"Pflanzenmünder" erzählen Klimageschichte

Diese mikroskopische Aufnahme eines fossilen Blatts zeigt die mundartigen Spaltöffnungen (Stomata). (Foto: Tammo Reichgelt/Lamont-Doherty Earth Observatory)

Vor 23 Millionen Jahren schrumpfte der antarktische Eisschild plötzlich auf die Hälfte des heutigen Ausmaßes – nun "berichten" die Spaltöffnungen fossiler Pflanzen, dass für diese enorme Schmelze tatsächlich ein Anstieg der atmosphärischen Kohlendioxid-Konzentration verantwortlich gewesen ist: Anhand der Merkmale dieser mundartigen Atmungsorgane von Blättern konnten Forscher entsprechende Rückschlüsse ziehen. Die CO2-Werte waren demnach zeitgleich mit Beginn der Schmelze in kurzer Zeit drastisch gestiegen. Diese Ergebnisse können nun in heutige Prognosen zum Effekt des Klimawandels einfließen.

Es war der Übergang vom Zeitalter des Oligozän zum Miozän: Zu Beginn dieser etwa 100.000 Jahre dauernden Phase war der antarktische Eisschild noch deutlich größer als heute – am Ende hatte das Tauwetter nur noch einen vergleichsweise kleinen Rest übriggelassen. Als Treiber des damaligen Klimawandels galt bereits die Erhöhung der Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre, doch konkrete Beweise beziehungsweise Informationen über das Ausmaß fehlten bislang. Oft gewinnen Klimaforscher Einblicke in die atmosphärischen Bedingungen der Vergangenheit über die Analyse von Eisbohrkernen. Doch im aktuellen Fall nutzten die Forscher um Tammo Reichgelt von der Columbia University eine alternative Informationsquelle: fossile Blätter, die aus den Sedimenten eines Sees in Neuseeland stammen.

Drastischer CO2-Anstieg vor 23 Millionen Jahren

In der Zeit vor etwa 23 Millionen Jahren befand sich im Bereich des Sees ein Regenwald, dessen Blätter auf den tiefen Grund des Gewässers sanken. Durch den dortigen Sauerstoffmangel wurden sie ausgesprochen detailreich konserviert. Dadurch sind auch die Spaltöffnungen der Blattoberflächen, die sogenannten Stomata, noch sehr gut erkennbar. Über diese winzigen Poren gelangt das Kohlendioxid der Luft in das Gewebe, wo es als Ausgangsstoff für die Fotosynthese dient, über die Pflanzen kohlenstoffhaltige Verbindungen bilden. Je nachdem, wie viel Kohlendioxid sich in der Luft befindet, ändern sich die Merkmale dieser Atmungsorgane. Gibt es viel des Wachstums-Gases, bilden Pflanzen vergleichsweise wenig beziehungsweise kleinere Spaltöffnungen. Im Umkehrschluss lassen ihre Merkmale dadurch Rückschlüsse auf die Kohlendioxid-Konzentration zu.

Wie die Forscher berichten, verringerten die Blätter damals die Anzahl der Spaltöffnungen in charakteristischer Weise, als die Kohlendioxid-Werte stiegen. Untermauert von Kohlenstoff-Isotopenanalysen der fossilen Blätter kamen die Forscher damit zu dem Ergebnis: Kurz bevor der enorme Eischwund einsetzte, war die atmosphärische CO2-Konzentration von etwa 500 ppm auf einen Wert zwischen 750 und 1550 ppm über einen Zeitraum von nur 20.000 Jahre angestiegen. Der CO2-Wert sank anschließend zwar wieder auf etwa 425 ppm, aber Prozesse, die in Gang gekommen waren, führten wohl zu einem Fortschreiten der Schmelze, erklären die Wissenschaftler. Zum Vergleich: Die atmosphärischen CO2-Werte haben aktuell etwa 400 ppm erreicht.

Das antarktische Eis ist empfindlich

Was den atmosphärischen CO2-Anstieg vor 23 Millionen Jahre verursacht hat, bleibt indes unklar. Den Forschern zufolge haben möglicherweise große Mengen organischen Materials, die sich im Ozean angesammelt hatten, plötzlich Sauerstoff abbekommen. Dadurch könnte eine Umsetzung in Gang gekommen sein, bei der die gewaltigen Mengen Kohlendioxid frei wurden.

Was auch immer der Auslöser war – die Informationen über den Effekt des atmosphärischen Kohlendioxids sind wichtig, betonen die Forscher: "Das ist das erste Mal, dass wir Beweise gefunden haben, dass CO2-Schwankungen in dieser Größenordnung in relativ kurzen Zeitspannen passieren können", sagt Reichgelt. Die Ergebnisse untermauern zudem weitere Studien, die dem antarktischen Eis eine besonders hohe Empfindlichkeit gegenüber den Effekten erhöhter Kohlendioxid-Konzentrationen attestieren. "Einige Modelle besagen, dass mit der momentanen Entwicklungsgeschwindigkeit der antarktische Eisschild bald einen kritischen Wendepunkt erreichen könnte, von dem ab das Eis sehr schnell taut. Unsere Ergebnisse belegen, dass das in der Vergangenheit geschehen ist", so Reichgelt.

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