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Das Rätsel um die Ausbreitung der Wälder nach dem Höhepunkt der letzten Eiszeit

Wie schnell sich das Makro-Ökosystem Wald der nördlichen Hemisphäre in einem sich stark erwärmenden Klima, wie es z. B. für die nahe Zukunft prognostiziert wird, verändert, ist weitgehend unbekannt. In einer kürzlich in Nature Communication veröffentlichten Studie haben Anne Dallmeyer, Thomas Kleinen, Martin Claußen (Max-Planck-Institut für Meteorologie und CEN, Uni. Hamburg), Nils Weitzel (jetzt Uni.Tübingen), Xianyong Cao (jetzt Chinese Academy of Sciences) und Ulrike Herzschuh (AWI und Uni. Potsdam) die Ausbreitung von Wäldern auf der nördlichen Hemisphäre nach dem Höhepunkt der letzten Eiszeit untersucht. Hierfür haben sie eine neue Synthese von Pollen-basierten Rekonstruktionen und eine Klimamodell-Simulation der letzten 22.000 Jahre verglichen. Dabei entdeckten sie einen Unterschied von mehreren tausend Jahren in der Ausbreitung der Wälder. Das stellt die Forschenden vor ein Rätsel. Unzulänglichkeiten im Modell und in den Rekonstruktionen könnten beide zu dieser Diskrepanz beitragen, können aber technisch bisher nicht enträtselt werden, so dass die zugrunde liegenden Ursachen noch ungelöst bleiben.

Veränderung der Waldbedeckung auf der Nordhemisphäre. Simulierte (schwarz) und rekonstruierte (rot) mittlere Waldbedeckung auf der Nordhalbkugel, nördlich von 30oN, für die letzten 22.000 Jahre und die jeweilige Unsicherheit in der Waldbedeckung (graue und rote Schattierung). Die Hochphase der letzten Eiszeit (22-18 ka) und das Holozän sind schattiert gekennzeichnet.

 

Diese Studie entstand im Rahmen des vom BMBF geförderten Projektes PalMod (www.palmod.de) und des Exzellenzcluster CLICCS (www.cliccs.uni-hamburg.de).

Original Artikel:
Dallmeyer, A., Kleinen, T., Claussen, M., Weitzel, N., Cao, X. & Herzschuh, U. (2022). The deglacial forest conundrum. Nature Communications, 13: 6035. doi:10.1038/s41467-022-33646-6

Quelle: Max Planck Institut für Meteorologie

 

 

 

Was bestimmt die langzeitliche Klimavariabilität in Simulationen des Übergangs von der letzten Eis- in die heutige Warmzeit?

Der Übergang von der letzten Eiszeit (ca. 21.000 Jahre vor heute) in die heutige Warmzeit ging mit einer signifikanten Erwärmung, dem Abschmelzen großer Landeismassen und einer Reihe von abrupten Klimaänderungen einher. Anhand eines ersten systematischen Ensembles von Hindcast-Simulationen mit dem Erdsystemmodell des Max-Planck-Instituts für Meteorologie (MPI-ESM) haben Marie Kapsch, Uwe Mikolajewicz, Clemens Schannwell (Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Meteorologie) und Florian Ziemen (jetzt am Deutschen Klimarechenzentrum) gezeigt, dass das MPI-ESM in der Lage ist, sowohl die Erwärmung als auch die abrupten Klimaänderungen des Übergangs von der letzten Eis- in die heutige Warmzeit zu simulieren. Allerdings hängt die genaue Abfolge der abrupten Klimaänderungen wesentlich von der Konfiguration der Eisschilde ab, die in den Modellläufen vorgeschrieben wird, sowie von der Methode zur Verteilung des Schmelzwassers, das durch abschmelzende Landeismassen entsteht. 

Abbildung: Zeitlicher Verlauf von MPI-ESM-Simulationen mit unterschiedlichen Eisschildrandbedingungen und Methoden der Schmelzwasserverteilung. (a) Schmelzwassereintrag in den Ozean, (b) Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) in 1.000 m Tiefe und 26°N geographischer Breite, (c) Nordatlantische Meeresoberflächentemperatur für Simulationen mit GLAC-1D (schwarz) und ICE-6G (rot) Eisschildrekonstruktionen sowie für Simulationen mit ICE-6G Eisschilden, aber einer global homogenen Verteilung von Schmelzwasser (blau) und ohne die Berücksichtigung von Schmelzwasser (grün). Graue Schattierungen markieren die ungefähren Zeitpunkte der Bølling-Allerød-Warmzeit (links) und der Jüngeren Dryas-Kaltzeit (rechts) gemäß Proxy-Daten (Abbildung modifiziert aus Kapsch et al., 2022).

