Die Botschaft der Paläozan-Eozän Warmzeit

Wir leben derzeit in einer Zwischeneiszeit. Das Klima im Wechsel von Eiszeiten und Zwischeneiszeiten ist im Grunde das Klima, das den Menschen hervorgebracht hat. Bedingung für dieses Klimaregime sind niedrige CO2-Mischungsverhältnisse unter 300 ppm.
Aus verschiedenen Gründen gab es aber in der Erdgeschichte seit der Zeit der Dinosaurier Phasen, in denen die CO2-Mischungsverhältnisse und die Temperatur anstiegen. Während die Eiszeiten eher eine Folge (vereinfacht ausgedrückt) wechselnder Neigungen der Erde zur Sonne waren und die dadurch verursachte wechselnder Stärke der effektiven Einstrahlung, und die CO2-Mischungsverhältnisse sich dann in der Folge als Rückkopplungsgröße mit 800 Jahren Verzögerung änderten, um den Wechsel zwischen Eiszeit und Zwischeneiszeit zu verstärken, gab es Ereignisse, in denen andere Antriebe wirkten, die weniger gut verstanden sind.
Über die relative Warmzeit im Mittelalter ist noch nicht mal bekannt, ob es wirklich ein globales Ereignis war oder zu verschiedenen Zeiten unterschiedliche Teile der Erde warm wurden. Insgesamt kann es kaum wärmer gewesen sein als zum Ende des 20. Jahrhunderts, und wahrscheinlich war es da gerade mal ein halbes Grad wärmer als zu Beginn des 20. Jahrhunderts.

Wesentlich ausgeprägter war eine Erwärmung vor 8.000 Jahren, das Klimaoptimum des Holozäns. Damals könnte es durchaus vorübergehend fast so warm gewesen sein wie heute, vielleicht aber liegen wir in diesem Jahrzehnt sogar über dem Maximum der laufenden Zwischeneiszeit. Doch vor den Eiszeiten gab es weitaus stärkere Warmzeiten. Vor 55 Millionen Jahren (55,5 oder 55,8 Millionen Jahre, je nach Quelle) war das Paläozän-Eozän Temperaturmaximum (PETM), das ca. 100.000-200.000 Jahre anhielt. In einem Artikel in Nature von Jason Head, Bloch, Hastings, Bourque, Cadena, Herrera, Polly und Jaramillo, Giant boid snake from the Paleocene neotropics reveals hotter past equatorial temperatures, Nature 457, 715 (2009) wird über eine Riesenboa, eine 13 Meter lange und über 1 Tonne schwere Riesenschlange berichtet, die vor über 58-60 Millionen Jahren gelebt hatte. Aus ihrer Größe leitet man ab, daß ihre Umgebungstemperatur mit einer Jahresmitteltemperatur über 30 Grad wärmer gewesen sein mußte, als es heute in den Tropen üblich ist. Beim PETM 3-5 Millionen Jahre später muß es noch wärmer gewesen sein. Die Tropen könnten Temperaturen um 38-40 Grad im Jahresmittel erreicht haben – für Menschen und viele andere Lebewesen unerträgliche Temperaturen. Laut einer anderen Studie in Nature lagen die Temperaturen in der Arktis über 20 bis 23 Grad, 5 Grad wärmer als vor dem PETM. (Sluijs et al,, Subtropical Arctic Ocean temperatures during the Paleocene/Eocene thermal maximum, Nature 441, 610 (2006).) Die Arktis war natürlich eisfrei. Es ist nicht klar, was das PETM erzeugt hat, aber es war möglicherweise begleitet von hohen Methan-Konzentrationen, einem besonders potenten Treibhausgas. Quelle für das Methan könnten Sümpfe oder ozeanische Methanhydrate, die aus tiefen Wasserschichten emporgesprudelt sind.

Dieses Ereignis zeigt zum einen, wie hoch Temperaturen auf der Erde steigen können, wenn es einen geeigneten Antrieb gibt. Es gibt, anders als vereinzelte Wissenschaftler behaupten, keinen tropischen „Thermostaten“, der zu starke Temperaturanstiege in den Tropen verhindern würde. Und ein an sich noch nicht katastrophaler Temperaturanstieg kann andere Rückkopplungen auslösen, die über eine Methanfreisetzung Klimaänderungen noch weiter verstärken.

