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Ostasiens Monsunklima durchlief wiederholt Kälte- und Dürrephasen
Der ostasiatische Sommermonsun versorgt weite Teile Asiens mit Regen. Eine Rekonstruktion aus dem chinesischen Lössplateau zeigt für die vergangenen 250.000 Jahre fünf Phasen, in denen ausgeprägte Kälte und Trockenheit zusammenfielen. Klimasimulationen deuten darauf hin, dass eine Schwelle bei der sommerlichen Sonneneinstrahlung solche langfristigen Klimasprünge begünstigt haben könnte.
Utrecht (Niederlande). Der ostasiatische Sommermonsun bringt im Sommer feuchte Luftmassen weit ins Landesinnere und prägt die Wasserversorgung großer Gebiete. Seine Stärke verändert sich über lange Zeiträume, weil sich die Neigung der Erdachse und die Umlaufbahn der Erde ändern. Dadurch schwankt die Sonneneinstrahlung in den Sommermonaten der Nordhalbkugel.
Bislang war allerdings schwierig zu erkennen, ob frühere Monsunschwächen vor allem mit sinkenden Temperaturen oder mit einem Mangel an Niederschlag zusammenhingen. Viele geologische Klimaarchive vermischen beide Einflüsse in ihren Messsignalen. Deshalb blieb auch unklar, ob allmähliche Veränderungen der Sonneneinstrahlung in Ostasien ungewöhnlich starke Klimareaktionen auslösen konnten.
Forscher der Utrecht University (UU) um Dr. Hao Lu haben nun eine Lössabfolge bei Mangshan auf dem Chinesischen Lössplateau untersucht. Die darin erhaltenen Membranlipide früherer Bodenbakterien dienen als molekulare Klimazeugen, weil ihre chemische Zusammensetzung von Temperatur und Feuchtigkeit beeinflusst wird. Verschiedene Merkmale dieser Stoffe lassen Rückschlüsse auf die Temperatur während der Wachstumsperiode und auf die jährlichen Niederschläge zu.
Die Daten umfassen ungefähr 250.000 Jahre und besitzen eine mittlere zeitliche Auflösung von rund 900 Jahren. Zusätzliche molekulare Indikatoren erfassen, wie viel Feuchtigkeit dem Boden tatsächlich zur Verfügung stand. So lässt sich eine Trockenphase auch dann erkennen, wenn die jährliche Regenmenge nicht in gleichem Maße zurückgeht.
Die Rekonstruktion zeigt fünf Episoden, in denen starke Abkühlung und ausgeprägte Trockenheit zusammen auftraten. Während der Kältephasen sanken die rekonstruierten Temperaturen um acht bis neun Grad Celsius über Zeitspannen von etwa 7.000 bis 8.000 Jahren. Im Maßstab der Eiszeitzyklen handelt es sich um markante Klimaeinbrüche, nicht um plötzliches Wetter innerhalb einzelner Tage oder Jahre.
Die Kälte- und Trockenphasen fielen in Zeiten, in denen sich die Erde einer Eiszeit näherte oder bereits eiszeitliche Bedingungen herrschten. Auffällig ist, dass die Indikatoren für die Bodenfeuchtigkeit teilweise stärkere Ausschläge zeigten als die rekonstruierte Jahresniederschlagsmenge. Für die Trockenheit könnten deshalb auch Verdunstung und jahreszeitliche Regenverteilung eine Rolle gespielt haben.
Weitere Trockenphasen traten dagegen beim Übergang aus einer Eiszeit in eine wärmere Klimaphase auf, ohne dass sich die ausgeprägte Abkühlung wiederholte. Das unterstreicht, dass ein schwacher Feuchtigkeitshaushalt nicht stets dieselbe Ursache haben muss. Die langfristige Entwicklung von Temperatur und Niederschlag verlief zudem teilweise zeitlich versetzt.
Um den Auslöser der Kälte- und Trockenphasen einzugrenzen, verglich das Team seine Messdaten mit langfristigen Klimasimulationen. Darin gingen die starken Abkühlungen mit besonders geringer sommerlicher Sonneneinstrahlung auf der Nordhalbkugel einher. Ein zuvor modellierter Schwellenmechanismus könnte erklären, weshalb auf eine schrittweise Abnahme der Einstrahlung eine überproportional starke Klimareaktion folgte.
Der mögliche Mechanismus betrifft die Atlantische Umwälzzirkulation, die Wärme im Ozean nach Norden transportiert. Bei geringer Sonneneinstrahlung könnte eine Wechselwirkung zwischen Meereis und Ozean diese Strömung abrupt geschwächt und dadurch auch das Klima Ostasiens beeinflusst haben. Zusätzliche Simulationen sprechen dafür, dass niedrige Treibhausgaskonzentrationen die Kälte verstärkten und höhere Konzentrationen die Reaktion abschwächten.