Um Rückschlüsse auf das Klima der Vergangenheit zu ziehen, nutzen Forschende eine Vielzahl verschiedener Hinweise. In Gletschern eingeschlossene Luftblasen konservieren die atmosphärischen Bedingungen von damals und ermöglichen direkte Messungen der CO2-Konzentration von vor bis zu 800.000 Jahren. Um noch weiter in die Vergangenheit zu blicken, ist die Wissenschaft auf sogenannte indirekte Proxys angewiesen. Beispielsweise lässt sich aus der Struktur versteinerter Blätter ableiten, wie hoch der CO2-Gehalt in ihrer Umgebung war, als sie gewachsenen sind. Auch unterschiedliche Isotope in Mineralien von Bodenproben oder Mikrofossilien können Aufschluss geben.
Geologische Daten zusammengetragen
„Obwohl jede dieser Proxys umfassend validiert wurde, unterscheiden sich Rekonstruktionen, die auf verschiedenen Proxys basieren, oft erheblich“, erklärt ein Konsortium aus mehr als 80 Forschenden in einer aktuellen Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Science. Unter Leitung der Klimawissenschaftlerin Bärbel Hönisch von der Columbia University in New York hat das Team im sogenannten Cenozoic CO2 Proxy Integration Project (CenCO2PIP) die bisher verfügbaren Erkenntnisse zur CO2-Konzentration der Vergangenheit zusammengetragen, verglichen und neu bewertet.
Dabei betrachteten die Forschenden das gesamte Känozoikum, also die Erdneuzeit, die vor 66 Millionen Jahren begann, als die Dinosaurier ausstarben und die ersten Säugetiere begannen, sich auszubreiten. „Dies ist einer der umfassendsten und statistisch ausgefeiltesten Ansätze zur Interpretation des CO2-Gehalts der letzten 66 Millionen Jahre“, sagt Co-Autor Dustin Harper von der University of Utah in Salt Lake City. „Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, mehrere Proxys aus verschiedenen Sedimentarchiven zu kombinieren, sei es im Ozean oder an Land. Das ist in diesem Ausmaß noch nie gemacht worden.“
Bedeutung für die Entwicklung der Ökosysteme
Das Ergebnis der Forschungen ist eine Kartierung der atmosphärischen CO2-Konzentration über die letzten 66 Millionen Jahre. Dabei konnte das Team auch einige bislang bestehende wissenschaftliche Unsicherheiten klären. So schienen manche frühere Untersuchungen darauf hinzudeuten, dass die CO2-Konzentration zu Beginn des Känozoikums relativ niedrig war, obwohl die Temperaturen hoch waren und die Pole nicht von Eiskappen bedeckt waren. Wie das CenCO2PIP-Team erklärt, wiesen jedoch einige dieser Studien methodische Schwächen auf. Bewertungen mit neueren Methoden haben ergeben, dass die CO2-Konzentration vor 66 bis 56 Millionen Jahren wahrscheinlich bei rund 600 bis 700 ppm lag, was besser zu den damaligen Klimabedingungen passt.
Vor etwa 50 Millionen Jahren stieg der CO2-Gehalt der Atmosphäre auf bis zu 1.600 ppm an und die durchschnittlichen Temperaturen lagen um bis zu 12 Grad Celsius höher als heute – die wärmste Periode der Erdneuzeit. Im Laufe der folgenden Jahrmillionen verringerte sich die CO2-Konzentration wieder und vor etwa 34 Millionen Jahren begann sich das heutige antarktische Eisschild zu bilden. Mit einigen Schwankungen sank der CO2-Gehalt der Atmosphäre weiter. Die Vorfahren der heutigen Tiere und Pflanzen entwickelten sich in dieser Phase des CO2-Rückgangs. „Ein genaueres Verständnis der vergangenen CO2-Trends ist daher von zentraler Bedeutung, um zu verstehen, wie moderne Arten und Ökosysteme entstanden sind und wie sie sich in Zukunft entwickeln könnten“, schreibt das Forschungsteam.
