Eine neue 66 Millionen Jahre alte Geschichte des Kohlendioxids bietet heute wenig Trost.

7. Dezember 2023

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von der Columbia Climate School

Eine umfangreiche neue Überprüfung der CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre und den entsprechenden Temperaturen in der Vergangenheit liefert ein beunruhigendes Bild davon, wohin sich das Klima der Erde entwickeln könnte. Die Studie bezieht geologische Aufzeichnungen ein, die die letzten 66 Millionen Jahre abdecken und die heutigen Konzentrationen im Zusammenhang mit der Tiefenzeit setzen.

Unter anderem zeigt sie, dass das letzte Mal, als der atmosphärische CO2-Gehalt konstant die heutigen, menschlich verursachten Werte erreichte, vor 14 Millionen Jahren war - viel länger, als einige vorhandene Bewertungen angeben. Sie behauptet, dass das langfristige Klima sehr empfindlich auf Treibhausgase reagiert, mit sich über viele Jahrtausende hinziehenden Auswirkungen.

Die Studie wurde über sieben Jahre von einem Konsortium von mehr als 80 Forschern aus 16 Ländern zusammengestellt und in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

"Wir wissen seit langem, dass die Zugabe von CO2 in unsere Atmosphäre die Temperatur erhöht", sagte Bärbel Hönisch, eine Geochemikerin am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University, die das Konsortium koordiniert hat. "Diese Studie gibt uns eine viel robuster Idee davon, wie empfindlich das Klima über lange Zeiträume ist."

Gängige Schätzungen zeigen, dass bei Zeitskalen von Jahrzehnten bis Jahrhunderten eine Verdopplung des atmosphärischen CO2 die Durchschnittstemperaturen global um 1,5 bis 4,5° Celsius (2,7 bis 8,1° Fahrenheit) ansteigen lässt. Allerdings argumentiert zumindest eine kürzlich weit verbreitete Studie, dass der aktuelle Konsens die planetare Sensitivität unterschätzt und sie auf eine Erwärmung von 3,6 bis 6°C pro Verdopplung festlegt.

In jedem Fall führen alle Schätzungen aufgrund der aktuellen Trends dazu, dass der Planet gefährlich nahe oder über die Erwärmung von 2° kommt, die in diesem Jahrhundert erreicht werden könnte, und die viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für unbedingt zu vermeiden halten.

Zu späten 1700er Jahren enthielt die Luft etwa 280 Teile pro Million (ppm) CO2. Wir sind jetzt bei 420 ppm angelangt, einem Anstieg von etwa 50%. Bis zum Ende des Jahrhunderts könnten wir 600 ppm oder mehr erreichen. Deshalb befinden wir uns bereits irgendwo entlang der unsicheren Erwärmungskurve, mit einem Anstieg von etwa 1,2° C (2,2° F) seit dem späten 19. Jahrhundert.

Ungeachtet der letztendlich auftretenden Temperaturen stützen sich die meisten Schätzungen zur zukünftigen Erwärmung auf Studien darüber, wie sich die Temperaturen in der Vergangenheit mit den CO2-Werten verändert haben. Hierfür analysieren Wissenschaftler Materialien wie in Eisbohrkernen eingeschlossene Luftblasen, die Chemie alter Böden und Meeresablagerungen sowie die Anatomie fossiler Pflanzenblätter.

Die Mitglieder des Konsortiums haben keine neuen Daten gesammelt, sie haben sich vielmehr zusammengeschlossen, um veröffentlichte Studien zu durchsuchen und ihre Zuverlässigkeit auf der Grundlage des sich weiterentwickelnden Wissens zu bewerten. Sie haben einige Studien ausgeschlossen, die sie in Anbetracht neuer Erkenntnisse veraltet oder unvollständig fanden, und andere neu kalibriert, um die neuesten analytischen Techniken zu berücksichtigen. Dann haben sie eine neue 66 Millionen Jahre umfassende Kurve von CO2 versus Temperaturen auf Basis aller bisherigen Beweise berechnet und sich auf das geeinigt, was sie "Erdsystemempfindlichkeit" nennen. Nach dieser Maßnahme soll eine Verdopplung von CO2 den Planeten um ganze 5 bis 8°C erwärmen.

