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Tropfsteine geben Einblick in 450.000 Jahre Monsundynamik auf beiden Erdhalbkugeln
Trockenheit auf zwei Kontinenten: Normalerweise schwanken die Sommermonsune in Südamerika und Asien gegensätzlich. Eine Rekonstruktion aus peruanischen Tropfsteinen zeigt jedoch zehn Phasen in den vergangenen rund 450.000 Jahren, in denen beide Systeme zeitweise gleichläufig reagierten. Vor allem beim Ende von Eiszeiten gingen diese Abweichungen mit trockeneren Bedingungen in beiden Regionen einher.
Schenectady (U.S.A.). Der Monsun versorgt große Teile der Tropen mit Regen und ist für Milliarden Menschen eine wichtige Süßwasserquelle. Seine Stärke hängt unter anderem davon ab, wie sich Land und Ozeane erwärmen und wie die tropischen Luftströmungen dadurch verschoben werden. Doch wie das Zusammenspiel großer Monsunsysteme über mehrere Eiszeiten hinweg aussah, war bislang nur lückenhaft bekannt.
Auf sehr langen Zeitskalen verändert sich die Verteilung der Sonneneinstrahlung zwischen den Erdhalbkugeln durch Schwankungen der Erdbahn und Erdachse. Daher sollten die Monsune im Süden und Norden häufig gegensätzlich reagieren: Wird die sommerliche Regenzeit auf der einen Halbkugel stärker, fällt sie auf der anderen schwächer aus. Bisher fehlte jedoch eine ausreichend lange und genaue Messreihe aus Südamerika, um dieses Muster und seine Ausnahmen systematisch zu untersuchen.
Forscher des Union College (UC) um Elizabeth Olson haben dazu Sauerstoffisotope in Stalagmiten aus Höhlen der peruanischen Anden ausgewertet. Das Verhältnis schwerer und leichter Sauerstoffatome im Kalk bewahrt Spuren des Wassers, aus dem die Tropfsteine entstanden. Die Forscher überprüften den Zusammenhang mithilfe von Regen- und Tropfwasserproben und bestimmten das Alter der Ablagerungen mit der Uran-Thorium-Methode.
So entstand eine rund 450.000 Jahre umfassende Klimarekonstruktion, die im Mittel etwa alle 50 Jahre einen Datenpunkt liefert. Die Höhlen liegen zwar hoch in den Anden, die Isotopensignale spiegeln aber auch Veränderungen der Regenfälle im vorgelagerten Amazonasgebiet wider. Ein Abgleich mit einem Sedimentarchiv des nahegelegenen Junín-Sees und weiteren südamerikanischen Daten half, örtliche Einflüsse von großräumigen Monsunschwankungen zu unterscheiden.
„Der Artikel ist spannend, weil er Wissenschaftlern eine Niederschlagsgeschichte für weite Teile Südamerikas über fast eine halbe Million Jahre liefert“, erklärt Elizabeth Olson.
Anschließend verglich das Team die südamerikanische Klimakurve mit bereits veröffentlichten Daten zum asiatischen Sommermonsun. Über weite Strecken verliefen die beiden Rekonstruktionen gegenläufig, wie es die sich langfristig ändernde Sonneneinstrahlung erwarten lässt. Allerdings entdeckten die Forscher auch zehn Phasen, in denen die beiden Monsunsignale zeitweise gemeinsam in dieselbe Richtung ausschlugen.
Acht dieser Ereignisse waren mit trockeneren Bedingungen in beiden untersuchten Regionen verbunden. Vier davon fielen in Übergänge von Eiszeiten zu Warmzeiten, vier weitere in warme Abschnitte der Klimageschichte. Die zwei gleichläufigen Feuchtphasen lagen dagegen in der vorletzten Eiszeit. Solche Abweichungen konnten nach der Rekonstruktion teilweise Jahrtausende anhalten.
Damit zeigt die Studie: Eine schwächere Regenzeit in der einen Region muss nicht zwangsläufig von einem stärkeren Monsun in der anderen begleitet werden. Die gewohnte Gegensätzlichkeit der Systeme kann sich vorübergehend auflösen, gerade wenn sich die klimatischen Rahmenbedingungen rasch verändern. Das betrifft jedoch die untersuchten Monsunregionen und bedeutet nicht, dass der Regen auf beiden Erdhalbkugeln insgesamt gleichzeitig ausblieb.
Was hinter diesen Gleichläufen steckt, ist noch nicht abschließend geklärt. Der Vergleich mit früheren Klimadaten legt nahe, dass Treibhausgaskonzentrationen, Temperaturunterschiede zwischen den Halbkugeln und die Oberflächentemperaturen im Atlantik und Pazifik eine Rolle spielen könnten. Demnach beeinflussen nicht allein die langsamen Veränderungen der Sonneneinstrahlung das globale Monsunsystem, sondern