Eine massive Freisetzung von Treibhausgasen, die wahrscheinlich durch vulkanische Aktivitäten ausgelöst wurde, verursachte vor etwa 56 Millionen Jahren eine Periode extremer globaler Erwärmung, die als Paläozän-Eozän-Wärmemaximum (PETM) bekannt ist. Eine neue Studie bestätigt nun, dass dem PETM eine kleinere Erwärmung und Ozeanversauerung vorausging, die durch einen kürzeren Ausbruch von Kohlenstoffemissionen verursacht wurde.
Die neuen Ergebnisse, die am 16. März in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurden, zeigen, dass die während dieses Vorläuferereignisses in die Atmosphäre freigesetzte Kohlenstoffmenge in etwa so groß war wie die derzeitigen kumulativen Kohlenstoffemissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe und anderen menschlichen Aktivitäten. Das kurzlebige Vorläuferereignis zeigt also, was passieren könnte, wenn die derzeitigen Emissionen schnell gestoppt werden können, während die viel extremere globale Erwärmung des PETM die Folgen einer fortgesetzten Freisetzung von Kohlenstoff in die Atmosphäre im derzeitigen Tempo zeigt.
„Es handelte sich um einen kurzlebigen Rülpser von Kohlenstoff, der dem entspricht, was wir bereits durch anthropogene Emissionen freigesetzt haben“, sagte Koautor James Zachos, Professor für Erd- und Planetenwissenschaften und Ida Benson Lynn Chair of Ocean Health an der UC Santa Cruz. „Wenn wir die Emissionen heute abstellen würden, würde sich dieser Kohlenstoff schließlich in der Tiefsee vermischen und sein Signal würde verschwinden, weil das Reservoir der Tiefsee so groß ist.
Dieser Prozess würde Hunderte von Jahren dauern – eine lange Zeit nach menschlichen Maßstäben, aber kurz im Vergleich zu den Zehntausenden von Jahren, die das Klimasystem der Erde brauchte, um sich von dem extremeren PETM zu erholen.
Die neuen Erkenntnisse beruhen auf einer Analyse von Meeressedimenten, die in flachen Gewässern entlang der US-Atlantikküste abgelagert wurden und heute Teil der Atlantischen Küstenebene sind. Zur Zeit des PETM war der Meeresspiegel höher, und große Teile von Maryland, Delaware und New Jersey standen unter Wasser. Der U.S. Geological Survey (USGS) hat in dieser Region Sedimentkerne gebohrt, die die Forscher für ihre Studie verwendeten.
Das PETM ist in den Meeressedimenten durch eine erhebliche Verschiebung der Kohlenstoffisotopenzusammensetzung und andere Anzeichen für dramatische Veränderungen in der Meereschemie gekennzeichnet, die darauf zurückzuführen sind, dass der Ozean große Mengen an Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufgenommen hat. Die Meeressedimente enthalten die mikroskopisch kleinen Schalen von winzigen Meeresbewohnern, den so genannten Foraminiferen, die in den Oberflächengewässern des Ozeans lebten. Die chemische Zusammensetzung dieser Schalen gibt Aufschluss über die Umweltbedingungen, unter denen sie sich gebildet haben, und zeigt Hinweise auf wärmere Oberflächentemperaturen und die Versauerung der Ozeane.
Die Erstautorin Tali Babila begann die Studie als Postdoktorandin, die mit Zachos an der UC Santa Cruz arbeitete, und ist jetzt an der University of Southampton in Großbritannien tätig. Dank neuartiger, in Southampton entwickelter Analysemethoden konnten die Forscher die Bor-Isotopenzusammensetzung einzelner Foraminiferen analysieren, um eine detaillierte Aufzeichnung der Ozeanversauerung zu rekonstruieren. Dies war Teil einer Reihe von geochemischen Analysen, die sie zur Rekonstruktion der Umweltveränderungen während des Vorläuferereignisses und des PETM verwendeten.
„Früher brauchte man Tausende von fossilen Foraminiferenschalen für die Borisotopenmessung. Jetzt sind wir in der Lage, eine einzige Schale zu analysieren, die nur die Größe eines Sandkorns hat“, so Babila.
