Warum sich vor 59 Millionen Jahren das Klima änderte

Viele Meeresströmungen im tiefen Ozean haben einen wichtigen Einfluss auf das globale Klima. In welchem Ausmaß, zeigte sich zuletzt vor 59 Millionen Jahren, als es zum Austausch großer Mengen an Wasser zwischen dem nördlichen und südlichen Atlantik kam. Das fanden Forscher aus Deutschland und Großbritannien heraus, indem sie Sedimentproben vom Meeresboden aus beiden Regionen des Atlantiks miteinander verglichen. Auch Wissenschaftler des Instituts für Geowissenschaften am Campus Riedberg waren an der Studie beteiligt. Wie sie in der Fachzeitschrift Nature Communications mitteilen, kam es durch die verstärkte Zirkulation des Meereswassers und die gleichzeitige Zunahme des CO2-Gehalts in der Atmosphäre zu einem klimatischen Wendepunkt. Mit der gleichmäßigeren Wärmeverteilung über die Erde endete eine mehrere Millionen Jahre andauernde Kaltphase und es begann eine neue Warmzeit.

Das verrät das „Archiv“ am Meeresboden

So genannte „Neodym(Nd)-Isotope“ dienen als Tracer für Wassermassen. Sie gelangen aus Flüssen oder über Sedimente ins Meer oder werden als Bestandteile von Staub ins Wasser geweht. Wenn das Oberflächenwasser zum Meeresgrund sinkt, trägt es einen für seine Entstehungszeit charakteristischen Fingerabdruck des umgebenden Festlands in die Tiefe. Dort wird es von tiefen Meeresströmungen erfasst, mit anderen Wassermassen vermischt und nach und nach in das Sediment des Meeresbodens eingelagert. Die entstehenden Sedimentschichten haben sich als gute Archive für Meeresströmungen und das Klima vergangener Zeiten erwiesen.

Die Geschichte, die die Forscher aus der Analyse der Nd-Isotope in Bohrkernen aus Tiefseebohrungen rekonstruiert haben, beginnt in der späten Kreidezeit, als die Erde sich zwischen zwei Treibhaus-Phasen befand. Das Klima hatte sich für einige zehn Millionen Jahre abgekühlt, nachdem es vor etwa 90 Millionen Jahren in der Mitte der Kreidezeit seine heißeste Phase erreicht hatte. Aber trotz der langen Abkühlphase war der Meeresspiegel zum Ende der Kreidezeit vor 66 Millionen Jahren höher als heute. Der Atlantische Ozean war noch jung und deutlich kleiner, und das nord- und südatlantische Becken war flacher als heute. Die Ozeanpassage, die auf der Höhe des Äquators zwischen Südamerika und Afrika verlief, erlaubte während der späten Kreidezeit nur einen oberflächlichen Wasseraustausch. Aktive Unterwasser-Vulkane bildeten Berge und Plateaus auf dem Meeresboden, die eine freie Zirkulation der Tiefenströmungen behinderten. Im südlichen Atlantik bildete sich der Walfischrücken als steiler Rücken über einem vulkanischen Hotspot. Er befand sich teilweise sogar oberhalb des Meeresspiegels.

Als der Atlantische Ozean sich weiter öffnete, kühlte die Erdkruste am Meeresboden ab und die vulkanische Aktivität ließ nach. Die Becken wurden tiefer und größer, die untermeerischen Plateaus und Meeresrücken sanken zusammen mit der Erdkruste ab. An einem bestimmten Punkt konnte das Tiefenwasser aus dem südlichen Ozean den Walfischrücken in Richtung Norden überqueren und die tieferen Becken des Atlantiks füllen. „In unserer Studie haben wir erstmals herausgefunden, wann und wie diese Verbindung entstand“, sagt Sietske Batenburg, die Erstautorin der Studie. „Vor 59 Millionen Jahren wurde der Atlantische Ozean Teil jener Strömung, die vier der fünf Weltmeere miteinander in einem großen, weltumspannenden Kreislauf verbindet.“

Was kann man daraus für die Gegenwart lernen?

Die Studie hat gezeigt: Um die Rolle der Meeresströmungen in früheren Warmzeiten zu verstehen, ist es wichtig, zwischen geographischen Einflüssen und klimatischen Antrieben zu unterscheiden. Auch für die Gegenwart können wir etwas daraus lernen, denn das Treibhausklima der Kreidezeit und des frühen Eozäns könnten als Modelle für künftige Klimaveränderungen dienen.

Informationen: Goethe-Universität

Foto: CrazyCloud/ Fotolia