Das Eozän als Modell für die zu erwartende Klimaerwärmung

Eozän-Fossilie aus der Messelgrube. Bild: Werner Bayer/CC BY-SA-2.0

Wissenschaftler haben mit einem verbesserten Klimamodell den schnellen Temperaturanstieg im Eozän simulieren können. Mit steigender CO2-Konzentration beschleunigt sich danach der Temperaturanstieg: schlechte Aussichten

Amerikanische Wissenschaftler haben versucht, erstmals das Klima in einer Warmzeit vor mehr als 50 Millionen Jahren mit einem verbesserten Klimamodell zu simulieren. Im frühen Eozän (vor 56-48 Millionen Jahren) lag die CO2-Konzentration in der Atmosphäre mit über 1000 ppm mehr als doppelt so hoch, wie sie jetzt mit 415 ppm ist - so hoch wie noch nie in der Menschheitsgeschichte. Seit Beginn der Industrialisierung lag sie bei ungefähr 280 ppm. Wenn der CO2-Ausstoß ungemindert weitergeht, wird von Klimawissenschaftlern ein Anstieg auf 1000 ppm bis 2100 erwartet. Daher könnte das Eozän ein gutes Modell dafür liefern, was die Menschheit erwarten würde, wenn nicht entschieden die CO2-Emissionen reduziert werden.

Das Eozän begann vor etwa 60 Millionen Jahren mit einem schnellen und großen Temperaturanstieg, dem Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum (PETM) vor 56 Millionen Jahren. Der Temperaturanstieg ist seit dem Industriezeitalter sehr schnell vor sich gegangen und legte seit Mitte des 20. Jahrhunderts zu, als die globale Durchschnittstemperatur um etwa 1 Grad Celsius bis heute gestiegen ist. Erwartet wurde nach dem vorerst letzten 5. Sachstandsbericht des IPCC im Jahr 2013 - der nächste wird 2021 veröffentlicht -, dass die Temperatur je nach Szenario bei einer Verdopplung der CO2-Konzentration bis 2100 um 1,5 bis 4,5 Grad Celsius ansteigen wird. Berechnungen für den nächsten IPCC-Sachstandsbericht gehen davon aus, dass dies noch zu optimistisch gewesen sein könnte und man mit einem Anstieg von 2,8 bis 5.8 Grad rechnen müsse.

Wolkenbildung beschleunigt mit wachsenden CO2-Emissionen die Erwärmung

Vor kurzem veröffentlichte Ergebnisse von Simulationen von Wissenschaftler des Klimazentrums Pierre Simon Laplace in Paris gehen von einer erhöhten Gleichgewichtsklimasensitivität beim Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre aus, was die Erwärmung beschleunigen würde. Die Wahrscheinlichkeit steigt, dass die Temperatur um bis zu 7 Grad steigen könnte. Nur in einem der Klimamodelle würde man hier unter 2 Grad bleiben

Beim PETM ging es etwas gemütlicher zu. Innerhalb von 4.000 Jahren war, so nimmt man an, die Temperatur von 18 Grad um 6 Grad auf 24 Grad angestiegen. Die CO2-Konzentration stieg auf bis zu 1600 ppm an, so die Wissenschaftler der aktuellen Studie, die in Science Advances erschienen ist. Sie gehen hingegen von einem Temperaturanstieg zwischen 5 und 9 Grad bei einem Anstieg der CO2-Konzentration zwischen 70 und 100 Prozent aus. Die Gleichgewichtsklimasensitivität würde dann bei über 6 Grad liegen. Das würde dem nahekommen, was die letzten Simulationen für den nächsten IPCC-Bericht möglich erscheinen lassen.

Bislang hatten Klimamodelle den plötzlichen Temperaturanstieg des frühen Eozän nicht berechnen können, weil sie nur die CO2-Konzentration einbezogen. Daher wurde der Temperaturanstieg unterschätzt und es kam zum Konflikt mit den geologischen Daten, die eine höhere Temperatur als die berechneten zeigten. Im neuen Modell (Community Earth System Model Version 1.2 - CESM1.2) konnte man den Temperaturanstieg und den niedrigen Temperaturgradienten zwischen dem Äquator und den Polen nachvollziehen. Nach den Wissenschaftlern liegt dies daran, dass die Wolkenbildung besser einbezogen wurde. Im frühen Eozän hat sich die Wolkenbildung und die Wolkendichte nach dem Modell verringert, was die Temperatur ansteigen ließ.

Düstere Aussichten

Die wichtige Erkenntnis nach dem Klimamodell ist, dass die Erwärmung mit der CO2-Konzentration in der Atmosphäre schnell wächst, also sich beschleunigt. Der Planet wird zunehmend sensitiver gegenüber ansteigenden CO2-Emissionen. "Wir waren überrascht, dass die Klimasensitivität so stark mit der zunehmenden CO2-Konzentration anstieg", sagt Jiang Zhu, einer der Autoren der Studie. Das zeige, dass Klimasensitivität bei der jetzigen Erwärmung in Zukunft stärker als jetzt sein kann: "Das sind keine guten Nachrichten für uns."

Auch jetzt seien dieselben Wolkenformationsprozesse wie in den Eozän-Simulationen vorhanden. Daher sei zu erwarten, dass mit der künftigen Erwärmung auch die Klimasensitivität steigen wird, wenn auch nicht so stark wie im Eozän. Aber nach dem Modell müsste man wahrscheinlich mit einem höheren Anstieg der Temperaturen als bislang rechnen. Ohne weiteres lassen sich Eozän und Gegenwart auch nicht vergleichen. Die Globaltemperatur lag im Eozän vor dem Anstieg um mindestens 14 Grad höher, während der Unterschied zwischen der Temperatur am Äquator und den Polen geringer war. Die Ökosysteme unterscheiden sich erheblich, aber auch der Anstieg der CO2-Konzentration, der jetzt viel schneller erfolgt. (Florian Rötzer)