In der Sahelzone kommt es immer wieder zu Perioden extremer Trockenheit. Jetzt zeigt sich: Dahinter stecken natürliche Schwankungen von Strömung und Wassertemperatur im Nordatlantik.
Ausgemergelte Menschen, vor Hunger schreiende Kinder, Viehkadaver, die auf verdorrten Weiden liegen – erschreckende Bilder. Schätzungen zufolge forderte die Dürre im Nordwesten Afrikas in den 1970er- und 1980er-Jahren einige Hunderttausend Menschenleben. Der Himmel über dem Sahel öffnet meist nur in den Sommermonaten seine Schleusen. Dann strömen aus Südwesten feuchte Luftmassen heran, die über dem rund 6000 Kilometer langen und einige Hundert Kilometer breiten Streifen südlich der Sahara Regenwolken quellen lassen. Doch ab Anfang der 1970er-Jahre gingen die jährlichen Regenmengen plötzlich um etwa ein Viertel zurück. Die Schuldigen dafür glaubte man schnell gefunden zu haben: Die Menschen selbst sollten es gewesen sein, die durch Raubbau an der Natur die Ausbreitung der Wüsten verursachten. Der Boden in der Sahelzone war durch das Abholzen von Wäldern und den Schwund der natürlichen Pflanzendecke deutlich heller geworden und reflektierte deshalb mehr Sonnenlicht. Das kühlte die Erde ab. Die Schichtung der Luft stabilisierte sich, sodass kaum noch Regenwolken entstanden – so die damalige Hypothese.
Der Atlantik dominiert
„Heute wissen wir, dass vor allem natürliche Faktoren hinter der Trockenheit steckten”, sagt Stefan Mulitza, Meeresgeologe am Marum, dem Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen. „Vor allem die Ozeane spielten dabei eine große Rolle: Zeitweise beeinflusst der Indische Ozean das Klima im Sahel, doch längerfristig dominiert der Einfluss des Nordatlantiks.” Mitte der 1980er-Jahre hatte der britische Meteorologe Chris Folland anhand von Messdaten gezeigt, dass der Niederschlag im nördlichen Afrika in erster Linie von der Wassertemperatur im nördlichen Atlantik abhängt. Einem Forscherteam um Stefan Mulitza und Michael Schulz, Leiter des Marum-Forschungsfelds Ozean und Klima, ist es nun gelungen, diesen großräumigen Zusammenhang auch für weit zurückliegende Abschnitte der Klimageschichte zu belegen.
Dazu unternahmen die Bremer Wissenschaftler mit dem Forschungsschiff Meteor eine Expedition in den küstennahen Atlantik vor Westafrika. Westlich der Mündung des Senegal-Flusses nahmen sie in rund 300 Meter Wassertiefe Proben aus Meeresboden-Ablagerungen. Der Bereich bietet den Forschern ein einzigartiges Klimaarchiv: In den Sedimenten hat sich viele Jahrtausende lang Staub abgelagert, den die nordöstlichen Passatwinde aus der Sahelzone heranwehten. Dazwischen lagern Partikel, die durch Erosion entstanden und mit dem Senegal-Fluss ins Meer gelangt sind.
In den Sediment-Schichten spiegelt sich das Auf und Ab des Klimas in der Region wider. „Die Proben der Ablagerungen im Meer bieten die Möglichkeit, den Wandel der Umweltbedingungen an Land und im Meer gleichzeitig zu rekonstruieren”, freut sich Michael Schulz. „Sie dokumentieren das Klima der Vergangenheit über viele Jahrtausende hinweg lückenlos.” Die größeren Staubpartikel stammen aus dem Sahel und vom Südrand der Sahara. Feinkörnigere Teilchen sind Schwemmstoffe, die das Flusswasser ins Meer befördert hat und die sich zudem in ihrer chemischen Zusammensetzung vom Sahelstaub unterscheiden. „Während dieser Staub relativ viel Silizium und Kalium enthält, überwiegen in den Partikeln aus dem Senegal-Fluss Aluminium und Eisen”, erklärt Schulz. Durch eine genaue chemische Analyse lassen sich Rückschlüsse auf das Klima während einer bestimmten Zeit ziehen: War es sehr trocken, trug der Wind überdurchschnittlich viel Staub aus dem Sahel heran, während in feuchten Perioden die Flüsse mehr Sedimentteilchen ins Meer spülten. Mit den Bohrkernen, die die Forscher aus den Ablagerungen am Meeresgrund geholt haben, lässt sich die Klimahistorie in Westafrika rund 60 000 Jahre weit zurückverfolgen.
