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Forschungsteam wendet erstmals Temperaturproxies auf außergewöhnlich reine fossile Phytoplanktonproben an / Ergebnisse deuten auf kühlere Bedingungen im Nordatlantik seit dem Miozän hin als bisher angenommen
Verlässliche Vorhersagen, wie sich das Klima auf der Erde bei steigenden Kohlenstoffdioxid-Werten in der Atmosphäre entwickeln wird, basieren auf Klimamodellen. Solche Modelle basieren wiederum auf Daten aus vergangenen Erdzeitaltern, in denen sich der CO2-Gehalt in der Erdatmosphäre ähnlich wie in der heutigen Zeit verändert hat. Die Daten stammen aus messbaren Indikatoren (Proxies), deren Interpretation zur Rekonstruktion des Klimas der Vergangenheit verwendet wird. Ein Forscherteam hat nun in Nature Communications eine neue Temperaturaufzeichnung für den Nordatlantik aus den vergangenen 16 Millionen Jahren veröffentlicht. Angewendet wurde die Methode der Clumped-Isotope-Geochemie (Isotopengruppierung) an außergewöhnlich reinen Überresten fossiler Kalkalgen (Coccolithen). Ihre Ergebnisse zeigen, dass der Nordatlantik deutlich kälter war als bisher aufgrund früherer Rekonstruktionen angenommen, was die Ergebnisse von Klimamodellsimulationen stützt und das Paradigma der extremen Wärme im Miozän in hohen Breitengraden in Frage stellt.
Für ihre Studie haben sich Erstautorin Dr. Luz María Mejía vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen und ihre Kolleg:innen auf das Miozän konzentriert. Das, sagt Dr. Mejía, ähnelte mit den Kohlenstoffwerten am ehesten dem Szenario, auf das wir aktuell laut IPCC-Bericht zusteuern, mit CO2-Werten von 400 bis 600 ppm (parts per million). „Das Verständnis des Klimas im Miozän könnte uns helfen, die künftigen Klimareaktionen auf die realistischen anthropogenen Kohlenstoff-Emissionen besser vorherzusagen.“
Als Indikator für ihre Studie hat das Team die „Gruppierung“ schwerer Sauerstoff- und Kohlenstoffisotope (Isotopengruppierung) in fossilen Coccolithen untersucht. Dabei handelt es sich um Kalzitplatten, die von marinem Plankton produziert werden und als eine Art Exoskelett wirken. Die Organismen, Coccolithophoren genannt, betreiben Photosynthese, sie bewohnen die lichtdurchflutete oberste Schicht des Ozeans. In den Kalzitplatten speichern sie eine isotopische Signatur, die von der Wassertemperatur zu ihren Lebzeiten abhängt. Durch die Isotopengruppierung lässt sie sich unabhängig von der Chemie des sie umgebenden Meerwassers rekonstruieren. Wenn die Organismen sterben, sinken die Platten zum Ozeanboden und werden hier archiviert.
Durch wissenschaftliche Bohrungen in den Ozeanboden werden Bohrkerne gezogen, aus denen dann Proben entnommen werden. Wie Jahresringe an Bäumen gibt es Hinweise, um die einzelnen Schichten zu datieren und einem Erdzeitalter zuzuordnen. Abhängig von der Temperatur bilden die seltenen Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopen Bindungen in den Kalzitplättchen: höhere Gruppierung bei niedrigeren Temperaturen, weniger Gruppierung bei hohen Temperaturen. Auf diese Weise können Forschende die Wassertemperaturen zur Lebzeit der Coccolithophoriden ermitteln, indem sie den Grad der Isotopengruppierung messen.
Doch bevor Luz María Mejía überhaupt die fossilen Coccolithen untersuchen konnte, musste sie eine Methode entwickeln, große Mengen aus Proben zu extrahieren – und zwar ohne sie mit anderen Organismen oder abiotischem Kalzit zu mischen. Dafür hat das Team eine halbautomatische Filtermaschine an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich entwickelt.
Die Ergebnisse haben das Team überrascht: „Der vielleicht am weitesten verbreitete und akzeptierte Temperaturindikator, insbesondere für das Miozän, ist der Alkenon-Ungesättigtheitsindex, der auf organischen fossilen Molekülen basiert, die ebenfalls von Coccolithophoriden produziert werden. Schätzungen der Meeresoberflächentemperatur unter Verwendung von Alkenonen haben zu dem unter Proxy- und Klimamodell-Expert:innen weithin akzeptierten Paradigma beigetragen, dass während vergangener Warmzeiten wie dem Miozän die hohen Breitengrade extrem warm waren und der meridionale Temperaturgradient stark reduziert war“, erklärt Mejía.
