Bogotá-Becken: Tropische Anden könnten im Pliozän-Vergleich bei CO2 stärker erwärmen

Wer einen Eindruck davon gewinnen will, wohin sich unser Klima entwickeln könnte, schaut am besten in eine Phase der Erdgeschichte, in der die Kohlendioxidwerte (CO2) in der Atmosphäre ähnlich hoch waren wie heute.

Genau das hat eine neue Studie getan: Sie wertete Sedimente aus Kolumbiens Bogotá-Becken aus – mit einem Ergebnis, das eher beunruhigt.

Demnach könnten sich Teile der tropischen Anden an Land deutlich stärker erwärmen, als Forschende bislang häufig annehmen, wenn die CO2-Konzentrationen weiter steigen.

Eine frühere Welt wie heute

Das Forschungsteam unter Leitung eines Wissenschaftlers der Brown University rekonstruierte Temperaturen zurück bis ins Pliozän, also in die Zeit vor etwa 5,2 bis 2,5 Millionen Jahren.

Dieses Pliozän ist deshalb so wichtig, weil es der jüngste Abschnitt der Erdgeschichte ist, in dem die CO2-Werte der Atmosphäre mit heutigen Größenordnungen vergleichbar waren – ein nützlicher Realitätscheck für Klimatheorie.

In den Daten zeigt sich ein deutlicher Abstand zwischen der warmen, CO2-reichen Welt und der später folgenden kühleren Phase: Im Bogotá-Becken lagen die Durchschnittstemperaturen während des Pliozäns rund 4.8°C (8.6°F) höher.

Im Pleistozän – einem jüngeren Erdzeitalter, das vor ungefähr 12.000 Jahren endete – gingen die Temperaturen zurück, als die CO2-Werte deutlich niedriger waren.

Dieser Temperatursprung fiel größer aus, als das Team erwartet hatte – besonders im Vergleich zu Rekonstruktionen aus dem Ozean, die für ähnliche Zeitfenster meist geringere Veränderungen nahelegen.

Warum die Tropen schneller aufheizten

Ein großer Teil dessen, was über vergangene Klimazustände bekannt ist, stammt aus den Ozeanen; zusätzlich gibt es einige Arbeiten aus hohen Breiten.

Tropische Landregionen sind dagegen schwieriger zu erfassen: Es existieren weniger lange Zeitreihen, die Topografie ist komplex, und es stehen weniger breit genutzte Klimaarchive zur Verfügung.

„Most of what we know about past temperature comes from the oceans or terrestrial high latitudes, and there has been a lot of theoretical work in recent years on how low-latitude ocean temperatures relate to the land,“ sagte die Hauptautorin Lina Pérez-Ángel, Senior Researcher an der Brown University.

„I think the big takeaway here is that we found significantly more warming on land in this region than you would expect from theory.“

Vereinfacht gesagt geht die Theorie häufig davon aus, dass die Erwärmung an Land in den Tropen um etwa 1.4°C (2.5°F) zunimmt, wenn sich die tropische Meeresoberfläche um 1°C (1.8°F) erwärmt.

Die Zeitreihe aus dem Bogotá-Becken deutet jedoch auf eine wesentlich stärkere Reaktion an Land hin – nahe an dem Doppelten dessen, was tropische Ozeandaten für denselben groben Übergang zeigen.

Ein alter Bohrkern wird neu ausgewertet

Kernstück der Untersuchung ist ein 585 Meter langer Sedimentbohrkern aus Zentral-Kolumbien, der entlang der östlichen Anden gewonnen wurde.

Er funktioniert im Grunde wie ein übereinandergestapelter Zeitstrahl aus alten Ablagerungen eines Sees, von Flüssen und aus Feuchtgebieten – Material, das über Jahre, Jahrzehnte und Jahrhunderte hinweg chemische Hinweise auf Umweltbedingungen konserviert.

Neu ist der Bohrkern selbst nicht: Er wurde bereits Ende der 1980er-Jahre erbohrt und damals erstmals analysiert. Pérez-Ángel wollte ihn jedoch mit heutigen Möglichkeiten erneut untersuchen. Dafür wertete sie die Sedimente mit genaueren Datierungsmethoden und neueren Temperatur-„Proxys“ aus.

Um das Alter sicher einzugrenzen, nutzte das Team Zirkone aus dünnen Lagen vulkanischer Asche innerhalb des Kerns. Zirkone sind extrem widerstandsfähige Kristalle, die Uran einschließen; weil Uran mit berechenbarer Geschwindigkeit zerfällt, lässt sich daraus eine Art Uhr ableiten.

Mit diesem Verfahren konnten die Forschenden zeigen, dass die Bohrung bis etwa 3.7 Millionen Jahre zurückreicht – also bis in das CO2-reiche mittlere Pliozän.

Bakterien als Thermometer der Vergangenheit

Für die Temperaturrekonstruktion setzte das Team auf brGDGTs – robuste Lipidmoleküle, die von Bakterien gebildet werden. Ihre Struktur verändert sich abhängig von der Temperatur. Bleiben sie in Sedimenten erhalten, ermöglichen sie eine fortlaufende Rekonstruktion der Temperaturentwicklung.

So ließ sich das Auf und Ab der Wärme in den Tropen über Millionen Jahre hinweg nachvollziehen, statt nur einzelne Momentaufnahmen zu erhalten.

Zeitlich passten die Temperaturverschiebungen im Groben zu dem, was aus tropischen Meeresoberflächen-Datensätzen abgeleitet wurde – doch die Schwankung an Land war deutlich größer, als es die Erwartungen nahelegten.

Woher die zusätzliche Wärme stammen könnte

Die Forschenden betonen, dass es bislang keine einzige, saubere Erklärung gibt, nennen jedoch mehrere mögliche Faktoren.

Ein Ansatz ist, dass Erwärmung in der Höhe anders abläuft: Regionen in großer Höhenlage wie die Anden könnten Temperaturänderungen verstärken, und bestehende Rahmenmodelle bilden diese Verstärkung möglicherweise nicht vollständig ab.

Gleichzeitig argumentiert das Team, dass Höhenlagen-Effekte allein die gesamte Abweichung vermutlich nicht erklären.

Als weitere Option nennen sie regionale Ozeanmuster im Pliozän – etwa einen langlebigen Hintergrundzustand ähnlich einem El Niño –, der zusätzliche Wärme in diesen Teil der Anden transportiert haben könnte.

Zudem steht der allgemeine Punkt im Raum, dass der Zusammenhang zwischen ozeanischer Erwärmung und Erwärmung an Land in komplexen tropischen Gebirgsräumen womöglich zu stark vereinfacht wird.

Hitzebedrohungen in den Tropen

Die zentrale Botschaft lautet nicht: „Wir haben die Tropen gelöst.“ Vielmehr legen die Ergebnisse nahe, dass unterschätzt werden könnte, wie stark sich einige tropische Landregionen aufheizen können – selbst dann, wenn die Ozeane nicht wesentlich wärmer erscheinen.

„The land is where the people are, and they experience climate change at a regional level,“ sagte Pérez-Ángel.

„If we want to produce reconstructions that are useful to people, we should do more to understand climate mechanisms at a regional scale.“

Das ist heute besonders für das Bogotá-Becken relevant: Dort leben mehr als 11 Millionen Menschen.

Wenn das Pliozän als Orientierung taugt, könnten die Tropen mit stärkerer Hitze als erwartet konfrontiert sein, während die Treibhausgaskonzentrationen weiter steigen.