Millimeter für MilLimeter
Wieder zurück in Bremen, nahmen die Wissenschaftler die rund zehn Meter langen Sediment-Bohrkerne im Labor unter die Lupe. Millimeter für Millimeter analysierten sie per Laser die Größe der Teilchen und bestimmten deren chemische Eigenschaften. Um das Alter der einzelnen Sedimentschichten zu ermitteln, nutzten die Forscher eingeschlossene Fossilien von Foraminiferen – einzelligen Lebewesen, die fast überall in den Weltmeeren vorkommen. Jede einzelne Foraminifere ist von einer Hülle aus Kalk umgeben, die nach dem Tod des Tieres zu Boden sinkt und in die Sedimente eingebettet wird. Aus dem Häufigkeitsverhältnis zweier Kohlenstoff-Isotope – C-12 und C-14 – in der Kalkschale, das sich durch radioaktiven Zerfall nach einem exakten Zeitschema verändert, offenbart sich, wie lange das Mikrofossil schon am Meeresgrund liegt.
Nach mehrjährigem akribischen Auswerten der Sedimentproben können die Marum-Forscher nun erstmals ein präzises Bild vom Wandel des Klimas in der Sahelzone bis weit zurück in die letzte Kaltphase der Eiszeit zeichnen – und den dominierenden Einfluss des Ozeans belegen. „In den vergangenen 60 000 Jahren kam es immer wieder zu ausgeprägten Dürreperioden im Sahel, während derer die Niederschlagsmengen drastisch abnahmen”, sagt Stefan Mulitza. „Teilweise hielten die Dürrezeiten mehrere Tausend Jahre lang an.” Und: Trockenperioden in Nordwestafrika gab es stets dann, wenn das Oberflächenwasser im nördlichen Atlantik ungewöhnlich kalt war.
Diese Kaltwasserphasen kannten die Klimawissenschaftler bereits aus früheren Forschungsergebnissen. Sie traten häufig in Kombination mit sogenannten Heinrich-Ereignissen auf: extremen Klimaschwankungen während der Eiszeit, als gewaltige Eismassen vom nordamerikanischen Eispanzer abbrachen und riesige Mengen von Süßwasser in den Nordatlantik führten. Benannt sind diese Ereignisse nach dem heute am Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie in Hamburg arbeitenden Meeresgeologen Hartmut Heinrich, der sie Ende der 1980er-Jahre erstmals nachgewiesen hat. Das Süßwasser aus den Eisbergen senkte den Salzgehalt im nördlichen Atlantik und brachte den warmen Golfstrom ins Stocken.
Der Wärmestrom flaut ab
Um zu ergründen, wie das Wechselspiel zwischen Eis, Ozean und Klima sich in Afrika auswirkt, simulierten die Marum-Forscher um Michael Schulz die Folgen von Heinrich-Ereignissen auf das globale Klimageschehen. Das Resultat: Die großräumige Zirkulation von Meerwasser im Atlantik wird gebremst. Der mit diesen weitreichenden Meeresströmungen verbundene Transport von Wärme aus den Tropen bis weit hinauf in den Norden erlahmt – und das Wasser an der Oberfläche des Nordatlantiks kühlt sich in dem simulierten Klimageschehen rasch ab.
