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Superkontinent Pangäa hat den Klima-Thermostat der Erde geschwächt
Planetarer Thermostat: Über Jahrmillionen hilft die Verwitterung von Gestein, den CO₂-Gehalt der Luft und damit das Erdklima zu stabilisieren. Doch neue Modellrechnungen und Rekonstruktionen von 480 Millionen Jahren Klimageschichte deuten auf einen Wechsel hin: Während der Zeit des Superkontinents Pangäa könnte nicht die Temperatur, sondern die Wassermenge die Verwitterung bestimmt haben. Das hätte die Klimaregelung geschwächt.
Chicago (U.S.A.). Über lange Zeiträume gleicht die Erde Änderungen ihres Kohlendioxidgehalts durch einen natürlichen Regelkreis aus. Erwärmt sich das Klima, kann die chemische Verwitterung von Silikatgestein schneller ablaufen und mehr CO₂ aus der Atmosphäre entfernen. Der nachfolgende Rückgang des Treibhauseffekts bremst die Erwärmung und wirkt damit als geologischer Temperaturpuffer.
Doch wie empfindlich dieser Puffer auf Wärme reagiert, hängt davon ab, welcher Faktor die Verwitterung tatsächlich begrenzt. Manche Modelle setzen vor allem auf die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Andere nehmen an, dass entscheidend ist, wie viel Regenwasser gelöste Stoffe aus Böden und Gestein forttransportiert.
Forscher der University of Chicago (UChicago) um R. J. Graham haben nun untersucht, ob sich die beiden Mechanismen an der Geografie früherer Kontinente unterscheiden lassen. Dazu werteten sie 120 Klimasimulationen mit unterschiedlich angeordneten künstlichen Landmassen aus und berechneten, wie die Silikatverwitterung bei verschiedenen Annahmen reagiert.
Im temperaturgesteuerten Fall war vor allem entscheidend, wie viel Land in den Tropen lag. Dort fördert Wärme chemische Reaktionen, auch wenn stärkere Verdunstung zusätzliche Niederschläge teilweise ausgleicht. Im wassergesteuerten Fall spielte dagegen stärker die Zergliederung der Kontinente eine Rolle, weil mehr Küsten den Abfluss begünstigen.
Dieser Unterschied hat Folgen: Eine Verwitterung, die hauptsächlich mit der Wassermenge wächst, reagiert laut Modell weniger stark auf steigende Temperaturen. Der geologische Regelkreis könnte deshalb größere Klimaschwankungen zulassen, bevor sich CO₂-Freisetzung und CO₂-Bindung wieder ausgleichen.
Anschließend verglichen die Wissenschaftler die Modellmuster mit Rekonstruktionen der globalen Temperatur und der Kontinentverteilung aus den vergangenen 480 Millionen Jahren. Dabei zeigte sich über weite Strecken ein Zusammenhang zwischen der Erdtemperatur und dem Anteil tropischer Landflächen. Er passt zu einem überwiegend temperaturgesteuerten Verwitterungsprozess.
Zwischen etwa 295 und 200 Millionen Jahren vor heute änderte sich das Bild. In diesem Abschnitt korrelierte die Temperatur eher mit dem Grad der Zergliederung der Landmassen. Das entspricht dem im Modell erwarteten Muster einer durch Wasserverfügbarkeit begrenzten Verwitterung. Der Zeitraum überschneidet sich weitgehend mit der Existenz des Superkontinents Pangäa.
Damals waren große Landgebiete weit von den Küsten entfernt und vergleichsweise trocken. Nach Ansicht des Teams könnte diese Trockenheit die Gesteinsverwitterung stärker vom Wasserzufluss als von der Temperatur abhängig gemacht haben. Mit dem Zerfall Pangäas hätte der temperaturgesteuerte Mechanismus wieder an Bedeutung gewonnen.
Allerdings liefern die Ergebnisse keinen direkten Nachweis für einen historischen Wechsel des Klima-Thermostats. Die Simulationen vereinfachen die Kontinente und lassen unter anderem Gebirge, Gesteinsunterschiede und Pflanzen außen vor. Zudem sind die frühere Lage der Kontinente, die Temperaturrekonstruktionen und die damalige vulkanische CO₂-Freisetzung mit Unsicherheiten behaftet. Vor allem die Annahme ungefähr konstanter Ausgasung ist nicht gesichert.