Ich fürchte, ich lebe im Hinblick auf die Klimawissenschaft ein wenig
hinter dem Mond, denn: Ich habe bis neulich noch nie etwas von
Dansgaard-Oeschger-Ereignissen (jedenfalls unter diesem Namen)
gehört, und das, obwohl die sowohl extrem gruselig sind als auch
ziemlich alte Hüte – die das Konzept einführenden Arbeiten sind um 1990
herum erschienen. Auch der Popstar der deutschen Klimawissenschaft,
Stefan Rahmstorf, hat schon darüber geschrieben.
Ich hingegen habe erst vor drei Wochen beschlossen, dass ich mir besser
mal die Namen „Dansgaard“ und „Oeschger“ merke, bevor deren Unkenntnis
eine peinliche Bildungslücke wird („Corona? Wie der Draht im
Laserdrucker?“). Da nämlich hörte ich den Beitrag Was Tropfsteinhöhlen
über das weltweite Klima verraten in der DLF-Forschung aktuell-Sendung
vom 30.8.
Warum soll mensch sich die Namen merken? Nun, im Rahmen des
Klimawandels mag es durchaus sein, dass wir ein „inverses”
Dansgaard-Oeschger Ereignis bekommen, über das gegen Ende des
DLF-Beitrags der PIK-Klimaforscher Nils Boers sagt:
Also ich bin da noch nicht überzeugt, dass es wahrscheinlich in diesem
Jahrhundert passieren würde, ich bin da eher mit dem letzten
IPCC-Bericht, der sagt, dass es in diesem Jahrhundert unwahrscheinlich
ist.
Wenn es denn passiert, dann hätte man, wie auch bei den
Dansgaard-Oeschger-Ereignissen, massive Veränderungen der
Monsun-Systeme, nur in die andere Richtung. Die intertropische
Konvergenzzone würde sich nach Süden verschieben, was im Amazonas und
im subtropischen Südamerika zu sehr komplexen Veränderungen der
Niederschlagmuster führen würde, wo unklar ist, ob das den Amazonas
eher positiv oder eher negativ beeinflussen würde.
In Afrika ist es eine relativ einfache, vergleichsweise relativ
einfache Situation, da würde sich einfach der westafrikanische Monsun
so weit nach Süden verschieben, dass die Regionen, die aktuell an
diesen Monsun angepasst sind, also auch vor allem die Gesellschaften,
die Ökosysteme, dass die wirklich vor massive Probleme gestellt
würden. Sehr ähnlich sähe es in Indien aus, ebenfalls massive
Niederschlags-Reduktionen und möglicherweise ein Abbrechen des
indischen Sommermonsuns, was dann auf einen Schlag über eine Milliarde
Menschen sehr negativ beeinflussen würde, und ähnlich würde es auch
in Südostasien aussehen.
In Europa hätte man Abkühlung von, sagen wir mal, zwei bis zehn Grad,
je nachdem, wie weit man nach Norden geht, aber in den mittleren
Breiten, bei uns, wären die Temperaturunterschiede und auch die
Niederschlagsunterschiede eher moderat. Die wirklich schlimmen Folgen
wären in den Tropen.
Dansgaard-Oeschger und ihre Vorgeschichte
Um zusammenzufassen, was im Beitrag vor dieser Aussage kommt: die
Dansgaard-Oeschger-Ereignisse sind Episoden einer sehr raschen (also:
während vielleicht so eines Jahrzehnts) Erwärmung während der letzten
Eiszeit (für ältere Eiszeiten gibt es, glaube ich, noch keine Daten in
entsprechend hoher Auflösung). Die Amplitude dieser Änderung kann in
Gegend von Grönland 10 K betragen, global ergeben sich allerlei wilde
Wetterkapriolen. So in etwa: El Niño auf Steroiden und im hohen
Norden.
