
Die Forschung zeigt, dass in den letzten fünf Millionen Jahren Änderungen der Ozeanzirkulation eine engere Kopplung des Erdklimas an Änderungen der Kohlendioxidkonzentrationen in der Atmosphäre ermöglichten.
Die Ergebnisse zeigen auch, dass das Klima der Neuzeit schneller auf sich ändernde Kohlendioxidwerte reagiert als in den letzten 12 Millionen Jahren.
"Diese Arbeit stellt einen wichtigen Fortschritt dar, um zu verstehen, wie das vergangene Klima der Erde genutzt werden kann, um zukünftige Klimatrends vorherzusagen", sagt Jamie Allan, Programmdirektor in der Abteilung für Ozeanwissenschaften der National Science Foundation (NSF), die die Forschung finanzierte.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Jonathan LaRiviere und Christina Ravelo von der Universität von Kalifornien in Santa Cruz (UCSC) erstellte die ersten kontinuierlichen Rekonstruktionen der Pazifik-Temperaturen im offenen Ozean während der späten Miozän-Epoche.
Es war eine Zeit, in der es auf der Nordhalbkugel fast eisfrei und auf allen Kontinenten wärmer als heute war.
Kernproben wurden an den Stellen im Nordpazifik entnommen. Bildnachweis: Jonathan LaRiviere / Ocean Data View
Die Forschung stützt sich auf Beweise des antiken Klimas, das in mikroskopisch kleinen Planktonskeletten - sogenannten Mikrofossilien - erhalten ist, die vor langer Zeit auf den Meeresboden gesunken sind und schließlich in Sedimenten darunter vergraben wurden.
Proben dieser Sedimente wurden kürzlich in Kernen, die in den Meeresboden gebohrt wurden, an die Oberfläche gebracht. Die Kerne wurden von Meereswissenschaftlern an Bord des Bohrschiffs JOIDES Resolution geborgen.
Die von den Wissenschaftlern entdeckten Mikrofossilien enthalten Hinweise auf eine Zeit, in der das Klimasystem der Erde anders funktionierte als heute.
"Angesichts der Tatsache, dass Klima und Kohlendioxid stark miteinander verbunden sind, ist dies eine überraschende Erkenntnis", sagt LaRiviere.
„Im späten Miozän muss es eine andere Möglichkeit für die Welt gegeben haben, warm zu werden. Eine Möglichkeit ist, dass großräumige Muster in der Zirkulation der Ozeane, die von der damals sehr unterschiedlichen Form der Meeresbecken bestimmt wurden, es ermöglichten, dass die warmen Temperaturen trotz des geringen Kohlendioxidgehalts anhielten. “
Der Pazifik im späten Miozän war sehr warm, und die Thermokline, die Grenze zwischen wärmerem Oberflächenwasser und kühlerem Grundwasser, war viel tiefer als in der Gegenwart.
Die Wissenschaftler vermuten, dass diese tiefe Thermokline zu einer Verteilung von atmosphärischem Wasserdampf und Wolken geführt hat, die das warme globale Klima hätte aufrechterhalten können.
"Die Ergebnisse erklären das scheinbare Paradoxon der warmen, aber treibhausgasarmen Welt des Miozäns", sagt Candace Major, Programmdirektor der NSF-Abteilung für Ozeanwissenschaften.
Verschiedene Hauptunterschiede in den Wasserstraßen der Welt könnten zu der tiefen Thermokline und den warmen Temperaturen des späten Miozäns beigetragen haben.
Zum Beispiel blieb der mittelamerikanische Seeweg offen, der indonesische Seeweg war viel breiter als heute und die Beringstraße wurde gesperrt.
Diese Unterschiede an den Grenzen des größten Ozeans der Welt, des Pazifiks, hätten zu sehr unterschiedlichen Zirkulationsmustern geführt als die heute beobachteten.
Mit dem Einsetzen des Pliozäns vor etwa fünf Millionen Jahren hatten sich die Wasserstraßen und Kontinente der Welt in etwa die Positionen verlagert, die sie jetzt einnehmen.
Dies trifft auch mit einem Abfall der globalen Durchschnittstemperaturen, einem Absinken der Thermokline und dem Auftreten großer Eisschichten auf der nördlichen Hemisphäre zusammen - kurz gesagt, das Klima, das die Menschen in der gesamten aufgezeichneten Geschichte gekannt haben.
„Diese Studie unterstreicht die Bedeutung der Ozeanzirkulation für die Bestimmung der Klimabedingungen“, sagt Ravelo. "Es zeigt uns, dass sich das Klimasystem der Erde weiterentwickelt hat und dass die Klimasensitivität möglicherweise auf einem Allzeithoch ist."
Neuauflage mit Genehmigung der National Science Foundation.