Eine neue Studie verstärkt genau diesen Punkt, und verdeutlicht dabei, daß die vorhandenen Klimamodelle solche positiven Rückkopplungen vermutlich unterschätzen. Kürzlich gab es von Nature Geoscience ein Vorabinformation über Richard Zeebe, Zachos und Dickens, Carbon Dioxide forcing alone insufficient to explain Paleocene-Eocene Thermal Maximum warming, Nature Geoscience, 13. Juli 2009, doi:10.1038/ngeo578. Dort beschreiben die Autoren, daß sie die Klimaentwicklung in der PETM mit einem Modell für den Kohlenstoffkreislauf und gemessenen Daten über gelösten Kohlenstoff in den Ozeanen und Anteile der Kohlenstoffisotope nachvollzogen hatten. Ihr Ergebnis war, daß die freigesetzten Mengen an Kohlenstoff (deren Quellen unklar sind) mit den heute bekannten Klimasensitivitäten für CO2 eine Erwärmung um allenfalls 1 – 3,5 Grad erklären könnten, jedoch nicht von 5-9 Grad, wie man tatsächlich für das PETM annimmt. Daraus schließen die Autoren, daß es weitere positive Rückkopplungen auf größerer Zeitskala gibt, die damals in Gang gesetzt wurden, die uns aber in der Zukunft auch drohen könnten.

Diese Erkenntnisse bestätigen Hinweise von Hansen, die vor ca. einem Jahr sehr skeptisch aufgenommen wurden. Er hatte darauf hingewiesen, daß man die Klimaentwicklung seit der letzten Eiszeit schlüssiger erklären kann, wenn man neben den schnellen Rückkopplungen, die zu einem Temperaturanstieg um 2 – 4,5 Grad je Verdopplung des CO2-Mischungsverhältnisses führen, auch langsamere Rückkopplungsmechanismen berücksichtigt, die die Klimasensitivität auf ca. 6 Grad je Verdopplung von CO2 steigern. In diesem Fall wäre aber selbst die Absicht, das CO2-Mischungsverhältnis auf unter 450 ppm langfristig zu begrenzen nicht ausreichend, um katastrophale Klimaveränderungen zu verhindern. Hansens Ziel wären dann 350 ppm CO2 als langfristige Grenze. Das mag illusorisch erscheinen, da schon jetzt das globale CO2-Mischungsverhältnis bei ca. 387 ppm steht. Aber im Falle einer baldigen Einstellung der CO2-Emissionen würden die Ozeane gewaltige Mengen an CO2 aufnehmen und alleine dadurch die CO2-Konzentration der Atmosphäre wieder sinken. Das PETM ist eine klare Warnung, daß unsere Klimamodelle das langfristige CO2-Problem systematisch unterschätzen und daß es keinen „Erdthermostaten“ gibt, der katastrophale Klimaentwicklungen verhindert.

War es in Grönland mal wärmer als heute?

In der Klimadebatte unter Nichtwissenschaftlern taucht oft das Argument auf, die Klimaerwärmung könne nicht so schlimm sein oder so stark wie behauptet, weil es in Grönland mal so richtig grün gewesen sein müsse. Deshalb habe Erik der Rote, der Siedler aus Island dahin lockte, die Insel so genannt. Inzwischen sei es da kälter, und nicht mehr so schön üppig grün wie zwischen dem 10. und 13. Jahrhundert.

Zum einen steckt dahinter ein Denkfehler. Einzelne Regionen der Erde können durchaus andere Temperaturverläufe zeigen als der gesamte Globus. Diesen Winter z.B. war es in Europa nördlich der Alpen relativ warm, im mittleren Osten hingegen z.B. relativ kalt. Im nächsten Winter kann das durchaus anders herum sein. Grönland könnte also durchaus damals relativ warm gewesen sein. Aber das sagt über die globale Temperatur dieser Zeit nichts aus.