 

Originalveröffentlichung:

Kapsch, M.-L., Mikolajewicz, U., Ziemen, F., und Schannwell, C. (2022) Ocean response in transient simulations of the last deglaciation dominated by underlying ice-sheet reconstruction and method of meltwater distribution. Geophysical Research Letters, 49. https://doi.org/10.1029/2021GL096767

Quelle: Max Planck Institut für Meteorologie

 

 

Zusammenhang zwischen abrupten Ozeanzirkulationsänderungen und dem Ende der Eiszeit

Die großen Eisschilde über Nordamerika und Skandinavien zerfielen vor etwa 10.000-20.000 Jahren. Die Ursachen für den Übergang zwischen eiszeitlichen und warmen Bedingungen werden in langsamen Veränderungen der Umlaufbahn der Erde und ihrer Ausrichtung zur Sonne gesehen, die sich in tausenden von Jahren vollziehen. Die damit einhergehenden klimatischen Veränderungen werden durch abrupte Veränderungen der globalen Ozeanzirkulation begleitet, die vergleichsweise schnell -das heisst in Jahrzehnten bis Jahrhunderten- ablaufen. Es wird angenommen, dass diese abrupten Veränderungen den allmählicheren externen Einfluss verstärken, indem sie den Austausch von Wärme und Kohlendioxid zwischen dem Ozean und der Atmosphäre verändern. Es war bisher ein Rätsel, warum diese Verbindung zwischen allmählichen Orbitalveränderungen und abrupten Änderungen der Ozeanzirkulation nicht schon vorher zu einem Zerfall der Eisschilde geführt haben. Anders gesagt: Warum hat der Zerfall gerade in der Zeit ab 20.000 Jahren stattgefunden, nicht aber zu anderen Zeitpunkten, welche ganz ähnliche Voraussetzungen erfüllten? Was ist das Besondere an einer Änderung der Ozeanzirkulation, die dann zum Ende einer Eiszeit führt - im Gegensatz zu früheren Zirkulationsänderungen, welche die Eiszeit aber nicht beenden?

Eine neue Studie unter der Leitung von Gregor Knorr vom Alfred Wegener Institut und einem internationalen Team bietet hierfür eine Erklärung an. Mit Hilfe von Klimasimulationen können die Autoren zeigen, dass der Grundzustand, insbesondere die Schichtung im Ozean zum Höhepunkt der Eiszeit ganz anders war als heute. Dadurch konnten darauffolgende Änderungen der Meeresströmungen am Ende der letzten Eiszeit zu einer stärkeren Erwärmungsrate in der Antarktis führten. Die Autoren argumentieren, dass dies zu einer verstärkten globalen Erwärmung und einem Anstieg von Treibhausgasen führte, und damit den Zerfall der Eisschilde beschleunigte. „Verschiebungen in der Ozeanzirkulation am Ende der letzten Eiszeit stellen insofern etwas Besonderes dar, weil sie tiefere Wassermassen anzapfen, die im Durchschnitt weniger kalt (im Vergleich zu mittleren Tiefen) und salziger als zu jedem anderen Zeitpunkt während eines Eiszeitzyklus sind“ betont Gregor Knorr, der Hauptautor der Studie.

Stephen Barker, Co-Autor von der Schule für Erd- und Umweltwissenschaften an der Universität Cardiff, UK kommentiert: "Dies liefert eine Erklärung dafür, warum es z.B. vor etwa 40.000 Jahren trotz ähnlicher Bedingungen nicht zu einem Ende der Eiszeit kam.“ Die Entschlüsselung der kritischen Ozeanprozesse in einer sich erwärmenden Erde ist für das Auffinden von Kippunkten im Klimasystem ganz entscheidend, ergänzt Gerrit Lohmann, Mitautor der Studie.

Abbildung: Differenz zwischen glazialen und interglazialen Temperatur-Anomalien die als Reaktion auf eine Abschwächung der atlantischen Umwälzzirkulation im Ozean auftreten. Gezeigt werden hier Bedingungen zwischen den Modelljahren 100 und 200 als Mittel über 100 Jahre, zonal gemittelt über den atlantischen Sektor (angepasste Version der Abbildung 5 des Artikels von Knorr et al., 2021). 

Original Publikation: Knorr, G., Barker, S., Zhang, X., Lohmann, G., Gong, G., Gierz, P., Stepanek, C., L. B. Stap: A salty deep ocean as a prerequisite for glacial termination. Nature Geoscience 14, 930–936 (2021). https://doi.org/10.1038/s41561-021-00857-3