Klimageologie
Die Klimageologie untersucht wie das Klimasystem der Erde auf die unterschiedlichen Klimafaktoren in der Vergangenheit reagiert hat. Informationen dazu sind in den Archiven der Erde, wie Stalagmiten oder Fossilien in See- und Meeresablagerungen, enthalten.
Diese Archive erklären, wie das Klimasystem der Erde funktioniert und helfen, Voraussagen für das anthropogen veränderte Klima der Zukunft zu machen.
Wie schwierig ist es die Eisdecke von Grönland zu schmelzen?
Vor 125,000 Jahren ist die Eisdecke Grönlands auf die Hälfte der heutigen Ausdehnung zusammengeschmolzen und der Meeresspiegel um mindestens fünf Meter angestiegen. Wir versuchen herauszufinden, wie Veränderungen in Sonnenenergie, Treibhausgaskonzentrationen und Meeresströmungen dazu beigetragen haben.
Dabei helfen uns Stalagmiten, die in Höhlen im Nordwesten Spaniens während der letzten vielen hunderttausend Jahren wuchsen. Jedes Jahr lagern Stalagmiten eine neue dünne Mineralschicht an. Jede dieser datierbaren Schichten hat eine eigene Zusammensetzung an Isotopen und Elementen. Daraus können wir Ausdehnung der grossen Eisdecken, Temperatur und Niederschlagsmenge während der Ablagerung jeder Schicht ablesen. In Kombination mit der berechneten Sonnenenergie, welche sich aufgrund der Umlaufbahn der Erde um die Sonne verändert, erhalten wir Hinweise auf das damals herrschende Klima.
Wir können auch untersuchen, wie sich das Abschmelzen der Eisschilde auf die Meeresströmungen im Nordatlantik auswirkt, welche wiederum das Klima beeinflussen. Da die grönländische Eisdecke anfällig für anthropogene Klimaerwärmung sein könnte, würden diese Ergebnisse helfen, das zukünftige Klima und die Höhe des Meeresspiegels vorauszusagen.
Wie sensibel reagiert das Erdklima auf Veränderungen im atmosphärischen CO2?
Baumpollen in der Antarktis und Hinweise, dass die Temperatur des Ozeans um Neuseeland 26°C betragen hat, legen nahe, dass die Erde vor 50 Millionen Jahren viel wärmer war als heute. Dann, vor etwa 33 Millionen Jahren, begann die antarktische Eisdecke zu wachsen, vermutlich durch die Abnahme im atmosphärischen CO2-Gehalt. Um dies zu bestätigen, suchen wir nach verbesserten Möglichkeiten um den atmosphärischen CO2-Gehalt in der Vergangenheit zu bestimmen.
Fossile Meeresalgen, welche CO2 für die Photosynthese benötigten, widerspiegeln in ihrer chemischen Zusammensetzung die damals herrschenden CO2-Bedingungen der Atmosphäre. Mit Hilfe ihrer mikroskopisch kleinen Fossilien, welche wir aus Sedimentkernen gewonnen haben, ist es uns gelungen, einen bis dato unbekannten CO2-Rückgang zu entdecken, der für eine starke Abkühlung zwischen 10 und 6 Millionen Jahren verantwortlich war.
Auch Grösse und Form der Fossilien zeigen eine Anpassungen an die herrschende CO2-Konzentration. Mit hochauflösenden Mikroskopen und Digitalkameras vermessen wir die Grösse und Dicke der Kalkschalen, welche die Algen einst umhüllten. Mit Hilfe neuer Methoden versuchen wir die globalen Ozeantemperaturen für Zeitperioden mit hohen CO2-Konzentrationen zu rekonstruieren.
Um besser zu verstehen wie Meeresalgen CO2-Bedingungen aufzeichnen und sie sich an wechselnde CO2-Konzentrationen anpassen, züchten wir Meeresalgen in einer experimentellen Wachstumskammer unter verschiedenen CO2-, Licht- und Nährstoffbedingungen.
Wie heiss war es vor 50 Millionen Jahren auf dem Festland von Amerika?
Die Rekonstruktion der Temperaturen auf dem Festland in der Vergangenheit ist eines der grössten Probleme der Paläoklimaforschung. Archive der terrestrischen Sedimente sind selten zu finden und schwierig zu interpretieren. Wir arbeiten daran, ein neues «Paläothermometers» zu entwickeln, welches verlässlichere Temperaturrekonstruktionen ermöglicht.
Die Forschungsgruppe Klimageologie der ETH Zürich wird von Heather Stoll geleitet.