Die riesige Einschränkung: Die Empfindlichkeit des Erdsystems beschreibt Klimaveränderungen über Hunderttausende Jahre hinweg, nicht die Jahrzehnte und Jahrhunderte, die für Menschen unmittelbar relevant sind. Die Autoren sagen, dass sich über lange Zeiträume hinweg Temperatursteigerungen aus miteinander verflochtenen Erdprozessen ergeben können, die über den unmittelbaren Treibhauseffekt hinausgehen, den CO2 in der Luft erzeugt. Dazu gehören das Schmelzen der polaren Eisschilde, was die Fähigkeit der Erde zur Reflektion von Sonnenenergie verringern würde; Veränderungen in der terrestrischen Pflanzendecke sowie Veränderungen in Wolken und atmosphärischen Aerosolen, die die Temperaturen entweder erhöhen oder senken könnten.

"Wenn Sie möchten, dass wir Ihnen sagen, wie die Temperatur im Jahr 2100 sein wird, sagt Ihnen das nicht. Aber es hat Auswirkungen auf die gegenwärtige Klimapolitik", sagte Mitautor Dana Royer, ein Paläoklimatologe an der Wesleyan University. "Es stärkt das, was wir ohnehin schon zu wissen glaubten. Es sagt uns auch, dass es träge, kaskadierende Effekte gibt, die Tausende von Jahren anhalten werden."

Hönisch sagte, die Studie werde für Klimamodellierer nützlich sein, die versuchen, vorherzusagen, was in den kommenden Jahrzehnten passieren wird, da sie die neu robusten Beobachtungen in ihre Studien einfließen lassen und Prozesse, die auf kurze versus langwierige Zeitskalen wirken, entwirren können. Sie wies darauf hin, dass alle Daten des Projekts in einer offenen Datenbank verfügbar sind und fortlaufend aktualisiert werden.

The new study, covering the so-called Cenozoic era, does not radically revise the generally accepted relationship between CO2 and temperature, but it does strengthen the understanding of certain time periods, and refines measurements of others.

The most distant period, from about 66 million to 56 million years ago, has been something of an enigma, because the Earth was largely ice free, yet some studies had suggested CO2 concentrations were relatively low. This cast some doubt on the relationship between CO2 and temperature. However once the consortium excluded estimates they deemed the least dependable, they determined that CO2 was actually quite high—around 600 to 700 parts per million, comparable to what could be reached by the end of this century.

The researchers confirmed the long-held belief that the hottest period was about 50 million years ago, when CO2 spiked to as much as 1,600 ppm, and temperatures were as much as 12°C higher than today. But by around 34 million years ago, CO2 had dropped enough that the present-day Antarctic ice sheet began developing.

With some ups and downs, this was followed by a further long-term CO2 decline, during which the ancestors of many modern-day plants and animals evolved. This suggests, the paper's authors say, that variations in CO2 affect not only climate, but ecosystems.

The new assessment says that about 16 million years ago was the last time CO2 was consistently higher than now, at about 480 ppm; and by 14 million years ago it had sunk to today's human-induced level of 420 ppm. The decline continued, and by about 2.5 million years ago, CO2 reached about 270 or 280 ppm, kicking off a series of ice ages. It was at or below that when modern humans came into being about 400,000 years ago, and persisted there until we started messing with the atmosphere on a grand scale about 250 years ago.

'Regardless of exactly how many degrees the temperature changes, it's clear we have already brought the planet into a range of conditions never seen by our species,' said study co-author Gabriel Bowen, a professor at the University of Utah. 'It should make us stop and question what is the right path forward.'

The consortium has now evolved into a larger project that aims to chart how CO2 and climate have evolved over the entire Phanerozoic eon, from 540 million years ago to present.

Journal information: Science

Provided by Columbia Climate School