Weiterhin sagen solche Berichte über das empfundene Klima einer Zeit nicht aus, was das nun umgerechnet in eine Temperatur bedeutet. Was für einen Isländer eine noch akzeptabel warme Insel ist, mag für einen Iren oder Deutschen jener Zeit ein erbärmlich kalter und unwirtlicher Ort gewesen sein.

Schließlich ist aber auch der Eindruck falsch, daß Grönland heute nicht mehr so grün sei wie zu Zeiten Erik des Roten. An eben den Stellen, wo die Wikinger damals siedelten, leben ja auch heute wieder Menschen. Man schaue sich mal an, wie es da aussehen kann, z.B. in diesem Beitrag über Landwirtschaft auf Grönland oder diesem Beitrag über Aufforstungen auf Grönland. Die Wikinger, die im 10. Jahrhundert nach Grönland kamen, betrieben keinen Ackerbau. Sie trieben nur Vieh auf Weiden, hielten es in den Wintermonaten in den Ställen, und das ging mehr schlecht als recht. Bäume gab es keine auf Grönland seit 450.000 Jahren vor unserer Zeit. Erst seit dem 20. Jahrhundert gibt es wieder Bäume auf Grönland. Wenn überhaupt, dann deuten solche qualitativen Überlegungen darauf hin, daß es in Grönland heute wärmer ist als zu Zeiten Erik des Roten. Als Impression dazu ein Bild aus Spiegel Online, in dem auf einem Versuchsfeld der erste grönländische Brokkoli gezeigt wird. Bäume, Kartoffeln oder Brokkoli auf Grönland, das gibt es alles erst seit den letzten Jahrzehnten. Ein weiterer kurzer Beitrag zum Kartoffelanbau auf Grönland ist hier.



Ähnliche Überlegungen gibt es zu Wein in England, der in der mittelalterlichen Warmzeit da angebaut worden sei. Wein wird aber auch heutzutage in England angebaut. Man kann aus solchen Anekdoten nicht ableiten, daß es damals sonderlich warm gewesen wäre. Viel besser verbürgt ist die "kleine Eiszeit". Hier läßt sich auch mit dem Maunder-Minimum ein Zusammenhang zu Sonnenaktivitäten herstellen. Weder mittelalterliche Warmzeit noch "kleine Eiszeit" bieten aber eine Erklärung für den aktuellen Klimaverlauf.

Sind die gegenwärtigen globalen Temperaturen ungewöhnlich?

In den vergangenen Jahrzehnten ist die mittlere globale Temperatur am Boden relativ rasch angestiegen. Zwar kann man diesen Temperaturanstieg rechnerisch zum größten Teil auf den Anstieg des Treibhauseffektes zurückführen. Daher ist es nicht nötig, den Temperaturanstieg selbst als Beweis dafür zu nehmen, daß der weitere Anstieg der Treibhausgaskonzentrationen zu einem globalen Klimawandel führen muß. Aber es gibt zwei Dinge, die einen an diesem Temperaturanstieg interessieren könnten.

1. Hat die globale Temperatur in der Vergangenheit stark geschwankt? Wenn ja, bedeutet das, daß das Erdklima sehr empfindlich auf störende Einflüsse reagiert. Wir müßten damit rechnen, daß auch der jetzige Anstieg der Treibhausgaskonzentrationen einen eher starken Einfluß auf das Weltklima hätte. Weiterhin kommen ja die menschlichen Einflüsse zu den natürlichen dazu. Wenn es eine starke natürliche Variabilität gibt, und das Erdklima jetzt stark erwärmen, müssen wir befürchten, daß eine zusätzliche natürliche Erwärmung in der Art des mittelalterlichen Klimaoptimums sehr viel schneller zu einem Überschreiten kritischer Schwellen bei der Temperatur führt, ab dem der Klimawandel für die Menschheit krisenhaft wird.

2. Gab es in historischer Zeit Temperaturen, die so warm oder wärmer waren wie unsere heutigen? Wenn ja, wäre das insoweit beruhigend, als die Erde solche warmen Zustände in Zeiten überstanden hätte, als bereits Menschen Landwirtschaft betrieben.

