AWI-Forscher entschlüsseln Klimaparadox aus dem Miozän: Wachstum des antarktischen Eisschildes löste Erwärmung im Südozean aus

Bremerhaven, 8. April 2014. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), haben in aufwendigen Modellrechnungen ein vermeintliches Klimaparadox aus dem Miozän-Erdzeitalter entschlüsselt. Als vor rund 14 Millionen Jahren der antarktische Eispanzer zu heutiger Größe heranwuchs, wurde es nicht überall kälter auf der Erde, sondern regional auch wärmer. Ein physikalischer Widerspruch? Nein, wie die AWI-Experten nun herausfanden, löste das Eisschildwachstum auf dem antarktischen Kontinent Wind-, Strömungs- und Meereisveränderungen im Südpolarmeer aus, welche am Ende zu den vermeintlich gegensätzlichen Entwicklungen führten. Das berichten die Wissenschaftler in einer neuen Studie, die online im Fachmagazin Nature Geoscience erschienen ist.

Der Eispanzer der Antarktis ist aus erdgeschichtlicher Perspektive betrachtet noch relativ jung. Wie Klimaforscher aus Sedimentproben und Foraminiferen-Kalkschalen wissen, wuchs der Eisschild vor rund 14 Millionen Jahren auf seine heutige Größe heran. Gleichzeitig stieg damals die Oberflächentemperatur des Südozeans um bis zu drei Grad Celsius an – eine scheinbar widersprüchliche Entwicklung, für die Klimawissenschaftler lange Zeit keine schlüssige Erklärung hatten.

„Wenn man sich vorstellt, dass der antarktische Eispanzer in einem Zeitraum von 100 000 Jahren auf seine heutige Größe anwuchs, liegt die Vermutung nahe, dass in dieser Wachstumsperiode sich selbst verstärkende Klimaprozesse einsetzten, die diese Abkühlung weiter vorantrieben. Man könnte zum Beispiel annehmen, dass der größer werdende Eisschild mehr und mehr Sonnenenergie in das Weltall zurückstrahlte, weswegen die Luft über dem Kontinent kälter wurde und es starke ablandige Winde gab, die über das Meer fegten, das Wasser abkühlten und jede Menge Meereis entstehen ließen. Unsere Klimadaten jedoch zeichnen ein anderes Bild“, sagt AWI-Klimaforscher Dr. Gregor Knorr.

Ihm und seinem AWI-Kollegen Prof. Dr. Gerrit Lohmann ist es gelungen, die damaligen Klimabedingungen in einem gekoppelten Atmosphäre-Ozean-Modell abzubilden und auf diese Weise zu untersuchen, welche Veränderungen die Entstehung des antarktischen Eisschildes im Klimasystem auslöste.

„Unsere Simulationsergebnisse zeigen, dass die Lufttemperatur über dem Kontinent tatsächlich um bis zu 22 Grad Celsius abnahm, als der Eispanzer wuchs, was in einigen Regionen des Südpolarmeeres zu einer Abkühlung führte. Gleichzeitig aber stieg im Weddellmeer die Oberflächentemperatur um bis zu sechs Grad Celsius“, sagt Gregor Knorr.

Die AWI-Klimaforscher suchten in ihren Modell-Experimenten nach den Ursachen für diese gegenläufigen Veränderungen und fanden sie beim Wind. „Das Anwachsen des antarktischen Eispanzers führte dazu, dass sich zum Beispiel die Windmuster über dem Weddellmeer veränderten. Dadurch kam es zu einer polwärts gerichteten Strömungsänderung warmen Wassers, gleichzeitig nahm das Meereis in diesem Meeresgebiet ab“, erklärt der AWI-Klimamodellierer.  

Diese Veränderungen an der Meeresoberfläche zogen weitere Veränderungen in der Tiefe nach sich, welche wiederum den Temperaturanstieg des Oberflächenwassers auf eine Weise forcierten, wie es die Forscher bisher nicht gekannt hatten.

„Unsere Modellrechnungen haben uns geholfen, ein völlig neues Verständnis für die damaligen Erdsystemprozesse zu entwickeln. Heute können wir erklären, welchen Einfluss die Entstehung des antarktischen Eisschildes auf Temperaturkurven im Südozean jener Zeit hatte und wie die aufgezeichneten Klimaänderungen in marinen Sedimentkernen zustande kamen“, sagt Gregor Knorr.

Gleichzeitig stellen diese neuen Einsichten die Klimawissenschaftler auch vor eine große Herausforderung. „Unsere Ergebnisse zeigen einerseits, dass wir Klimaprozesse mithilfe von Modellen verstehen können, um anschließend Daten aus der Klimageschichte richtig zu interpretieren. Andererseits bestätigt sich aber auch, dass Rückkopplungsmechanismen zwischen einzelnen Klimafaktoren wesentlich komplexer sind, als wir bisher angenommen hatten“, sagt Gerrit Lohmann. 

Lassen sich diese neuen  Modellrechnungen und Erkenntnisse für Vorhersagen zum aktuellen Klimawandel nutzen? Gregor Knorr: „Nein, nicht direkt. Klimamodelle, mit denen Szenarien für die kommenden 100 Jahre berechnet werden, haben eine viel feinere Auflösung und berücksichtigen nicht die Änderungen der Eisschilde. Uns ging es darum, besser zu verstehen, wie das Klimasystem über einen Zeitraum von 100 000 Jahren und mehr auf einschneidende Veränderungen reagiert. Dennoch ist es nicht auszuschließen, dass ähnliche Mechanismen auch für Klimaänderungen in ferner Zukunft eine Rolle spielen könnten.“

Hinweise für Redaktionen:

Das Originalpaper ist am 6. April 2014 unter folgendem Titel im Online-Portal von Nature Geoscience erschienen:

Gregor Knorr / Gerrit Lohmann: Climate Warming during Antarctic ice sheet expansion at the Middle Miocene transition. Nature Geoscience, Vol. 7, April 2014, DOI: 10.1038/NGEO2119 

Ihre wissenschaftlichen Ansprechpartner am Alfred-Wegener-Institut sind:

• Dr. Gregor Knorr (Tel.: 0471 4831-1769, E-Mail: Gregor.Knorr(at)awi.de)
• Prof. Dr. Gerrit Lohmann, (Tel.: 0471 4831-1758, E-Mail: Gerrit.Lohmann(at)awi.de)

In der AWI-Pressestelle steht Ihnen Sina Löschke unter Tel. 0471 4831-2008 (E-Mail: medien(at)awi.de) für Rückfragen zur Verfügung.

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Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der 18 Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.