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Comprehensive Climate Modeling of the Mid-Pleistocene Transition

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Warum sich die Zwischeneiszeiten der Erde plötzlich verändert haben

Forschende sind dabei, die Ursache für die mysteriöse Verschiebung im Tempo der Eiszeiten auf unserem Planeten zu entschlüsseln.

Klimawandel und Umwelt icon Klimawandel und Umwelt

Unsere Welt befindet sich derzeit zwischen großen Kälteperioden. Unsere jüngste geologische Vergangenheit ist durch immer wiederkehrende Eiszeiten geprägt, die letzte endete vor etwa 11 000 Jahren. Diese sogenannten Zwischeneiszeiten werden durch Veränderungen der von der Sonne ausgehenden Strahlung bestimmt, die mit der Erdumlaufbahn und der allmählichen Neigung der Erdachse zusammenhängt. Die Warmzeiten dauerten ursprünglich etwa 41 000 Jahre. Vor etwa 1 Million Jahren verlangsamten sie sich dann auf eine Länge von etwa 100 000 Jahren. Diese überraschende Verschiebung des glazial-interglazialen Tempos ist als Mittelpleistozän-Übergang bekannt. Sein Ursprung stellt ein Rätsel dar. „Während dieser Zeit gab es keine offensichtlichen Verschiebungen in der Orbitkonfiguration, wodurch dieser Klimaübergang sehr rätselhaft ist“, erklärt Frerk Pöppelmeier, Postdoktorand in der Abteilung Klima- und Umweltphysik der Universität Bern und CliMoTran-Hauptforscher. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts CliMoTran suchte Pöppelmeier nach Erklärungen für diesen einzigartigen und rätselhaften Klimawandel und untersuchte mithilfe modernster Computermodelle die möglichen Rückkopplungen, die zu diesem Wandel beigetragen haben könnten. „Ich habe mich vor allem damit beschäftigt, wie die Ozeanzirkulation aussieht und wie sie sich während des Klimawandels verändert hat“, sagt Pöppelmeier. „Da der Ozean das größte Reservoir ist, das leicht CO2 mit der Atmosphäre austauschen kann, spielt er eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Klimas.“

Eisschilde integrieren

Für die Untersuchung verwendete das Team Bern3D, ein rechenintensives Klimamodell, das schnell Tausende bis Millionen Jahre simulieren kann und die meisten Komponenten und Rückkopplungen erfasst, die für die globale Klimaveränderung verantwortlich sein sollen. Während des Übergangs zum Mittelpleistozän veränderten sich Größe und Ausdehnung der Eisschilde auf der Nordhalbkugel dramatisch, was tiefgreifende Auswirkungen auf Klima und Ozeanzirkulation hatte. Viele Hypothesen drehen sich um diese Eisschilde, allerdings fehlten sie bisher in den Modellen. Zunächst integrierte Pöppelmeier eine neue dynamische Eisschildkomponente in das Modell, bevor er die Modellsimulationen anhand paläoklimatischer Rekonstruktionen (Urzeitklima) auswertete, um zu beurteilen, welches der Szenarien am realistischsten war.

Komplexe Klimaveränderung

Pöppelmeiers über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützte Forschung hat verdeutlicht, dass es keinen einzelnen Auslöser für den Übergang zum Mittelpleistozän gibt, sondern dass wahrscheinlich mehrere Faktoren dazu beigetragen haben. „Vor allem aber scheint der langsame Rückgang der atmosphärischen CO2-Konzentration zu einer nichtlinearen Reaktion des Klimasystems geführt zu haben, insbesondere zu den kontinentalen Eisschilden, die viel größer werden konnten, sobald eine kritische Schwelle der atmosphärischen CO2-Konzentration überschritten wurde“, erklärt er. Die Ergebnisse deuten an, dass solche Schwellenwerte der atmosphärischen CO2-Konzentration die Funktionsweise des gesamten Klimasystems stark beeinflussen. Dies geschieht nicht nur auf der Zeitskala von Jahrzehnten bis Jahrhunderten – heute relevante Klimakipppunkte, etwa in der Ozeanzirkulation, im Permafrost oder im Amazonas-Regenwald – sondern auch auf glazial-interglazialen Zeitskalen. „Vermutlich wird der vom Menschen verursachte Klimawandel daher das langfristige Schicksal des Erdklimas grundlegend verändern“, so Pöppelmeier.

Das Rätsel des Mittelpleistozäns lösen

Pöppelmeier wird diesen wichtigen Zeitraum in der Klimageschichte der Erde weiter erforschen. Seine Forschung wird von neuen direkten Rekonstruktionen der atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen profitieren, die vom EU-finanzierten Projekt Ma (Beyond EPICA: Oldest Ice) in den nächsten Jahren bereitgestellt werden. Pöppelmeier wird sich im Rahmen des neuen über Horizont Europa finanzierten Projekts ClimTip auch mit anderen Klimaübergängen befassen, wie z. B. der schnellen Erwärmung während der letzten Eiszeit.

Schlüsselbegriffe

CliMoTran, Klimawandel, Übergang im Mittelpleistozän, Eisschilde, Geheimnis, Modellierung, Übergang, Rätsel