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Erde+Klima

Wie kalt war die letzte Eiszeit?

Gletscher
Während der letzten Eiszeit war ein Großteil der Nordhalbkugel von Gletschern bedeckt. (Bild: Grafissimo/ iStock)

Vor rund 20.000 Jahren waren weite Teile der Nordhalbkugel von Gletschern bedeckt – es war der Höhepunkt der letzten Eiszeit. Doch wie kalt es zu dieser Zeit auf der Erde war, ist bislang mit großen Unsicherheiten behaftet. Jetzt haben Forscher die damaligen Temperaturen mithilfe von geochemischen Indikatoren und Klimamodellen neu eingegrenzt. Demnach lag die globale Mitteltemperatur auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit rund 6,1 Grad niedriger als im jetzigen Zeitalter des Holozäns. Auf Basis dieser Daten haben die Wissenschaftler auch die Sensitivität des Erdklimas neu berechnet – die Reaktion des Klimas auf Veränderungen der Treibhausgase. Für jede Verdopplung des CO2-Werts steigen demnach die Temperaturen um 3,4 Grad.

Die letzte Eiszeit hat die Entwicklung vieler Landschaften und auch die Lebenswelt unserer Breiten entscheidend geprägt. Gleichzeitig ist sie die jüngste der vielen Vergletscherungen, die unser Planet im Laufe der Erdgeschichte durchlebt hat. „Das letzte glaziale Maximum ist eine der bestuntersuchten paläoklimatischen Zeitperioden, denn es bietet exzellente Möglichkeiten zu untersuchen, wie das Klimasystem auf Veränderungen der Kryosphäre und der Treibhausgase reagiert“, sagen Jessica Tierney von der University of Arizona in Tuscon und ihre Kollegen. Gleichzeitig jedoch ist das Klima dieser Phase nur schwer genauer zu bestimmen. Denn Wissenschaftler können nur indirekt, über fossile oder geochemische „Zeitzeugen“, auf die Bedingungen zur damaligen Zeit schließen. Aufschluss geben beispielweise marine Mikrofossilien wie Foraminiferen, Kieselalgen oder Radiolarien, deren Artenspektrum Rückschlüsse auf die Meerestemperaturen erlauben. Auch die Isotopenwerte ihrer Schalen können Rückschlüsse auf die Klimaverhältnisse ermöglichen.

Im Mittel war es sechs Grad kühler

Doch solche „Zeitzeugen“ sind nicht in allen Regionen vorhanden und ihre Auswertung birgt große Unsicherheiten, wie die Forscher erklären. Als Folge ist auch die Spannbreite der Schätzwerte für die Eiszeittemperaturen groß: Sie reicht von nur 1,7 Grad weniger als im Mittel des nacheiszeitlichen Holozäns bis zu acht Grad weniger. Um diese Spanne einzugrenzen, haben Tierney und ihr Team nun zusätzlich vier verschiedene geochemische Anzeiger ausgewertet, darunter das Verhältnis von Magnesium zu Calcium in fossilem Plankton, den Gehalt bestimmter Kohlenwasserstoffe und das Sauerstoffisotop 18-O. Gut 1700 solcher Daten für verschiedene Standorte speisten sie in ein Klima-Ozean-Modell ein, das die detaillierte Rekonstruktion der Meeres- und Landtemperaturen während der letzten Eiszeit ermöglichte. Demnach sank die Mitteltemperatur die Meere um 2,4 bis 2,9 Grad, der Mittelwert lag 3,1 Grad niedriger als im Holozän. „Diese Spanne ist enger als die von den früheren Modellen, die von minus 2,7 bis minus 4 Grad reichte“, so die Forscher.

Für das globale Mittel der Lufttemperatur ermittelten Tierney und ihr Team, dass es auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit 6,1 Grad kühler war als im Großteil des Holozäns. „Nach unseren alltäglichen Maßstäben klingt das nicht nach viel, aber tatsächlich ist das eine enorme Veränderung“, sagt Tierney. Berücksichtigt man, dass die globale Mitteltemperatur heute auch nur bei 14 bis 15 Grad liegt, sind sechs Grad weniger eine drastische Abkühlung. Gleichzeitig stimmt dieser Wert gut mit früheren Studien überein, grenzt die Unsicherheiten aber stärker ein, so die Forscher. Denn das von ihnen ermittelte Konfidenzintervall, das 95 Prozent der Werte umfasst, liegt zwischen 5,7 bis 6,5 Gad.

Regionale Unterschiede

Doch je nach Region gab es damals sowohl an Land wie in den Ozeanen deutliche Unterschiede. Besonders kalt war es demnach im Nordatlantik, Nordpazifik und Teilen des Südatlantiks, dort war das Wasser beim letzten glazialen Maximum um mehr als acht Grad kühler als heute. Ähnlich wie heute reagierten zudem die polaren Breiten stärker auf die Klimaveränderungen als die Tropen. Forscher bezeichnen diese erhöhte Sensitivität als polare Amplifikation. „Klimamodelle prognostizieren für die Gegenwart, dass sich die hohen Breiten schneller erwärmen als niedrigen“, sagt Tierney. „Während der letzten Eiszeit führte die polare Amplifikation zum umgekehrten Effekt – es wurde dort sehr viel kälter.“ An Land waren die hohen und gemäßigten Breiten der Nordhalbkugel am kältesten – mit zwei interessanten Ausnahmen: „Wir beobachten bemerkenswert wenig Abkühlung in Alaska und dem Westen der Bering-Landbrücke“, berichten Tierney und ihre Kollegen. „Das stimmt gut mit Beobachtungen überein, nach denen diese Gebiete eisfrei bleiben und nur minimal abkühlten.“ Die Landbrücke ist auch die Region, in der sich die ersten aus Asien nach Amerika ziehenden Menschen zu dieser Zeit aufgehalten haben könnten.

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Auf Basis ihrer Modelle und der Basiswerte für die Eiszeit haben die Forscher auch ermittelt, wie sensitiv das Klima in Bezug auf Veränderungen der Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre reagiert. Während der letzten Eiszeit lagen die atmosphärischen Kohlendioxidwerte bei etwa 180 parts per million (ppm). Heute liegen sie bei gut 400 ppm. Mithilfe ihres Modells errechneten Tierney und ihr Tram daraus eine Klimasensitivität von 3,4 Grad. Das bedeutet: Für jede Verdopplung der CO2-Werte steigt die globale Mitteltemperatur um rund 3,4 Grad. Das Konfidenzintervall für diesen Wert liegt bei 2,5 bis 4,3 Grad. „Damit ist diese Spanne deutlich weiter eingegrenzt als noch im letzten Weltklimabericht des IPCC, der von einem bis sechs Grad pro Verdopplung des CO2-Werts ausgingen“, sagen die Forscher. Ihre Ergebnisse geben damit nicht nur mehr Einblick in das Klima der Eiszeit, sondern könnten auch dabei helfen, Prognosen der künftigen Klimaentwicklung zu präzisieren.

Quelle: Jessica Tierney (University of Arizona, Tucson) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-020-2617-x

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