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News: Eiszeit im Computer

Ein Durchbruch in der Klimaforschung ist einem Team am Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung gelungen. Weltweit erstmals konnte mit einem Klimamodell eine realistische Computersimulation des Klimas der letzten Eiszeit durchgeführt werden.
Das berechnete Klima stimmt gut mit dem Bild der Eiszeit überein, das in den letzten Jahrzehnten aus verschiedenen Datenquellen gewonnen wurde. Damit konnte die Richtigkeit eines Klimamodells für ein Klima bestätigt werden, das erheblich vom heutigen abweicht. „Dies ist ein entscheidender Test für die Glaubwürdigkeit von Klimamodellen, auf die sich auch die Klimaabschätzungen für das nächste Jahrhundert stützen“, bewertet der Leiter der Forschergruppe, Prof. Martin Claussen, dieses Ergebnis. Die Eiszeitsimulation wurde in Nature vom 22. Januar 1998 veröffentlicht.

Der Höhepunkt der letzten Eiszeit liegt rund 21.000 Jahre zurück. Damals lagen kilometerdicke Eismassen über Nordamerika und Nordeuropa. Die Eisdecke reichte bis nach Berlin hinunter; südlich davon erstreckte sich bis nach Frankreich hinein eine trockene, polare Steppe. Grund für die periodisch wiederkehrenden Eiszeiten sind kleine Schwankungen in der Erdbahn und damit Änderungen in der Sonneneinstrahlung. Wie allerdings die allmählichen und subtilen Veränderungen in der Verteilung der Sonnenwärme zu solch drastischen und rasch einsetzenden Vereisung führen konnten, ist ein nach wie vor ungelöstes Rätsel der Natur. Ein wichtiger Schritt zur Entschlüsselung ist jetzt dem Potsdamer Forscherteam gelungen. Mit ihrem Modell konnten sie zeigen, daß Änderungen der Meeresströme wesentlich zur Abkühlung des Klimas in der Eiszeit insbesondere in Europa beitrugen.

Die gesamte Nordhalbkugel war ihren Rechnungen zufolge im Mittel um etwa 8,7 Grad kälter als heute, wobei eine mittlere Abkühlung um drei Grad allein durch die Verlagerung der Nordatlantikströme verursacht wurde. Einige Gebiete kühlten aufgrund der veränderten Strömung sogar um mehr als zwanzig Grad ab. Diese Verlagerung vollzog sich im Modell genau so, wie es bereits Geologen aus Sedimentbohrkernen für die Eiszeit rekonstruiert haben. „Die große Bedeutung der Meeresströme für das Klima wurde eindrucksvoll bestätigt“, sagt Stefan Rahmstorf, federführender Autor der Veröffentlichung. Viele Klimaforscher befürchten, daß es im kommenden Jahrhundert durch die menschlichen Eingriffe in das Klimasystem wieder zur weiträumigen Verlagerung von Meereströmen kommen könnte, mit Auswirkungen insbesondere auf Nordeuropa.

Das Besondere an dem Modell ist, daß es die Strömungen in Ozean und Atmosphäre gemeinsam berechnet, und nicht – wie bislang – entweder nur die atmosphärische oder nur die ozeanische Zirkulation. Erst dadurch kann sich ein Klimagleichgewicht wirklich frei einstellen. Zwar gab es auch zuvor bereits gekoppelte Ozean-Atmosphären-Modelle, mit denen im Prinzip eine solche Eiszeitsimulation möglich wäre. Allerdings benötigen diese Modelle einen so großen Rechenaufwand, daß man selbst mit den schnellsten Supercomputern nur einige hundert Jahre simulieren kann – wegen der Trägheit der Ozeane zu wenig, um ein so stark vom heutigen Klima verschiedenes Klimagleichgewicht zu erreichen. In dem Potsdamer Modell wird nicht mehr das Wetter, also jedes einzelne Hoch- oder Tiefdruckgebiet, berechnet sondern gleich die mittleren Klimaeigenschaften, zum Beispiel die mittlere Niederschlagsmenge eines Monats. Damit sind nun problemlos Simulationen von vielen tausend Jahren möglich.

Zunächst nutzten die Forscher ihr neues Modell, um den heutigen Klimazustand (allerdings ohne die Eingriffe des Menschen) zu simulieren. Dies gelang mit guter Genauigkeit, ohne daß zu den in anderen Modellen erforderlichen Korrekturen bei der Kopplung von Atmosphäre und Ozean gegriffen werden mußte. Damit war der Weg frei für die Eiszeitsimulation: hier schrieben die Forscher die vor 21000 Jahren herrschende Sonneneinstrahlung vor, setzten die bekannten Eismassen auf die Kontinente und erniedrigten den Kohlendioxidgehalt der Luft auf den Eiszeitwert (der aus alten Luftblasen tief im Grönlandeis bekannt ist). Mit diesen Bedingungen ließen sie das Modell 5000 Jahre simulieren, bis sich ein neues Klimagleichgewicht eingestellt hatte. Dabei ergab die Simulation aus Potsdam, daß die bodennahe Atmosphäre im globalen, langjährigen Mittel auf dem Höhepunkt der Eiszeit um 6,2°C kälter war als im modernen Klima. Die Nordhalbkugel war dabei etwa 8,7°C, die Südhalbkugel nur um 3,6°C kälter als heute. Die Ergebnisse stimmen gut mit rekonstruierten Temperaturdaten überein, die man zum Beispiel aus Bohrkernen des Grönlandeises, aus der Verteilung von Pollen von Bäumen und Gräsern oder aus den Jahresringen von tropischen Korallen gewonnen hat.

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