The reason for the speed and severity of the abrupt climate fluctuations during the last glacial lies in the ocean. These are the findings of a new study by AWI researcher Henrik Sadatzki, which has now been published in the Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). The study shows that widespread sea-ice retreat occurred within a period of 250 years or less during the last glacial and repeatedly triggered abrupt climate fluctuations. This scientific breakthrough provides a significant new aspect in the long-standing debate concerning the mechanisms of abrupt climate fluctuations.
Während der letzten Kaltzeit vor ~ 10 – 110.000 Jahren wurde die Nordhalbkugel weiß. Große Eispanzer lagen auf den nördlichen Kontinenten und ausgedehntes Meereis bedeckte das Nordmeer zwischen Norwegen und Grönland. Das kalte Gletscherklima im Norden wurde jedoch durch mehrere abrupte Klimaerwärmungsereignisse unterbrochen, die Temperaturerhöhungen von bis zu 16,5 °C über der grönländischen Eisdecke umfassten.
Diese vergangenen Erwärmungsereignisse, bekannt als Dansgaard-Oeschger (D-O) - Ereignisse wurden vor Jahrzehnten in grönländischen Eisbohrkernen entdeckt, aber ihre Ursache blieb umstritten. Die D-O-Ereignisse sind auch für unser heutiges Leben wichtig, da sich kürzlich gezeigt hat, dass ihre schnelle Erwärmungsrate der Erwärmungsrate ähnelt, die heute in großen Teilen der Arktis beobachtet wird, wo das Meereis verschwindet.
Die in PNAS veröffentlichten neuen Ergebnisse liefern belastbare empirische Erkenntnisse dafür, dass die vergangenen abrupten Klimaerwärmungsereignisse eng mit dem raschen und weit verbreiteten Rückgang des Meereises im Nordmeer verbunden waren. „Unsere beispiellos umfassende und detaillierte Rekonstruktion des Meereises dokumentiert die Bedeutung eines schnellen Rückzugs des Meereises und der damit verbundenen Rückkopplungsmechanismen für den plötzlichen Klimawandel“, sagt der Hauptautor der Studie, Henrik Sadatzki vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI).
Kombination von Sedimentkern- und Eiskerndaten
Sadatzki und Forschende verschiedener internationaler Institutionen verwendeten zwei unabhängige Methoden zur Rekonstruktion des Meereises, bei denen Sedimentkern- und Eiskerndaten kombiniert wurden.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten zwei Sedimentkerne aus dem norwegischen Meer und einen Eiskern aus Ostgrönland. Die Sedimentkerne waren hevorragend geeignet, um die räumlich-zeitlichen Änderungen des Meereises und der Ozeanzirkulation in dem Gebiet zu rekonstruieren, in dem relativ wärmeres Wasser aus dem Atlantik in das Nordmeer fließt. Außerdem konnten die Datensätze dieser Sedimentkerne mit dem des ostgrönländischen Eiskerns mit Hilfe von Tephra-Lagen (Ascheschichten von isländischen Vulkanausbrüchen) verknüpft werden.
Die Rekonstruktion des Meereises basierte auf spezifischen organischen Molekülen, die in den marinen Sedimentkernen enthalten waren. Einige davon wurden von Algen im Meereis und andere von Algen im eisfreien Wasser produziert. Darüber hinaus analysierte das Forscherteam den Bromgehalt im ostgrönländischen Eiskern, der entweder durch saisonales Meereis oder offenes Wasser im Ozean zwischen Grönland und Norwegen verursacht wurde.
Die Kombination der Sedimentkern- und Eiskerndaten ermöglichte eine Einschätzung der Geschwindigkeit des Meereisrückgangs in den nordischen Meeren sowie dessen zeitlichen Ablauf im Vergleich mit Änderung der Ozeanzirkulation und des Klimas, verlässlicher und genauer als zuvor möglich.
Vergangene Meereisveränderungen
Die von Sadatzki und seinen Kollegen vorgelegten Daten lassen annehmen, dass das Nordmeer während der Kälteperioden von einem ausgedehnten Meereisdeckel bedeckt war, während die wärmeren Perioden durch eine verringerte saisonale Meereisbedeckung und eher offene Meeresbedingungen gekennzeichnet waren.
„Unsere Daten weisen darauf hin, dass ein großräumiger Meereisrückgang innerhalb von 250 Jahren oder weniger zeitgleich mit dem Beginn einer Phase eingetreten sein könnte, in der der Ozean im Nordmeer durchmischt wurde, was zum Einsetzen der abrupten Erwärmung der Atmosphäre führte“, sagt Sadatzki.
Die Ergebnisse der Studie verdeutlichen das Verhalten von Meereisänderungen als Kipp-Element im gekoppelten Ozean-Eis-Klima–System. Die Daten belegen Erkenntnisse von Simulationen mit Klimamodellen und zeigen, dass mit dem raschen Wandel des Nordmeeres von Weiß nach Blau, die Wärme vom relativ wärmerem Meerwasser an die kalte Atmosphäre abgegeben wurde, was zu einer Verstärkung der abrupten Klimaerwärmungsereignisse während der letzten Kaltzeit führte.
„Unsere Ergebnisse über den Zusammenhang von Meereisrückgang und abrupten Klimaänderungen während der letzten Kaltzeit können auch als Warnhinweis im Hinblick auf bevorstehende Folgen des derzeitigen Meereisrückgangs und Erwärmung in der Arktis angesehen werden“, sagt Henrik Sadatzki.
Originalstudie
Die Studie ist jetzt unter folgendem Originaltitel im Online-Portal des Fachmagazins PNAS erschienen: Henrik Sadatzki, Niccolò Maffezzoli, M. Dokken, Margit H. Simon, Sarah M. P. Berben, Kirsten Fahl, Helle A. Kjær, Andrea Spolaor, Ruediger Stein, Paul Vallelonga, Bo M. Vinther, and Eystein Jansen: Rapid reductions and millennial-scale variability in Nordic Seas sea ice cover during abrupt glacial climate changes; DOI 10.1073/pnas.2005849117