Warum das Klima dann und wann aus eiszeitlichen Verhältnissen
in welche aufgetaucht ist, die mehr unseren heutigen ähneln, will
offenbar niemand so ganz sicher versprechen, aber mein
Außenseiter-Eindruck ist, dass doch alle glauben, der Zustand
außerhalb der Dansgaard-Oeschger-Ereignisse sei der, wenn „der
Golfstrom aus ist”. Im DLF-Beitrag wird das diskutiert als
Unterbrechung der Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) –
auf Deutsch der thermohalinen Zirkulation im Atlantik.
Boers' Katastrophenszenario ist also der Zustand, wenn wir umgekehrt mal
kurz in den Eiszeit-Grundzustand fallen. Spätestens seit dem Roland
Emmerich-Reißer The Day After Tomorrow ist das eine relativ populäre
Geschichte, doch den offiziellen Namen dafür habe ich auch erst neulich
gelernt: Heinrich-Ereignis.
In aller Kürze fließt dabei wegen steigender Temperaturen zu viel
Süßwasser von Grönland in den Nordatlantik. Dann wird das ehemals
warme, normalerweise salzreiche und damit dichtere Wasser aus niedrigen
Breiten nicht mehr absinken, weil es zu sehr verdünnt und damit
gegenüber dem Tiefenwasser nicht mehr dichter ist. Damit wird es auch
nicht mehr untermeerisch zurück nach Süden fließen, und damit kann oben
kein warmes Wasser mehr aus dem Süden nachkommen. Wie gesagt:
„Golfstrom aus“.
Wer sich mit der Gaia-Hypothese anfreunden kann, könnte sagen: Die Erde
zieht die Notbremse gegen ein Abschmelzen der Eiskappen rund um den
Nordpol.
Reden wir lieber über Sauerstoff-Isotope
Gegenüber diesen fast schon hollywoodesken Katastrophenszenarien ist das
Paper, um das es im Interview eigentlich ging, nachgerade entspannend.
Es handelt sich um „Global reorganization of atmospheric circulation
during Dansgaard–Oeschger cycles“ von Jens Fohlmeister und KollegInnen
aus dem Umfeld des Potsdamer Instituts für Klimafolgenforschung. Der DOI
des Artikels, 10.1073/pnas.2302283120, führt (noch) auf eine Paywall.
Wer dank Uni-Angehörigkeit da durch kommt, wird mit einem grässlichen
Javascript-PDF-Renderer vom Verlag bestraft (was denken sich die Leute
eigentlich? Dass ich mir bei der Wahl meines PDF-Renderers nichts
gedacht habe?) Aber freut euch: Das Paper liegt unter (immerhin)
CC-BY-NC-ND, so dass ich es hier ganz legal vernünftig
verbreiten kann.
Ich habe zunächst schon deshalb einen Haufen Wohlwollen für die Arbeit,
weil sie sich zentral auf Archivdaten stützt. Da ich glaube, dass viel
zu viele mit großem Aufwand erhobene Daten von viel zu wenig Hirnen
überdacht werden, halte ich das für vorbildlich.
Außerdem kann ich sehr lange über der Abbildung 1 grübeln, in der
allerlei Signale in Klimaarchiven korreliert werden mit bekannten
Dansgaard-Oeschger-Ereignissen (ihr merkt schon, ich versuche mich hier
an Mnemotechnik durch häufiges Ausschreiben). Nicht zuletzt bin ich
überrascht, wie viel der Eiszeit in diesen Warm-Einschüben (in Grau)
verging. Was sich die damals schon allenthalben herumspringenden
diversen Homo-Spezies wohl bei diesen Kapriolen gedacht haben?
Grübeln kann ich, weil die Korrelation der meisten Signale per nacktem
Auge nicht überzeugt: Kann sein, dass da im grauen Bereich was anderes
passiert als im weißen, kann aber auch nicht sein. Zugegeben:
ordentliche Tests dürften fast immer eine robuste Korrelation ergeben.
Für einen spezifischen Satz von Signalen versucht das das
Fohlmeister-Paper, und zwar für Veränderungen im Isotopen-Verhältnis von
18O zu 16O, kurz δ18O genannt.
