Die letzten 12.000 Jahre zeigen eine komplexere Klimageschichte als bisher angenommen
Neues Open Access Paper veröffentlicht.
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Komplexe räumlich-zeitliche Struktur des holozänen thermischen Maximums
Nature Communications Band 13, Artikel Nummer: 5662 (2022) Diesen Artikel zitieren
Abstract
Unstimmigkeiten zwischen holozänen Klimarekonstruktionen und numerischen Modellsimulationen stellen die Robustheit von Klimamodellen und Proxy-Temperaturaufzeichnungen in Frage. Klimarekonstruktionen deuten auf ein früh- bis mittelholozänes thermisches Maximum (HTM) hin, gefolgt von einer allmählichen Abkühlung, während Klimamodelle eine kontinuierliche Erwärmung anzeigen. Diese Diskrepanz deutet entweder auf saisonale Verzerrungen in Klimarekonstruktionen auf der Grundlage von Proxy-Daten hin oder darauf, dass die Sensitivität von Klimamodellen gegenüber Antriebskräften und Rückkopplungen neu bewertet werden muss. Hier analysieren wir eine globale Datenbank mit Paläotemperaturaufzeichnungen aus dem Holozän, um die raum-zeitliche Struktur des HTM zu untersuchen. Kontinentale Proxy-Aufzeichnungen in mittleren und hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre zeigen ein "klassisches" HTM (8-4 ka). Im Gegensatz dazu zeigen marine Proxy-Aufzeichnungen aus denselben Breitengraden ein früheres HTM (11-7ka), während in den Tropen eine klare Temperaturanomalie fehlt. Die Ergebnisse deuten auf eine heterogene Reaktion auf klimatische Einflüsse hin und verdeutlichen das Fehlen eines global synchronen HTM.
Einführung
Natürliche Klimaschwankungen sind das Ergebnis vielfältiger Antriebskräfte und Rückkopplungen mit heterogenen räumlichen und zeitlichen Erscheinungsformen. Treibhausgase, vulkanischer Strahlungsantrieb und Sonneneinstrahlung wirken relativ homogen auf die Erdoberfläche, während die Sonneneinstrahlung sowohl in der Breite als auch saisonal schwankt. Darüber hinaus kann die Reaktion des Klimasystems durch Rückkopplungen verstärkt oder gedämpft werden, die sich aus Veränderungen der Physiografie, der Albedo und aus Schwankungen der ozeanischen und/oder atmosphärischen Zirkulation ergeben, die die Wärme über die Erdoberfläche (neu) verteilen. Unser Verständnis der Klimaprozesse ist durch die relativ kurze Zeitspanne und die heterogene räumliche Abdeckung der instrumentellen Aufzeichnungen begrenzt. Belege für die Klimavariabilität in der Vergangenheit, die aus geologischen Archiven gewonnen werden, bieten daher eine einzigartige Gelegenheit, laufende Veränderungen in einen Kontext zu stellen und die Leistung von Klimamodellen auf Zeitskalen zu bewerten, die über die in der instrumentellen Periode aufgezeichnete dekadische Klimavariabilität hinausgehen.
Die Temperatur an der Erdoberfläche reagiert direkt auf den globalen Strahlungsantrieb und bietet somit grundlegende Einblicke in den Zustand des Klimasystems. In den letzten Jahrzehnten wurden quantitative Indikatoren für die Temperatur in der Vergangenheit (im Folgenden "Proxies" genannt) auf der Grundlage verschiedener Arten von Archiven verwendet, um die Klimavariabilität über eine Reihe von Zeitskalen zu rekonstruieren. Die Verbesserung sowohl der räumlichen Abdeckung als auch der zeitlichen Auflösung von Temperaturproxy-Aufzeichnungen führte zur Entwicklung regionaler und globaler Temperaturrekonstruktionen, die es der wissenschaftlichen Gemeinschaft ermöglicht haben, die beispiellose Natur des anthropogenen Klimawandels über die gemeinsame Ära1,2 und das Holozän3,4,5,6 aufzuzeigen. Globale Temperaturrekonstruktionen zeigen durchweg ein holozänes thermisches Maximum (HTM), das typischerweise zwischen 10 und 5 ka4,5 liegt, mit einer maximalen Wahrscheinlichkeit um 6,45 ka4. Auf das HTM folgte eine globale Abkühlung bis zum Ende des 19. Jahrhunderts n. Chr., unterbrochen von einer raschen und anhaltenden Erwärmung, die das Industriezeitalter bis in die Gegenwart kennzeichnet. Der aus Proxy-Aufzeichnungen abgeleitete Abkühlungstrend, der häufig auf die abnehmende Sonneneinstrahlung in den hohen nördlichen Breiten zurückgeführt wird, lässt sich jedoch in numerischen Simulationen nicht auflösen7. In Klimamodellen wird die simulierte globale Mitteltemperatur in erster Linie durch die Ausdehnung des Eisschildes und die Treibhausgaskonzentrationen in der Atmosphäre bestimmt, die in ihrem Zusammenwirken eine kontinuierliche Erwärmung im Laufe des Holozäns bewirken7.