Beweise für eine Vorläufererwärmung waren zuvor in Sedimenten des Kontinentalabschnitts im Big Horn Basin in Wyoming und an einigen anderen Stellen gefunden worden. Ob es sich dabei um ein globales Signal handelte, blieb jedoch unklar, da es in den Sedimentkernen der Tiefsee nicht zu finden war. Laut Zachos ist dies sinnvoll, da die Sedimentationsraten in der Tiefsee langsam sind und das Signal eines kurzlebigen Ereignisses aufgrund der Vermischung der Sedimente durch Meeresbewohner verloren gehen würde.
„Die beste Hoffnung, das Signal zu sehen, besteht in flachen Meeresbecken, wo die Sedimentationsraten höher sind“, sagte er. „Das Problem dabei ist, dass die Ablagerung nur episodisch erfolgt und die Erosion wahrscheinlicher ist. Die Wahrscheinlichkeit, es zu erfassen, ist also nicht sehr hoch.
Der USGS und andere haben zahlreiche Sedimentkerne (oder Abschnitte) entlang der Atlantischen Küstenebene gebohrt. Die Forscher fanden heraus, dass das PETM in all diesen Abschnitten vorhanden ist, und in einigen wurde auch das Vorläuferereignis erfasst. Zwei Abschnitte aus Maryland (an der South Dover Bridge und am Cambridge-Dover Airport) stehen im Mittelpunkt der neuen Studie.
„Hier haben wir das vollständige Signal, und an einigen anderen Stellen wird ein Teil davon erfasst. Wir glauben, dass es sich um dasselbe Ereignis handelt, das man im Bighorn Basin gefunden hat“, so Zachos.
Auf der Grundlage ihrer Analysen kam das Team zu dem Schluss, dass das Vorläufersignal in den Maryland-Abschnitten ein globales Ereignis darstellt, das wahrscheinlich einige Jahrhunderte oder möglicherweise sogar mehrere Jahrtausende andauerte.
Die beiden Kohlenstoffimpulse – der kurzlebige Vorläufer und die viel größeren und länger andauernden Kohlenstoffemissionen, die das PETM auslösten – führten zu völlig unterschiedlichen Mechanismen und Zeitskalen für die Erholung des Kohlenstoffkreislaufs und Klimasystems der Erde. Der von den Oberflächengewässern während des Vorläuferereignisses aufgenommene Kohlenstoff gelangte innerhalb von etwa tausend Jahren in die Tiefsee. Die Kohlenstoffemissionen während des PETM überstiegen jedoch die Pufferkapazität des Ozeans, und der Abbau des überschüssigen Kohlenstoffs hing von viel langsameren Prozessen wie der Verwitterung von Silikatgestein über Zehntausende von Jahren ab.
Zachos wies darauf hin, dass es wichtige Unterschiede zwischen dem heutigen Klimasystem der Erde und dem des Paläozäns gibt – insbesondere das Vorhandensein von polaren Eisschilden, die die Empfindlichkeit des Klimas gegenüber einer Erwärmung durch den Treibhauseffekt erhöhen.
Neben Babila und Zachos gehören Gavin Foster und Christopher Standish von der University of Southampton, Donald Penman von der Utah State University, Monika Doubrawa, Robert Speijer und Peter Stassen von der KU Leuven, Belgien, Timothy Bralower von der Pennsylvania State University sowie Marci Robinson und Jean Self-Trail vom USGS zu den Koautoren der Studie. Diese Arbeit wurde zum Teil von der National Science Foundation finanziert.
Datum: März 16, 2022
Quelle: Universität von Kalifornien – Santa Cruz
Journal Reference:
- Tali L. Babila, Donald E. Penman, Christopher D. Standish, Monika Doubrawa, Timothy J. Bralower, Marci M. Robinson, Jean M. Self-Trail, Robert P. Speijer, Peter Stassen, Gavin L. Foster, James C. Zachos. Surface ocean warming and acidification driven by rapid carbon release precedes Paleocene-Eocene Thermal Maximum. Science Advances, 2022; 8 (11) DOI: 10.1126/sciadv.abg1025