Erdklima während des Aussterbens des Perms

Westliche Hemisphäre. Bildnachweis: NASA Zum Vergrößern anklicken
Wissenschaftler des Nationalen Zentrums für Atmosphärenforschung (NCAR) haben eine Computersimulation erstellt, die das Erdklima zum Zeitpunkt des größten Massensterbens in der Geschichte des Planeten in beispiellosen Details zeigt. Die Arbeit stützt eine Theorie, dass ein plötzlicher und dramatischer Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxidgehalts vor 251 Millionen Jahren das massive Absterben auslöste. Die Forschung erscheint in der September-Ausgabe von Geology.

„Die Ergebnisse zeigen, wie schnell steigende Temperaturen in der Atmosphäre die Zirkulation der Ozeane beeinflussen, Sauerstoff in tiefere Tiefen abschneiden und das meiste Leben auslöschen können“, sagt der NCAR-Wissenschaftler Jeffrey Kiehl, der Hauptautor.

Kiehl und Co-Autorin Christine Shields konzentrierten sich auf die dramatischen Ereignisse am Ende der Perm-Ära, als schätzungsweise 90 bis 95% aller Meeresspezies sowie etwa 70% aller terrestrischen Arten ausgestorben waren. Zum Zeitpunkt des Ereignisses waren die Temperaturen in höheren Breiten

10 bis 30 Grad Celsius (18 bis 54 Grad Fahrenheit) höher als heute, und eine ausgedehnte vulkanische Aktivität hatte über einen Zeitraum von 700.000 Jahren große Mengen Kohlendioxid und Schwefeldioxid in die Atmosphäre freigesetzt.

Um das Rätsel zu lösen, wie sich diese Bedingungen auf das Klima und das Leben rund um den Globus ausgewirkt haben könnten, wandten sich die Forscher dem Community Climate System Model (CCSM) zu. Als eines der weltweit führenden Werkzeuge für die Klimaforschung kann das Modell Änderungen der atmosphärischen Temperaturen mit den Meerestemperaturen und -strömungen integrieren. Zuvor hatten Forscherteams das Aussterben des Perm mit begrenzteren Computermodellen untersucht, die sich auf eine einzelne Komponente des Klimasystems der Erde wie den Ozean konzentrierten.

Das CCSM wies darauf hin, dass sich das Meerwasser in höheren Breiten aufgrund des steigenden atmosphärischen Gehalts an Kohlendioxid (CO2), einem Treibhausgas, erheblich erwärmt hat. Die Erwärmung erreichte eine Tiefe von etwa 4.000 Metern und störte den normalen Zirkulationsprozess, bei dem kälteres Oberflächenwasser abfällt und Sauerstoff und Nährstoffe tief in den Ozean aufnimmt.

Infolgedessen wurde das Meerwasser mit wenig Sauerstoff geschichtet, ein Zustand, der sich für das Leben im Meer als tödlich erwies. Dies beschleunigte wiederum die Erwärmung, da Meeresorganismen kein Kohlendioxid mehr aus der Atmosphäre entfernten.

"Die Implikation unserer Studie ist, dass erhöhtes CO2 ausreicht, um zu unwirtlichen Bedingungen für Meereslebewesen zu führen, und dass zu hohe Temperaturen über Land zum Untergang des terrestrischen Lebens beitragen würden", folgerten die Autoren in dem Artikel.

Die CCSM-Simulationen zeigten, dass die Ozeanzirkulation noch stagnierter war als bisher angenommen. Darüber hinaus hat die Forschung gezeigt, inwieweit Computermodelle vergangene Klimaereignisse erfolgreich simulieren können. Das CCSM schien wichtige Details des späten Perm korrekt zu erfassen, einschließlich eines erhöhten Salzgehalts des Ozeans und der Meeresoberflächentemperaturen in den hohen Breiten, von denen Paläontologen glauben, dass sie 8 Grad Celsius höher waren als heute.

Die Modellierung stellte aufgrund begrenzter Daten und erheblicher geografischer Unterschiede zwischen dem Perm und der heutigen Erde einzigartige Herausforderungen. Die Forscher mussten Variablen wie die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre, die Menge des von der Erdoberfläche zurück in die Atmosphäre reflektierten Sonnenlichts und die Bewegung von Wärme und Salzgehalt in den Ozeanen zu einer Zeit abschätzen, als alle Kontinente zu einem Riesen zusammengeschlossen waren Landmasse als Pangaea bekannt.

„Diese Ergebnisse zeigen, wie wichtig es ist, das Erdklima als ein System zu behandeln, das physikalische, chemische und biologische Prozesse in der Atmosphäre, den Ozeanen und der Landoberfläche umfasst, die alle interaktiv wirken“, sagt Jay Fein, Direktor des Klimadynamikprogramms von NSF. die die Forschung finanziert. „Andere Studien sind zu ähnlichen Ergebnissen gekommen. Neu ist hier die Anwendung einer detaillierten Version eines der weltweit führenden Klimasystemmodelle, des CCSM, um zu verstehen, wie sich steigende Mengen an atmosphärischem Kohlendioxid auf die Bedingungen in den Weltmeeren und Landoberflächen auswirken, um ein massives Aussterben von Hunderten von Millionen auszulösen vor Jahren. "

Originalquelle: NCAR-Pressemitteilung

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