Bis vor 2,7 Mio. Jahren verlief das Erdklima vergleichsweise ruhig. Es gab Schwankungen, ja. Aber keine Achterbahnfahrt. Dann wuchsen auf der Nordhalbkugel große Eisschilde. Das Klimasystem kippte in einen neuen Modus.
Dies fällt zeitlich mit dem Auftreten der Gattung Homo, also den Vorfahren des modernen Menschen, zusammen. Ein Team um Professor David Hodell von der University of Cambridge beschreibt diesen Moment als Wendepunkt. Ihre Daten zeigen: Ab diesem Zeitpunkt wurde das Klima nicht nur kälter, sondern vor allem sprunghafter.
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Vom Dauerlauf zur Zickzacklinie
Vor dem Umbruch waren Warm- und Kaltphasen moderat ausgeprägt. Die bekannten Änderungen der Erdumlaufbahn – leicht veränderte Neigung, Taumeln der Erdachse, elliptische Bahn – wirkten wie ein Taktgeber. Das System reagierte, aber es blieb kontrolliert.
Dann, vor etwa 2,7 Millionen Jahren, verschob sich das Gleichgewicht. Eisschilde breiteten sich in Nordamerika und Eurasien aus. Und mit ihnen begann die Ära der ausgeprägten Eiszeiten. Diese neuen Eiszeiten waren instabil. Innerhalb von nur rund tausend Jahren kam es zu deutlichen Temperaturwechseln. Das ist geologisch betrachtet extrem schnell.
David Hodell erläutert: „Diese Ereignisse könnten Vorboten dessen gewesen sein, was noch kommen sollte, denn vor 2,5 Millionen Jahren sehen wir ein deutliches Muster mehrerer schneller Schwankungen im Klima der Erde im Zeitmaßstab von Tausenden von Jahren. Von da an war die Variabilität ein beständiges Merkmal des Gletscherklimas, was mit dem übereinstimmt, was wir in den Eiskernen Grönlands während der letzten Eiszeit sehen.“
Die Tiefsee als Langzeitgedächtnis
Die Forschenden stützten sich auf Sedimentkerne aus dem Atlantik vor Portugal. Diese wurden im Rahmen des International Ocean Discovery Program geborgen. In diesem Gebiet lagern sich Ablagerungen ungewöhnlich schnell und lückenlos ab. So entsteht ein Klimaarchiv mit hoher Auflösung. Im Gegensatz zu Eisbohrkernen aus Grönland oder der Antarktis reichen diese Sedimente Millionen Jahre weiter zurück. Insgesamt decken sie rund 5,3 Millionen Jahre Erdgeschichte ab.
Im Labor analysierte das Team das Verhältnis bestimmter Elemente wie Kalzium, Titan, Zirkonium und Strontium. Diese chemischen Signaturen verraten, wie viel Material vom Kontinent ins Meer gespült wurde. Dies hängt eng mit Vereisung, Erosion und Ozeanzirkulation zusammen.
„Ich war überrascht von der hervorragenden Qualität und Auflösung der Sedimentkerne und den darin aufgezeichneten detaillierten Klimasignalen“, sagte Hodell.
Wenn Eisberge das Klima steuern
Zeitgleich mit den starken Temperatursprüngen tauchten im Nordatlantik vermehrt sogenannte eisgetragene Trümmer auf. Das sind Gesteinsstücke, die Eisberge vom Kontinent ins Meer transportieren.
Solche Spuren entstehen nur, wenn Eisschilde so weit wachsen, dass sie bis ans Meer reichen und Eisberge kalben. Beim Abschmelzen setzen diese Gestein frei, das sich am Meeresboden ablagert.
Das ist mehr als ein geologisches Detail. Große Eisschilde verändern die Ozeanzirkulation. Viel Schmelzwasser im Nordatlantik kann die großräumigen Meeresströmungen stören. Und diese Strömungen regulieren das globale Klima.
Die Daten zeigen: Schnelle Klimaschwankungen traten nur dann auf, wenn die Vereisung eine bestimmte Schwelle überschritt. Das Team spricht von einem „Sweet Spot“. In diesem Zustand waren Eisschilde groß genug, Ozeane kalt genug und Strömungen empfindlich genug, um instabil zu reagieren.
„Dies ist die Zeit, in der der Glazial-Interglazial-Zyklus wirklich in Gang kam“, sagte Hodell. „Die Eiszeiten waren nicht nur kalt, sondern auch sehr schwankungsanfällig mit großen Temperaturschwankungen über relativ kurze Zeiträume.“
Zeitgleich mit dem Auftreten von Homo
Der klimatische Umbruch fällt in eine Phase, in der in Afrika die Gattung Homo entstand. Das geschah vor rund 2,5 bis 2,8 Millionen Jahren. Ein direkter Zusammenhang lässt sich nicht beweisen. Doch viele Forschende vermuten, dass rasche Umweltwechsel Anpassungsdruck erzeugten.
Wenn sich Vegetation, Wasserverfügbarkeit und Lebensräume immer wieder ändern, begünstigt das Flexibilität. Mobilität, Werkzeuggebrauch und soziale Kooperation könnten in solchen Umgebungen Vorteile geboten haben. „Diese Periode der Gletscherintensivierung ist der jüngste der großen Klimawendepunkte der letzten 66 Millionen Jahre“, sagte Hodell.
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