Isotopentrennung: Warum, wann und, na ja, nochmal warum?
Die mikroskopische Theorie dahinter ist einfach und plausibel: Ein
Wasserteilchen mit dem schweren Sauerstoff ist, wenn es die gleiche
Energie hat wie eines mit dem normalen 16er-Sauerstoff („im thermischen
Gleichgewicht“, was in der Regel eine ausgezeichnete Annahme ist), etwa
5% langsamer als das normale. Das kommt von der kinetischen Energie
E = mv2 ⁄ 2; wenn ihr das nach v auflöst und die Energien
gleichsetzt, ist das Verhältnis der Geschwindigkeiten gleich der Wurzel
des Verhältnisses der Massen, das hier 0.9 ist.
Wenn das schwere H₂18O langsamer unterwegs ist, kommt es
plausiblerweise weniger leicht aus einem Wassertropfen raus. Es wird
daher im zurückbleibenden Wasser angereichert und im Dampf abgereichert
sein; je mehr aus einem Wasserkörper verdunstet (also vielleicht: je
wärmer es ist), desto höher ist das 18O darin angereichert.
Zusätzlich ist das 18O, das in den Dampf kommt, ja immer noch
langsamer und wird daher eher in beginnenden Tröpfchen steckenbleiben
und dann irgendwann runterregnen, so dass das in der Atmosphäre
verbleibende Wasser nochmal an schwerem Sauerstoff abgereichert sein
wird.
Fohlmeister et al hoffen zunächst auf den ersten Effekt: Je höher
die Temperatur in einer Tropfsteinhöhle, desto höher ist die
Verdunstungsungsrate, desto größer die Anreicherung, desto positiver das
δ18O-Signal:
Speleothem [d.h. aus Tropfsteinen] δ18O is enriched compared to
δ18O in cave drip water by temperature-dependent fractionation
processes during carbonate deposition on speleothem surfaces.
Wenn das der einzige Dreher am δ18O wäre, wäre das ein ideales
Klimasignal, denn – und ich finde das auch immer wieder verblüffend –
schon fünf Meter unter der Erde ist vom Jahreszeitengang der Temperatur
nichts mehr zu sehen, und vom Wetter schon gar nichts. Leider jedoch
ist die Welt nicht so, was Fohlmeister et al durch ihre Qualifikation
„compared to δ18O in cave drip water“ reflektieren: Das Wasser kommt ja
woher, und die Isotopenzusammensetzung von Regenwasser kann ziemlich
schwanken. Der Wikipedia-Artikel mit dem hübschen Titel δ18O sagt
nur qualitativ:
Folglich enthält das Oberflächenwasser der Ozeane in den Subtropen
größere Mengen an 18O, denn dort ist die Verdunstungsrate erhöht.
Geringere Mengen an 18O gibt es im Ozeanwasser mittlerer Breitengrade,
wo es mehr regnet.
Trotz dieser Vagheit stecken hinter all dem echte Präzisionsmessungen: Bei
der englischen Wikipedia findet sich das hier als typische
Größenordnungen des 18O-Gehalts:
| Grönländisches Eiswasser |
0.1981% |
| Luft |
0.204% |
| Meerwasser |
0.1995% |
(wobei ich nicht weiß, ob „Luft“ nur den Wasseranteil der Luft meint; da
ist ja glücklicherweise durchaus auch kräftig molekularer Sauerstoff
drin). Um nun zu δ18O-Zahlen zu kommen, müssen winzige Signale dieser
Art noch voneinander abgezogen werden – es ist beeindruckend, dass bei
diesem numerischen Alptraum irgendwas Konsistentes rauskommt.
Ich glaube, die Arbeit versucht sich mit folgender Passage aus dem
Problem wahrscheinlich mit dem Klima schwankenden δ18O im Regenwasser
rauszuwinden:
[E]specially as we investigate climate-driven changes in δ18O of two
climate states, climate-independent cave site-specific offsets will
cancel. Hence, drip water δ18O variations as derived …