Vor etwa 20.000 Jahren stoppten die großen Eisschilde, die große Teile Asiens, Europas und Nordamerikas unter sich begruben, ihren schleichenden Vormarsch. Innerhalb weniger hundert Jahre stieg der Meeresspiegel an manchen Stellen um bis zu 10 Meter an – mehr als wenn der Eisschild, der heute noch Grönland bedeckt, schmelzen würde. Diese Süßwasserflut füllte den Nordatlantik und legte auch die Meeresströmungen lahm, die wärmeres Wasser aus den äquatorialen Regionen nach Norden transportierten. Die äquatoriale Wärme erwärmte stattdessen die Gebiete der Antarktis auf der Südhalbkugel, ließ das Randmeereis schrumpfen und veränderte die zirkumpolaren Winde. Infolgedessen – und aus noch ungeklärten Gründen – hat das Wasser des Südlichen Ozeans möglicherweise begonnen, Kohlendioxid freizusetzen, und zwar so viel, dass die Konzentration in der Atmosphäre über Jahrtausende hinweg um mehr als 100 Teile pro Million anstieg – was in etwa dem Anstieg der letzten 200 Jahre entspricht. Dieses CO2 erwärmte dann den Globus, ließ die kontinentalen Eisschilde zurückschmelzen und leitete das heutige Klima ein, das der Menschheit das Gedeihen ermöglichte.
Das ist zumindest die Geschichte, die eine neue, am 5. April in Nature veröffentlichte Arbeit erzählt, die das Ende der letzten Eiszeit rekonstruiert. Die Forscher untersuchten Sedimentkerne aus der Tiefe des Meeres und aus Seen sowie winzige Luftblasen, die in Eiskernen aus der Antarktis, Grönland und anderswo eingeschlossen sind. (Scientific American ist Teil der Nature Publishing Group.) Die Forschungsergebnisse legen nahe, dass – im Gegensatz zu einigen früheren Erkenntnissen – das CO2 die frühere Runde der globalen Erwärmung anführte und nicht umgekehrt, so wie es auch heute dank der steigenden Emissionen von CO2 und anderen Treibhausgasen der Fall ist.
„Wir stellen fest, dass die globale Temperatur ein wenig hinter dem CO2 zurückbleibt“, erklärt der Paläoklimatologe Jeremy Shakun, ein Mitarbeiter der National Oceanic and Atmospheric Administration an den Universitäten Harvard und Columbia, der die Forschung leitete, die die alten CO2-Konzentrationen und die globalen Temperaturen aufzeichnete. „CO2 war der große Treiber der globalen Erwärmung am Ende der Eiszeit.“
Shakun und seine Kollegen begannen mit der Erstellung des ersten globalen Satzes von Temperatur-Proxies – einem Satz von 80 verschiedenen Aufzeichnungen aus der ganzen Welt, die Temperaturen von vor etwa 20.000 Jahren bis vor 10.000 Jahren aufzeichneten. Angefangen vom Magnesiumgehalt in mikroskopisch kleinen Muscheln, die aus den Sedimentkernen der Ozeane entnommen wurden, bis hin zu Pollenzählungen in Schlammschichten von Seebetten, lieferten die Proxies Tausende von Temperaturmesswerten über diesen Zeitraum. „Eiskerne sagen nur etwas über die Temperaturen in der Antarktis aus“, bemerkt Shakun zu früheren Studien, die sich ausschließlich auf einen Eiskern aus der Antarktis stützten, der die atmosphärischen Bedingungen der letzten 800.000 Jahre aufzeichnet. „
Vergleicht man die globalen Temperaturaufzeichnungen mit den CO2-Werten in den alten Luftblasen, die in den Eiskernen eingeschlossen sind, zeigt sich, dass die globalen Durchschnittstemperaturen mindestens ein Jahrhundert nach dem Anstieg der CO2-Werte zu steigen begannen. Das ist das Gegenteil von dem, was in der Antarktis passiert zu sein scheint, wo die Erwärmung der Temperaturen dem Anstieg der CO2-Werte vorausgeht. Aber diese lokale Erwärmung kann durch das Abschalten der Meeresströmungen infolge der massiven Gletscherschmelze in der nördlichen Hemisphäre erklärt werden – ein Ergebnis, das durch Computermodellierung unter Verwendung der Daten aus der realen Aufzeichnung noch verstärkt wird.