Seltsamerweise sehen Menschen, die den Menschen als Verursacher des Klimawandels ausschließen wollen, nur den Punkt 2, und argumentieren deshalb, daß in der Vergangenheit das Klima sehr stark geschwankt hätte und auch schon wärmer gewesen wäre als heute. Daß sie damit aber zugleich bezüglich Punkt 1 aussagen, daß das Klima sehr empfindlich auf Einflüsse reagiert wie zum Beispiel den Anstieg der Treibhausgaskonzentrationen, sehen sie nivht.

Temperaturmessungen im Rahmen eines zuverlässigen Meßnetzes gibt es nur bis zur Mitte des vergangenen Jahrhunderts bzw. wenn man es strenger betrachtet nur seit etwa 1880. Wollen wir etwas über Temperaturen vorher aussagen, benötigen wir meßbare Größen, die sich ähnlich verhalten wie die Lufttemperatur am Ort, sogenannte Proxies. Das können z.B. Baumringe sein - je wärmer es ist, desto schneller wachsen Bäume und desto breiter werden ihre Jahresringe.

Der Vorteil der Jahresringe als Proxie ist, daß man hier einzelne Jahre zuordnen kann. Andere Größen, z.B. das Wachstum von Stalaktiten oder bestimmte Isotopenverhältnisse in Sedimenten, geben nur mittlere Temperaturen über größere Zeiträume wieder. Der Nachteil der Jahresringe ist, daß sie nur für einen sehr begrenzten Raum um einen betrachteten Baum repräsentativ sind und daß sie auch von anderen Faktoren beeinflußt werden, etwa dem CO2 -Gehalt der Luft.

Zeitreihen der globalen Lufttemperatur am Boden aus Proxies gibt es nun durch eine ganze Reihe von Arbeiten, und die Ergebnisse der verschiedenen Arbeiten bestätigen sich gegenseitig. Das kann man sich hier ansehen (Seite 467). Die erste Arbeit dazu wurde von
Mann et al (1999) erstellt. Diese Analyse war damals sehr innovativ, weshalb sie auch kleinere Fehler enthielt, die dann von einigen (z.B. McIntyre and McKitrick, 2005) angegriffen wurden. Allerdings machen kleinere Fehler in einer Arbeit nicht die ganze Arbeit wertlos, denn es wurden in den folgenden Jahren die Ergebnisse von Mann et al. von anderen Wissenschaftlern reproduziert und eine Untersuchung der Amerikanischen Akademie der Wissenschaften (NRC, 2006) ergab ebenfalls, daß die grundsätzlichen Schlußfolgerungen von Mann et al. von Bestand seien.

Alle Analysen der Temperatur der vergangenen 1000 bzw. 2000 Jahre kommen zum Ergebnis, daß der Temperaturanstieg der letzten 100 Jahre von ca. 0,7 Grad aus der Klimavariabilität der Vergangenheit herausragt und es wahrscheinlich noch nie in diesen 2000 Jahren so warm war wie nun zur Jahrtausendwende. Aufgrund der Art der Proxieanalysen kann man aber nicht sicher ausschließen, daß es in diesem Zeitraum einzelne Jahre gegeben hat, die ähnlich warm waren, wie die aktuellen, auch wenn das nicht plausibel wäre. Die Behauptung, daß es z.B. während des mittelalterlichen Klimaoptimums wärmer gewesen wäre als heute, kann man aufgrund dieser Temperaturrekonstruktionen ausschließen.

Weiterführende Diskussionen dazu (auf englisch) findet man z.B. hier in einer Diskussion der Methodik von Mann et al.


Mann, M.E., R.S. Bradley, and M.K. Hughes, 1999: Northern hemisphere
temperatures during the past millennium: Inferences, uncertainties, and
limitations. Geophys. Res. Lett., 26(6), 759–762.


McIntyre, S., and R. McKitrick, 2005a: Hockey sticks, principal
components, and spurious signifi cance. Geophys. Res. Lett., 32(3),
L03710, doi:10.1029/2004GL021750.


NRC (National Research Council), 2006: Surface Temperature
Reconstructions for the Last 2,000 Years. National Academies Press,
Washington, DC, 196 pp.