Das bedeutet: Je mehr CO2 in der Atmosphäre ist, desto wärmer sind die Ozeane, und desto mehr gleichen sich die Wassertemperaturen an den Polen und in den Tropen einander an. „Dieses Paradigma erschien mir immer seltsam, denn in der Karibik, wo ich Meeresbiologie studiert habe, konnte ich mit eigenen Augen sehen, wie die meisten Lebensformen während der warmen Jahreszeit schrecklich leiden. Wie ist es möglich, dass Leben im Allgemeinen bei höheren Temperaturen, auch in nicht-tropischen Gebieten, über Millionen von Jahren hinweg überleben und gedeihen kann?“, fragte sie sich.
Die Antwort könnte in der neuen Analyse mit neuer Technik liegen: Laut der neuen Daten deuten die Isotopengruppierung der Coccolithen auf einen um 9 Grad Celsius kühleren Nordatlantik hin. Dies, betont das Autor:innnenteam in der Studie, stelle das Paradigma der extremen Wärme in hohen Breitengraden in Frage. Und: Die Daten stimmten jetzt auch mit Klimamodellen für das Miozän überein. Die neue Studie zeige, dass Temperaturen in hohen Breitengraden im Miozän möglicherweise nicht so extrem warm waren und daher auch in Zukunft nicht so extrem warm sein werden wie bisher angenommen. Die Studie unterstreiche aber auch, schlussfolgert das Team, dass das Nutzen von Indikatoren, die für Klimarekonstruktionen benutzt werden, kontinuierlich überdacht werden müssten. Nur dann könnten Trends ebenso wie absolute Temperaturwerte berücksichtigt werden.
Klar ist Luz María Mejía aber auch, dass die vorliegende Studie nur ein Anfang sein kann. „Wir müssen mehr testen“, sagt sie. Ein nächster Schritt, der auch für die Forschung im Exzellenzcluster „Ozeanboden“ relevant ist, ist die Untersuchung von fossilen Coccolithen aus anderen Regionen und Breitengraden der Erde.
Das MARUM gewinnt grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse über die Rolle des Ozeans und des Meeresbodens im gesamten Erdsystem. Die Dynamik des Ozeans und des Meeresbodens prägen durch Wechselwirkungen von geologischen, physikalischen, biologischen und chemischen Prozessen maßgeblich das gesamte Erdsystem. Dadurch werden das Klima sowie der globale Kohlenstoffkreislauf beeinflusst und es entstehen einzigartige biologische Systeme. Das MARUM steht für grundlagenorientierte und ergebnisoffene Forschung in Verantwortung vor der Gesellschaft, zum Wohl der Meeresumwelt und im Sinne der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen. Es veröffentlicht seine qualitätsgeprüften, wissenschaftlichen Daten und macht diese frei zugänglich. Das MARUM informiert die Öffentlichkeit über neue Erkenntnisse zur Meeresumwelt, und stellt im Dialog mit der Gesellschaft Handlungswissen bereit. Kooperationen des MARUM mit Unternehmen und Industriepartnern erfolgen unter Wahrung seines Ziels zum Schutz der Meeresumwelt.
Dr. Luz María Mejía Ramirez
MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
Paläozeanographie
E-Mail: lmejia@marum.de
Luz María Mejía, Stefano M. Bernasconi, Alvaro Fernandez, Hongrui Zhang, José Guitián, Madalina Jaggi, Victoria Taylor, Alberto Perez-Huerta and Heather Stoll: Modest, not extreme, northern high latitude amplification over the Mid to Late Miocene shown by coccolith clumped isotopes. Nature Communications 2025. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65954-y
Dr. Luz María Mejía bereitet Proben mit Hilfe des Coccolith-Trennverfahrens vor, das ihr Team an der ...
Quelle: Patrick Pollmeier
Copyright: Patrick Pollmeier, Universität Bremen
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Biologie, Chemie, Geowissenschaften, Meer / Klima, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsergebnisse, Forschungsprojekte
Deutsch
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