Forschung Sonneneinstrahlung beeinflusste Klimadynamik von Eiszeiten
Pressemitteilung Nr. 93/2023
31. Juli 2023
Forscher aus Deutschland, Österreich und der Schweiz dokumentieren an Stalagmiten die Bedeutung der orbital getriebenen Sonneneinstrahlung für abrupte Veränderungen des eiszeitlichen Klimas
Die Stärke der Sonneneinstrahlung im Sommer beeinflusste in vergangenen Eiszeiten das Auftreten von Warm- und Kaltperioden und spielte eine wichtige Rolle beim Auslösen abrupter Klimaänderungen. Darauf deutet eine Studie von Klimaforschern, Geowissenschaftlern und Umweltphysikern hin. Anhand von Stalagmiten in den europäischen Alpen konnten sie aufzeigen, dass Warmphasen vor allem dann auftraten, wenn die sommerliche Sonneneinstrahlung auf der nördlichen Hemisphäre Maxima erreichte. Beteiligt waren Wissenschaftler aus Deutschland, Österreich und der Schweiz unter Federführung von Forscherinnen und Forschern der Universität Heidelberg und des Deutschen Geoforschungszentrums Potsdam.
Vergangene Eiszeiten auf der Nordhemisphäre waren von plötzlichen Übergängen zwischen kalten und warmen Phasen geprägt, die jeweils mehrere tausend Jahre andauerten. Der Grund für diese Schwankungen ist nicht abschließend geklärt, wird in der Wissenschaft jedoch auf Effekte zurückgeführt, die mit der Größe der kontinentalen Eisschilde zusammenhängen. In grönländischem Eis sind 25 solcher Warm-Kalt-Zyklen zwischen 115.400 und 14.700 Jahren vor heutiger Zeit dokumentiert. Anhand von Stalagmiten aus dem Melchsee-Frutt-Höhlensystem in den Schweizer Alpen konnten die Forscher erstmals 16 solcher Schwankungen für die Zeit der vorletzten Eiszeit vor 185.000 bis 130.000 Jahren mit hoher Präzision untersuchen.
Tropfsteine in Höhlen gehören zu den wesentlichen Archiven der Klimaforschung, geben sie doch Hinweise auf Veränderungen der Temperatur, auf Niederschläge oder die Vegetationsbedeckung. „Wir können ihr Alter präzise bestimmen und somit die zeitliche Abfolge von abrupten Klimaschwankungen innerhalb der Eiszeiten analysieren, die wir an der Sauerstoff-Isotopenzusammensetzung der Tropfsteine erkennen“, erklärt Prof. Dr. Norbert Frank vom Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg. „Mit unseren Untersuchungen sind wir der Frage nachgegangen, ob neben dem Eisvolumen auf der Nordhemisphäre auch orbital angetriebene Änderungen in der globalen Verteilung der Sonneneinstrahlung Einfluss auf die abrupten Klimaschwankungen gehabt haben könnten“, so der Leiter der Studie, Dr. Jens Fohlmeister, der in der Heidelberger Umweltphysik promoviert wurde und zum Zeitpunkt der Forschungsarbeiten am Deutschen Geoforschungszentrum Potsdam sowie am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung tätig war.
Die Übergänge von Warm-Kalt-Zyklen in der vorletzten Eiszeit haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersucht, indem sie das Alter und die Sauerstoffisotopenzusammensetzung von Stalagmiten aus dem Melchsee-Frutt-Höhlensystem analysierten. „Anhand der neu gewonnenen Forschungsdaten können wir zeigen, dass Warmphasen vor allem während der Hochphase der sommerlichen Sonneneinstrahlung auf der nördlichen Hemisphäre auftraten, selbst wenn der Meeresspiegel – in Abhängigkeit vom Volumen der kontinentalen Eisschilde – während der Hauptglazialzeiten nahe seinem Minimum blieb“, erläutert Dr. Fohlmeister. Modellsimulationen bestätigen diese Beobachtungen. Sie prognostizieren in Übereinstimmung mit den Forschungsdaten aus dem Höhlensystem sowohl die Häufigkeit als auch die Dauer von Warmphasen bei entsprechendem Meeresspiegel und gegebener Sonneneinstrahlung.
An den Forschungsarbeiten beteiligt waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung, des Deutschen Geoforschungszentrums Potsdam, der Universität Heidelberg, der Universität Innsbruck (Österreich), des Schweizerischen Instituts für Speläologie und Karstforschung und der Stiftung Naturerbe Karst und Höhlen Obwalden (Schweiz). Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat die Arbeiten gefördert. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Communications Earth & Environment“ veröffentlicht.
Originalveröffentlichung
J. Fohlmeister, M. Luetscher, C. Spötl, A. Schröder-Ritzrau, B. Schröder, N. Frank, R. Eichstädter, M. Trüssel, V. Skiba and N. Boers: The role of Northern Hemisphere summer insolation for millennial-scale climate variability during the penultimate glacial. Communications Earth & Environment (6 July 2023).