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Deciphering the tEmperature history of troPIcal oceanS: a cOccolith clumpeD isotopE approach

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Die Photosynthese von Planktonfossilien zur Vorhersage des Klimawandels nutzen

Die Wissenschaft versucht zu ergründen, wie die Welt in der Vergangenheit auf den Klimawandel reagierte, um besser vorherzusagen, wie die Reaktion in Zukunft aussehen könnte. EU-finanzierte Forschende haben einen Weg entdeckt, um mithilfe von Phytoplanktonfossilien genaue absolute Temperaturen aus der Vergangenheit zu bestimmen.

Klimawandel und Umwelt

Um zu verstehen, wie das Klima der Erde auf die steigenden Mengen an Kohlendioxid in der zukünftigen Atmosphäre reagieren wird, hilft es, einen Blick in die Vergangenheit zu werfen, als die Welt mit ähnlichen Situationen konfrontiert war. Verbesserungen in Bezug auf die Genauigkeit von Indikatoren des Kohlendioxidniveaus und der Meeresoberflächentemperatur werden gebraucht, insbesondere für tropische Ozeane. Die Wissenschaft benötigt dabei nicht nur Informationen zu den Trendveränderungen der Ozeantemperaturen, sondern auch genaue Schätzungen von Absolutwerten in der fernen Vergangenheit. Aktuelle Indikatoren haben ihre Grenzen und sind somit unzuverlässig. Das EU-finanzierte Projekt EPISODE zielte darauf ab, einen neuen Indikator für Oberflächentemperaturen von Meeresoberflächen zu testen, und konzentrierte sich dazu auf das geologische Zeitalter des Känozoikums – eine Periode, die vor 66 Mio. Jahren begann und in die Gegenwart reicht. Unterstützt wurde das Forschungsvorhaben im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen. Coccolithophorida zählen zu den Hauptformen von Phytoplankton im Ozean. Sie tragen etwa zur Hälfte der Karbonatproduktion in den heutigen Ozeanen bei und machen diese zu wichtigen Klimamodulatoren. Sie trennen Kohlendioxid mittels Photosynthese – ein Prozess, der Licht voraussetzt – in organische Stoffe. Dies schränkt ihren Lebensraum an der Meeresoberfläche ein. „Die Anwendung von Geochemie auf fossile Coccolithen liefert somit Informationen über die Meeresoberflächen der Vergangenheit, die von zentraler Bedeutung für Klimamodelle sind“, erklärt Luz María Mejía, Postdoc an der ETH Zürich und leitende Forscherin am EPISODE-Projekt.

Kalzit-Exoskelett

Coccolithophorida produzieren Kalzitplatten namens Coccolithen als Exoskelett. Über das Projekt wurden diese Exoskelette unter Verwendung eines relativ neuen Verfahrens analysiert, das als Clumped Isotope Thermometry (Thermometrie verklumpter Isotope) bezeichnet wird. Durch das Verfahren können die Forschenden die Meeresoberflächentemperaturen abschätzen, indem der Überschuss von 13C- bis 18O-Stoffverbindungen im Coccolith-Karbonatexoskelett in Relation zu einer Zufallsverteilung gemessen wird. Diese Stoffverbindungen sind stabiler bei kälteren Temperaturen, sodass die Messung der Menge von Stoffverbindungen, die in fossilen Coccolithen präsent ist, Aufschluss über die damaligen Temperaturen geben kann. „Entscheidend ist, dass dies im Gegensatz zu anderen gemeinhin verwendeten Temperaturindikatoren völlig unabhängig von der Isotopenzusammensetzung und Meerwasserchemie ist“, merkt Mejía an.

Vielversprechende Ergebnisse

„Während des Projekts zeigten wir, dass verklumpte Coccolith-Isotope immenses Potenzial für die Rekonstruktion von Temperaturen vermischter Schichttiefen haben“, sagt Mejía. Das Team beobachtete ähnliche Temperaturen bei verschieden großen Coccolithen, was die Zuversicht in die Machbarkeit des angewandten Verfahrens steigerte. Vergleiche zwischen Temperaturen, die von Coccolithen im isländischen Meer der heutigen Zeit abgeleitet wurden, und Temperaturen, die von Satelliten stammten, zeigten, dass der Indikator genau ist. „Verklumpte Coccolith-Isotope legen vor allem nahe, dass die Temperaturen im Nordatlantik vor 15 Mio. Jahren wärmer waren als moderne Temperaturen, doch bei Weitem nicht so warm, wie andere Indikatoren andeuten. Dies lässt darauf schließen, dass während warmer Klimazustände eine gemäßigtere polare Verstärkung stattfindet und auch dass die zukünftige Reaktion durch die Erwärmung in höheren Breitengraden auf vom Menschen verursachtes CO2 nicht so extrem sein könnte, wie manche bisherigen Schätzungen implizierten“, bemerkt Mejía. Mejía wird ihre Forschung jetzt an der Universität Bremen fortsetzen. „Die Anwendung dieses Indikators auf Coccolithen in höheren und niederen Breitengraden der Vergangenheit kann weitere Informationen zu den vermischten Temperaturschichten warmer Welten der Vergangenheit und zu der Empfindlichkeit, mit der das Erdklima auf CO2-Auswirkungen während wärmerer Klimazustände reagiert, liefern“, erklärt sie.

Schlüsselbegriffe

EPISODE, Coccolith, Exoskelett, Isotop, Klimawandel, Indikator

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