Die Simulation belegte noch mehr: Über dem kühleren Nordatlantik verändern sich die Luftdruckverteilung und das Muster der Luftströmungen. Die subtropische Hochdruckzone verstärkt sich und lenkt trockene Luft aus der Sahara nach Süden in den Sahel. Gleichzeitig intensiviert sich der afrikanische Strahlstrom – ein stark gebündelter Wind, der in ungefähr vier Kilometer Höhe gleichbleibend von Ost nach West weht. Die Folge: Der westafrikanische Monsungürtel – ein Streifen mit feuchter und labil geschichteter Luft, der im Sommer normalerweise den Regen in die Sahelzone bringt – wird nach Süden abgedrängt. Eine geringere Verdunstung und weniger Wolken verstärken noch den Trend zur Trockenheit im Sahel. Die Dürre nimmt ihren Lauf. „Das geschieht auf der geologischen Zeitskala fast abrupt”, sagt Stefan Mulitza: Innerhalb von ein paar Jahrzehnten schaltet das Klima von feucht auf trocken um.
„Natürliche Klimaschwankungen können so die bis dahin fruchtbare Sahelzone sehr schnell und für lange Zeit in eine Wüste verwandeln”, sagt Mulitza. Während der letzten 60 000 Jahre ist das mehrmals geschehen. Auch bei der Dürreperiode ab den 1970er-Jahren spielten die komplizierten Wechselwirkungen zwischen Ozean, Windströmungen und Monsunniederschlägen vermutlich die entscheidende Rolle. Allerdings sind die Mechanismen, die bei dieser recht kurzzeitigen Trockenphase wirksam waren, noch weitgehend ungeklärt. Zwar konnten britische und amerikanische Wissenschaftler in einer 2005 veröffentlichten Arbeit nachweisen, dass sich auch die Dürre vor 40 Jahren durch eine Abkühlung des Nordatlantiks infolge schwächerer Meeresströmungen erklären lässt – was die Strömungen im Atlantik gebremst hat, ist allerdings unbekannt.
„Auch in Zukunft wird es im Sahel immer wieder extreme Trockenphasen geben”, prophezeit Michael Schulz. Und der Klimaforscher betont: „Ein Blick zurück auf die Klimageschichte ist immer auch ein Blick auf die Perspektiven, die sich daraus für die Zukunft bieten. Wir können zwar nicht vorhersagen, wie sich die Meeresströmungen im Atlantik entwickeln werden – doch wenn etwa als Folge des globalen Klimawandels die ozeanische Wärmepumpe im Nordatlantik erlahmen sollte, wird das gravierende Auswirkungen auf große Teile von Nordafrika haben.” Vorerst hat sich die Lage deutlich entspannt: Nach rund zwei Jahrzehnten Trockenheit kehrten die sommerlichen Niederschläge seit den 1990er-Jahren in den Sahel zurück. ■
von Ralf Butscher
Grüne Sahara
Die Sedimente am Grund des Ostatlantiks verraten den Forschern viele Nuancen der Klimavergangenheit in Afrika – zum Beispiel, welche Pflanzen vor vielen Jahrtausenden in Nord- und Westafrika gediehen. Unter anderem aus fossilen Pollen, die in den Meeressedimenten eingeschlossen sind, lässt sich die Veränderung der Vegetation in Sahelzone und Sahara weit zurückverfolgen. Anscheinend gab es mehrere Phasen mit einem deutlich feuchteren Klima als heute, in denen selbst in der Sahara Bäume wuchsen. Solche fruchtbaren Perioden ereigneten sich offenbar auch vor etwa 50 000 und vor 110 000 Jahren – zur gleichen Zeit, als nach Ansicht der Paläontologen moderne Menschen aus Afrika Richtung Asien und Europa wanderten. Dabei mussten sie wahrscheinlich ein Stück Sahara durchqueren. Möglicherweise erlaubte ihnen erst das feuchte Klima und das üppige Grün in der heutigen Wüstenregion den weiten Marsch.
