Zeugen einer Klimageschichte: Mikro-Fossilien

Fossilien von Foraminiferen. Credit: Paul Pearson, Cardiff University

Welche Rolle spielten die Kohlendioxidgehalte der Atmosphäre bei den großen Klimaveränderungen in der Erdgeschichte? Zu dieser für die Einschätzung der Klimazukunft wichtigen Frage gibt es noch immer viele Unklarheiten. Nun konnten Forscher belegen: Haupttreiber der enormen Klimaverschiebung vor 53 bis 34 Millionen Jahren war tatsächlich das berüchtigte Treibhausgas: Warm- und Kalt-Phasen waren durch große Unterschiede bei den Kohlendioxidkonzentrationen gekennzeichnet. Dies spiegelt sich in Merkmalen von Fossilien winziger mariner Organismen wider, welche die Forscher mit modernsten Methoden analysiert haben.

Es war eine der stärksten Warmphasen der Erdgeschichte: Im Zeitalter des Eozän lagen die globalen Durchschnittstemperaturen bis zu 14 Grad höher als heute. Damit war es so warm, dass es an den Polen keine Eiskappen gab. Doch das änderte sich zum Ende dieses Zeitalters: Die Temperaturen fielen drastisch – die Erde vollzog einen Übergang vom Treibhaus- zum Kalthaus-Zustand. Frühere Untersuchungen von Sedimenten hatte bereits vermuten lassen, dass Veränderungen der Kohlendioxidgehalte in der Atmosphäre dafür verantwortlich waren. Doch diese Ergebnisse galten bislang nicht als gesichert. Die Forscher um Eleni Anagnostou von der University of Southampton haben nun eine besonders verlässliche Informationsquelle genutzt: fossile Foraminiferen.

Elegante Gebilde erzählen Klimageschichte

"Wir können die damaligen CO2-Konzentrationen ja leider nicht direkt messen", sagt Anagnostou. "Wir müssen uns deshalb auf indirekte Nachweise stützen. In dieser Studie haben wir deshalb die chemischen Merkmale von Meeresfossilien in Sedimenten genutzt, um Rückschlüsse auf vergangene CO2-Werte zu ziehen." Es handelt sich bei den Foraminiferen um einzellige Meerestiere, von denen auch heute noch einige Arten in der Nähe der Ozeanoberflächen leben.

Auch die Vertreter des Eozäns bildeten wie die heutigen Foraminiferen winzige Kalkgehäuse aus. "Es handelt sich um schöne und charakteristische Gebilde", sagt Co-Autor Eleanor John von der Cardiff University. "So lassen sich verschiedene Arten unterscheiden und vor allem solche identifizieren, die nur in der obersten Schicht des Ozeans lebten, wo die Wasserchemie vom atmosphärischen CO2 geprägt war", erklärt der Forscher. Konkret: Je höher die Konzentration dieses Gases in der Luft ist, desto mehr löst sich im Oberflächenwasser und macht es sauer. Der pH-Wert des Wassers (ein Maß für die Säure) beeinflusst wiederum bestimmte Merkmale der Zusammensetzung der Schalen der Foraminiferen.

An der Universität von Southampton wurde in den vergangenen Jahren eine Methode entwickelt, die die Isotopenzusammensetzung des Elementes Bor in den Schalen der Foraminiferen nutzt, um Rückschlüsse auf den Säuregrad des Wassers zu ermöglichen. Diese Methode wendeten die Forscher nun bei Funden aus Sedimentablagerungen an, die aus Tansania stammen. Wie  bei den Jahresringen von Bäumen lassen sich dabei bestimmte Schichten und die darin enthaltenen Foraminiferen-Fossilien Zeiträumen der Erdgeschichte zuordnen.

Drastische Veränderungen der CO2-Konzentrationen

Die Forscher konnten auf diese Weise dokumentieren, dass sich die CO2-Konzentrationen in der Erdatmosphäre vom Höhepunkt des Eozäns bis zu seinem Ende etwa halbiert hatten. Dieses Ergebnis belegt, dass erhöhte CO2-Werte für die extrem warme Periode des frühen Eozäns verantwortlich gewesen waren und dass der CO2-Rückgang dann die  Abkühlung bewirkte, die letztlich zur Entstehung der heutigen polaren Eismassen geführt hat.

Den Forschern zufolge stecken in den Studienergebnissen nun wichtige Informationen zur Einschätzung der zukünftigen Entwicklung des Klimas auf der Erde. "Es hat sich bestätigt, dass das Eozän tatsächlich eine Treibhaus-Welt war, die von hohen CO2-Werten geprägt war", sagt Anagnostou. Den Forschen zufolge scheint es keine wesentlichen Unterschiede zwischen den damaligen und heutigen Grundbedingungen zu geben, was den Treibhauseffekt des Klimagases betrifft. "Die Informationen tragen nun zu einer höheren Sicherheit von Klima-Prognosen im Rahmen des menschengemachten CO2-Anstiegs bei", sagt Anagnostou.

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