Diese Diskrepanz zwischen den Proxydaten und den Modellsimulationen, die gemeinhin als "The Holocene Temperature Conundrum "7 bezeichnet wird, lässt Zweifel an dem konzeptionellen Rahmen aufkommen, der der Interpretation der Temperaturproxydaten zugrunde liegt, sowie an den Fähigkeiten der Klimamodelle. So wurde beispielsweise behauptet, dass die Temperaturrekonstruktionen möglicherweise jahreszeitlich verzerrt sind7,8 und/oder dass der globale Mittelwert aufgrund der Überrepräsentation von Aufzeichnungen der Meeresoberflächentemperatur (SST) im nördlichen Nordatlantik verzerrt ist5,6,7. Unstimmigkeiten zwischen Modell und Daten können jedoch ebenso gut aus geografisch abweichenden Trends resultieren, die auf die Meereisdynamik9, die polare Verstärkung10, eine unzureichende Modellauflösung11 und die in numerischen Simulationen verwendeten Randbedingungen12 zurückzuführen sind. Obwohl das HTM aus globaler Sicht intensiv untersucht wurde3,4,5,6,7, wurde seinen räumlich-zeitlichen Merkmalen relativ wenig Aufmerksamkeit geschenkt, obwohl die lokalen und regionalen Trends deutlich von den global gemittelten Rekonstruktionen abweichen3,13.
In dieser Studie versuchen wir, die raum-zeitliche Ausprägung des HTM im marinen und kontinentalen Bereich zu dokumentieren, um Licht auf die Antriebskräfte und Rückkopplungen zu werfen, die der Entwicklung des holozänen Klimas zugrunde liegen9.
Hier ist die Pressemitteilung von EurekAlert!
Ein internationales Team von Forschern aus Deutschland, Großbritannien, der Schweiz, Kanada und Frankreich zeigt die Komplexität der Temperaturentwicklung der letzten 12.000 Jahre auf.
Peer-Reviewed Veröffentlichung
MARUM - ZENTRUM FÜR MARINE UMWELTWISSENSCHAFTEN, UNIVERSITÄT BREMEN
In dieser neuen Studie nutzten die Wissenschaftler die größte verfügbare Datenbank mit Rekonstruktionen vergangener Temperaturen, die 12 000 Jahre zurückreichen, um das geografische Muster der Temperaturveränderungen während des Holozäns sorgfältig zu untersuchen. Olivier Cartapanis und seine Kollegen stellen fest, dass es im Gegensatz zu früheren Annahmen keine weltweit synchrone Wärmeperiode während des Holozäns gibt. Stattdessen sind die wärmsten Temperaturen nicht nur in verschiedenen Regionen, sondern auch zwischen Ozean und Land zu unterschiedlichen Zeiten zu finden. Dies wirft die Frage auf, wie aussagekräftig Vergleiche der globalen Mitteltemperatur zwischen Rekonstruktionen und Modellen tatsächlich sind.
Laut Olivier Cartapanis, dem Hauptautor der Studie, "stellen die Ergebnisse das Paradigma eines holozänen thermischen Maximums in Frage, das weltweit zur gleichen Zeit auftrat". Und während die wärmste
Temperaturmaximum vor 4.000 bis 8.000 Jahren in Westeuropa und Nordamerika erreicht wurde, kühlte sich die Oberflächentemperatur der Ozeane vor etwa 10.000 Jahren in den mittleren und hohen Breiten ab und blieb in den Tropen stabil. Die regionale Variabilität des Zeitpunkts der Höchsttemperaturen deutet darauf hin, dass die Sonneneinstrahlung in hohen Breiten und die Eisausdehnung eine wichtige Rolle bei den Klimaveränderungen während des Holozäns spielten.
Lukas Jonkers, Mitautor der Studie und Forscher am MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften in Bremen, Deutschland, sagt: "Da Ökosysteme und Menschen nicht die mittlere Temperatur der Erde erfahren, sondern von regionalen und lokalen Klimaveränderungen betroffen sind, müssen die Modelle die räumlichen und zeitlichen Muster des Klimawandels richtig erfassen, um den politischen Entscheidungsträgern als Orientierung zu dienen. Die neue Arbeit von Cartapanis und Kollegen stellt somit ein klares Ziel für die Klimamodelle dar, denn die Fähigkeit der Klimamodelle, die Klimaschwankungen des Holozäns in Raum und Zeit zu reproduzieren, wird das Vertrauen in ihre regionalen Projektionen des künftigen Klimawandels erhöhen.
Das MARUM liefert grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse über die Rolle des Ozeans und des Meeresbodens im gesamten Erdsystem. Die Dynamik des Ozeans und des Meeresbodens hat durch das Zusammenspiel geologischer, physikalischer, biologischer und chemischer Prozesse erhebliche Auswirkungen auf das gesamte Erdsystem. Diese beeinflussen sowohl das Klima als auch den globalen Kohlenstoffkreislauf und schaffen einzigartige biologische Systeme. Das MARUM engagiert sich für eine grundlegende und unvoreingenommene Forschung im Interesse der Gesellschaft und der Meeresumwelt und im Einklang mit den Zielen für eine nachhaltige Entwicklung der Vereinten Nationen. Es veröffentlicht seine qualitätsgesicherten wissenschaftlichen Daten und macht sie öffentlich zugänglich. Das MARUM informiert die Öffentlichkeit über neue Entdeckungen in der Meeresumwelt und vermittelt im Dialog mit der Gesellschaft praktisches Wissen. Das MARUM kooperiert mit Partnern aus Wirtschaft und Industrie im Sinne des Schutzes der Meeresumwelt.
JOURNAL
Nature Communications
DOI
ARTICLE TITLE
Complex spatio-temporal structure of the Holocene Thermal Maximum
ARTICLE PUBLICATION DATE
3-Oct-2022