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Eiszeitliche Klimaübergänge dauerten länger als bislang angenommen
Ein Klimasprung in wenigen Jahrzehnten, aber eine Ozeanreaktion über Jahrhunderte: Eisbohrkerne aus Grönland ließen die Umbrüche der letzten Eiszeit bisher besonders rasant erscheinen. Neue Tropfstein-Zeitreihen aus Asien sprechen dagegen für Übergänge von durchschnittlich rund 180 Jahren. Ein Klimamodell erklärt, warum die beiden Archive unterschiedliche Etappen derselben Entwicklung abbilden.
Xi’an (China). Während der letzten Eiszeit wurde Grönland wiederholt binnen kurzer Zeit erheblich wärmer. Solche Dansgaard-Oeschger-Ereignisse sind als abrupte Klimawechsel bekannt. Sie gingen offenbar mit Veränderungen der Ozeanströmungen im Atlantik einher.
Im Zentrum steht die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation (AMOC), die Oberflächenwärme nach Norden transportiert und kaltes Tiefenwasser südwärts zurückführt. Ihr möglicher Kipppunkt beschäftigt auch die heutige Klimaforschung. Bisher dienten besonders Sauerstoffisotope aus grönländischen Eisbohrkernen als Zeitmesser für eiszeitliche Umbrüche. Doch diese Signale hängen nicht nur von der Temperatur ab, sondern auch von der Herkunft der Niederschläge.
Forscher der Xi’an Jiaotong University (XJTU) um Prof. Hai Cheng haben nun die eiszeitlichen Übergänge anhand von Höhlenablagerungen aus Indien und China neu vermessen. Im Mittelpunkt standen zwei Tropfsteine aus der Cherrapunji-Höhle im Nordosten Indiens und der Shuixi-Höhle im Südwesten Chinas. Hinzu kamen bereits veröffentlichte Daten aus der Zhangjia-Höhle.
Der Vorteil: In ausgewählten Tropfsteinen lassen sich einzelne Jahreslagen erkennen und zählen, ähnlich wie bei Baumringen. Uran-Thorium-Datierungen liefern dazu absolute Altersmarken. Zusammen ergeben diese Methoden eine genauere Dauer für einzelne Übergänge, als die Datierung allein erlauben würde.
Die Sauerstoffisotope in den Tropfsteinen erfassen Veränderungen des asiatischen Sommermonsuns. Für acht Dansgaard-Oeschger-Erwärmungen ergab die Auswertung jeweils mehr als 100 Jahre, im Mittel rund 180 Jahre. Entsprechende Übergänge in grönländischen Eisbohrkernen erscheinen dagegen kürzer als 70 Jahre. Die Höhlensignale sind allerdings keine direkten Messungen der früheren Strömungsstärke.
Wie kann ein Klimawechsel gleichzeitig sehr schnell und vergleichsweise langsam ablaufen? Isotopenfähige Klimamodelle legen eine zweistufige Entwicklung nahe. Zunächst wich im nordöstlichen Nordatlantik Meereis zurück. Darauf reagierte die regionale atmosphärische Zirkulation rasch, was den markanten Isotopensprung im grönländischen Eis erklären könnte.
Anschließend verstärkte sich laut den Simulationen die Atlantische Umwälzzirkulation weiter, während sich das Meereis auch im nordwestlichen Nordatlantik zurückzog. Die großräumigen Luftströmungen und Feuchtigkeitswege veränderten sich dabei weniger, sodass Grönlands Eissignal keinen entsprechend ausgeprägten zweiten Sprung zeigt. Die Isotopenwerte der asiatischen Tropfsteine könnten demnach den längeren Teil dieser Ozeanerholung mit erfassen.
Zur langsameren Entwicklung passt nach Angaben der Universität auch eine allmähliche Verlagerung der Westwindzone auf der Südhalbkugel. Solche unabhängigen Klimaarchive stützen die Vorstellung, dass die thermische Anpassung beider Hemisphären Zeit benötigt. Die genaue Kopplung zwischen den Signalen ergibt sich jedoch erst aus dem Vergleich mit den Modellrechnungen.
Die Befunde verändern damit vor allem die Deutung der Eiszeitarchive. Ein abrupter Temperatursprung an einem Ort muss nicht bedeuten, dass die gesamte Ozeanzirkulation im selben Tempo umschaltet. Auch ein langsamer ablaufender Prozess kann früh eine rasche atmosphärische Reaktion auslösen.