Das Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum (PETM) vor rund 56 Millionen Jahren brachte unserem Klima einen ungewöhnlich rapiden Wärmeschub. Innerhalb von geologisch enorm kurzer Zeit stieg die Kohlendioxid-Konzentration der Atmosphäre stark an und als Folge erwärmte sich die Erde um rund fünf Grad. Schätzungen zufolge müssen damals zwischen 1000 und 13.500 Petagramm Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt worden sein – das entspricht in etwa den gesamten fossilen Brennstoffreserven des Planeten, wie Richard Zeebe von der University of Hawaii in Honolulu und seine Kollegen berichten. Wegen dieser schnellen und starken Erwärmung gilt das PETM heute als bisher bestes Analogon zur heutigen KIimaerwärmung. Forscher erhoffen sich von der genauen Untersuchung der Folgen und Prozesse in dieser Warmzeit Aufschluss darüber, was uns im anthropogenen Klimawandel bevorstehen könnte und wie sich die einzelnen Mitspieler im Klimasystem dabei beeinflussen. Allerdings gab es dabei bisher ein Problem: Wie schnell CO2-Emissionen und die Erwärmung damals tatsächlich abliefen, ist bislang weitgehend ungeklärt.

Zehnmal schneller als beim letzten Wärmemaximum

Um den Verlauf der Erwärmung vor 56 Millionen Jahren genauer einzugrenzen, haben Zeebe und seine Kollegen einen neuen Ansatz gewählt. Sie analysierten das während des PETM abgelagerte Sedimentgestein in einem Gebiet vor der US-Ostküste, in dem diese Ablagerungen besonders engmaschig und vollständig erhalten sind. Das Gestein enthält die Überreste von Foraminiferen, kleinen Wasserorganismen, deren Kalkschalen die damals herrschenden Verhältnisse der Kohlenstoff- und Sauerstoff-Isotope widerspiegeln. Genau dies lieferte den Forschern ihren Ansatzpunkt:  Das Verhältnis der Kohlenstoff-Isotope C13 und C14 gibt an, wie viel Kohlenstoff in Form von CO2 freigesetzt wurde. Der Anteil der Sauerstoff-Isotope O16 zu O18 ist dagegen temperaturabhängig, er lässt sich daher als eine Art Thermometer für längst vergangene Zeiten nutzen. Anhand von Isotopenanalysen ihrer Sedimente konnte die Forscher daher bestimmen, wie stark sich sowohl die CO2-Werte als auch die Temperatur damals veränderten. Gleichzeitig aber verrieten ihnen die Analysen, wie schnell dies geschah. Denn hinkt die Erwärmung dem CO2-Anstieg hinterher, dann muss letzterer schneller erfolgt sein, als das Klimasystem reagieren konnte.

Auf diese Weise gelang es Zeebe und seine Kollegen die zeitlichen Abläufe vor rund 56 Millionen Jahren genauer einzugrenzen. Ihr Ergebnis:  In den Sedimenten steigen die Anzeiger für die Erwärmung nahezu gleichzeitig mit den Indikatoren für den CO2 -Ausstoß. Das aber spricht dafür, dass die Treibhausgas-Zunahme so langsam war, dass das Klimasystem Schritt halten konnte. „Der Hauptausstoß von Kohlenstoff während des PETM erstreckte sich über mindestens 4.000 Jahre hinweg", so die Wissenschaftler. „Die maximale Freisetzungsrate lag bei rund 0,6 bis 1,1 Petagramm pro Jahr." Zum Vergleich:  Der heutige anthropogene CO2-Ausstoß liegt bei rund zehn Petagramm pro Jahr. Das aber bedeutet, dass selbst die bislang schnellste und dramatischste Klimaerwärmung der jüngeren Erdgeschichte noch rund zehnfach langsamer ablief als der aktuelle Klimawandel.

„Die Rate, mit der heute Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt wird, ist damit während der gesamten Erdneuzeit von 66 Millionen Jahren beispiellos", konstatieren Zeebe und seine Kollegen. Damit aber kann uns selbst das Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum kaum mehr als Modell dafür dienen, welche Folgen der aktuelle und künftige Klimawandel auf die Natur hat. „Wir haben nun effektiv eine Ära erreicht, für die es kein Analog mehr gibt", betonen die Forscher. 

Quelle:

• Richard Zeebe (University of Hawaii at Manoa, Honolulu) et al., Nature Geoscience, doi: 10.1038/ngeo2681