Die Dürre am Horn von Afrika
In diesem Jahr sorgte nicht die Sahelzone für Schlagzeilen über Dürre und Hungersnot, sondern der Osten Afrikas: In Somalia, Dschibuti, Äthiopien und Kenia trafen Trockenheit und Nahrungsmangel Millionen Menschen. Klimaforscher machen für die dürftigen Niederschläge in den letzten Monaten vor allem ein besonders starkes La Niña-Phänomen verantwortlich, das alle paar Jahre für hohe Wassertemperaturen im westlichen Pazifik sorgt. Als Folge änderten sich die atmosphärischen Strömungsmuster über dem Indischen Ozean und es gelangte weniger Feuchtigkeit nach Ostafrika. Dadurch fiel der im Herbst und Frühling übliche Regen am Horn vor Afrika sehr spärlich aus. Eine Erwärmung des Indischen Ozeans als Folge des Klimawandels könnte diesen Effekt noch verstärken. Am Hunger der Menschen ist aber nicht nur das Klima schuld, sondern auch eine schlechte Planung der Lebensmittelversorgung durch die Regierungen der betroffenen Länder sowie der Bürgerkrieg in Somalia.
Staub aufgewirbelt
Die Dürrephasen im Sahel hatten bislang stets natürliche Ursachen, wie die Wissenschaftler am Bremer Meeresforschungszentrum Marum anhand von Sedimentproben herausfanden. Dennoch stießen die Forscher bei ihrer Expedition nach Westafrika auch auf eindeutige Spuren von Effekten, die der Mensch verursacht hat. „Die Menge an Staub aus der Sahelzone, die auf dem Grund des Atlantiks abgelagert wurde, hat in den letzten 200 Jahren drastisch zugenommen”, sagt Stefan Mulitza. Als Beleg zückt der Meeresgeologe ein Diagramm, das die während der letzten 3200 Jahre in den Sedimenten angehäuften Staubmengen zeigt. Bis weit ins 18. Jahrhundert erkennt man ein behäbiges Auf und Ab, doch danach begann ein rasanter Anstieg. Die ins Meer geblasene Staubmenge hat sich seither von der klimatischen Entwicklung abgekoppelt: In den letzten 250 Jahren fiel in der Sahelzone relativ viel Niederschlag. Die Staubmengen in den Sedimenten hätte daher eigentlich geringer ausfallen müssen. Dass dennoch immer mehr Staub vom Wind in Richtung Atlantik verfrachtet wurde, führt Mulitza auf die intensivere landwirtschaftliche Nutzung der Region zurück.
Seit Beginn der französischen Kolonialherrschaft bauen die Landwirte im Sahel vor allem für den Export bestimmte Pflanzen wie Erdnüsse und Baumwolle an. Diese benötigen Licht, weshalb für eine Plantage viele Bäume weichen mussten. Die offenere Landschaft bot der Erosion deutlich mehr Angriffsfläche. „ Außerdem müssen die Bauern die Böden immer wieder aufhacken, was die Winderosion der oberen Bodenschichten verstärkt”, erklärt Mulitza. Der Bremer vermutet: „Auch wenn die Dürre ab den 1970er-Jahren durch das Wirken des Ozeans ausgelöst wurde, könnte der höhere Staubgehalt der Atmosphäre ihr Ausmaß und ihre Folgen lokal deutlich verstärkt haben.”
Kompakt
· Riesige Eisberge im hohen Norden bremsten während der letzten Eiszeit immer wieder den Golfstrom und kühlten so den Nordatlantik.
· Das kalte Meerwasser veränderte Luftdruckverteilung und Winde über Afrika.
· Das machte die Sahelzone zur Wüste.
Chemischer Fingerabdruck der Dürre
Das Verhältnis von Eisen und Kalium in ozeanischen Sedimenten ist ein Maß dafür, wie viel Staub ins Meer geweht wurde – und damit für die Trockenheit an Land. An Sediment-Bohrkernen lassen sich so die Klimabedingungen in der Sahelzone rekonstruieren. Resultat: Es war dort stets dann besonders trocken, wenn der Nordatlantik ungewöhnlich kalt war.