Der Grund für den Rückzug der Eisschilde bleibt jedoch rätselhaft. Zwar gab es vor etwa 20.000 Jahren eine Veränderung der relativen Stärke der Sonne durch Schwankungen in der Planetenbahn, doch diese war kleiner als die vorangegangenen Veränderungen und löste keine Schmelze aus. Tatsächlich deuten Eisbohrkerne aus Grönland darauf hin, dass es vor etwa 60.000 Jahren ein noch größeres Erwärmungsereignis im Norden gab, bemerkt der Klimaforscher Eric Wolff vom British Antarctic Survey in einem Kommentar zu den ebenfalls in Nature veröffentlichten Ergebnissen.
„Wir wissen, dass das Einzige, was sich in der nördlichen Hemisphäre verändert hat, diese orbitalen Veränderungen waren“, die die Menge des Sonnenlichts beeinflussen, die auf den hohen Norden trifft, erklärt der Geologe Peter Clark von der Oregon State University, der Shakuns Forschung leitete. Das Schmelzen im Norden könnte ausgelöst worden sein, „weil die Eisschilde eine solche Größe erreicht hatten, dass sie instabil geworden waren und bereit waren zu gehen.“ Das könnte auch helfen, das zyklische Auf- und Abtauchen von Eiszeiten über Hunderttausende von Jahren zu erklären.
Woher das zusätzliche Kohlendioxid kam, ist ebenfalls unklar. „Es gibt keine überzeugenden Beweise dafür, dass ein ausreichend großes Reservoir an altem Stoffwechselkohlenstoff an irgendeinem mysteriösen Ort im eiszeitlichen Ozean existierte, nur um während der Deglaziation belüftet zu werden“, argumentiert der Paläoklimatologe Lowell Stott von der University of Southern California, der nicht an der Studie beteiligt war. Aber eine Arbeit, die am 29. März online in Science veröffentlicht wurde, legt nahe, dass das zusätzliche CO2 tatsächlich aus dem Südpolarmeer kam, basierend auf der Analyse der Isotope des Kohlenstoffs, der in dem Molekül eingebettet ist, das am meisten für die globale Erwärmung verantwortlich ist. Stott argumentiert auch, dass der Zeitpunkt der Erwärmung und der des CO2-Anstiegs zu eng beieinander liegen, um sicher zu sein, was zuerst da war.
Natürlich hat die moderne globale Erwärmung eine klare Ursache – den Anstieg des CO2 (und anderer Treibhausgase) durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, das Abholzen von Wäldern und andere menschliche Aktivitäten. Und in der Vergangenheit hat der steigende CO2-Gehalt die globale Erwärmung zumindest verstärkt und das relativ milde, stabile Klima eingeleitet, das manchmal als „langer Sommer“ bezeichnet wird und der menschlichen Zivilisation das Gedeihen ermöglicht hat. Die Menschheit hat nun den globalen CO2-Gehalt um mehr als den Anstieg von etwa 180 auf 260 ppm am Ende der letzten Eiszeit erhöht, wenn auch in ein paar hundert Jahren und nicht über mehrere tausend Jahre. „Das Ende einer Eiszeit, man hat ein Gefühl in den Knochen, was das bedeutet: eine große, bedeutende Veränderung für den Planeten“, sagt Shakun. „Es ist ein greifbares Beispiel dafür, was steigendes CO2 langfristig für den Planeten bedeuten kann.“
Das Ausmaß der globalen Erwärmung, das bereits durch die bestehenden CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre – 392 ppm und weiter steigend – garantiert wird, wird sich ebenfalls über Jahrhunderte, wenn nicht Jahrtausende, auswirken. „Der Anstieg am Ende der Eiszeit und heute ist in etwa derselbe, und wir werden weit darüber hinausgehen“, wobei die Treibhausgaskonzentrationen höchstwahrscheinlich um Hunderte von Teilen pro Million gegenüber dem vorindustriellen Niveau ansteigen werden, bemerkt Shakun. „Wir werden nur einen Teil davon in diesem nächsten Jahrhundert realisiert sehen. Es wird viele Jahrhunderte und darüber hinaus dauern, bis wir die vollen Auswirkungen spüren.“