Wie CO2 seit Hunderten von Millionen Jahren das Erdklima beeinflusst

Von Markus Brauer

CO₂ ist das wichtigste Treibhausgas der Erde: Es absorbiert Wärme, strahlt einen großen Teil davon wieder auf die Erde zurück. So nimmt es enormen Einfluss auf das globale Klima.

Während die Rolle von CO₂ in der jüngeren Klimageschichte allgemein sehr gut verstanden wird, war es lange Zeit kaum möglich, den CO₂-Gehalt in der Erdgeschichte zu rekonstruieren. Dies hinterließ Lücken im Verständnis der Übergänge zwischen Eis- und Warmzeiten.

CO2-Gehalt während Karbon und Perm

Forscher unter der Leitung von Hana Jurikova von der University of St. Andrews und neun weiteren Organisationen, darunter das Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, hat jetzt den atmosphärischen CO₂-Gehalt während der Zeit des Karbons und Perms vor 335 bis 265 Millionen Jahren rekonstruiert. Dieser Zeitraum umfasst den Höhepunkt der sogenannten spätpaläozoischen Eiszeit, als sich das Klima der Erde dramatisch abkühlte.

• Zur Info: Das Paläozoikum teilt sich in sechs Perioden, jede von der anderen durch ein großes Aussterbeereignis oder eine signifikante Umweltveränderung getrennt (Kambrium, Ordovizium, Silur, Devon, Karbon und Perm). Mit einer Dauer von 289,1 Millionen Jahren macht das Paläozoikum mehr als die Hälfte der belebten Erdgeschichte aus.

80 Millionen Jahre alte CO2-Aufzeichnung

Mit Hilfe von geochemischen Signaturen aus alten Fossilien konnten die Forscher eine 80 Millionen Jahre alte Aufzeichnung des atmosphärischen CO₂-Gehalts während des Übergangs der Erde in die und aus der vorletzten Eiszeit erstellen.

Die neuen Erkenntnisse liefern entscheidende Beweise dafür, dass CO₂ bereits seit Hunderten von Millionen Jahren das Klima und die Umweltbedingungen auf der Erde reguliert. Die Studie ist in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ erschienen.

Article: A pronounced increase in atmospheric CO2 coincided with warming at the end of the Late Palaeozoic Ice Agehttps://t.co/pAgqqLAuUCpic.twitter.com/sqJpioIW1Z — Nature Geoscience (@NatureGeosci) January 6, 2025

Brachiopoden-Schalen erzählen ihre Geschichte

Die Forscher analysierten Isotopensignaturen in versteinerten Brachiopoden-Schalen, muschelähnlichen Organismen, die als natürliches Archiv der früheren Meeresbedingungen dienen. „Die chemische Zusammensetzung dieser Schalen spiegelt den Zustand der Ozeane zum Zeitpunkt ihrer Entstehung wider“, erklärt Hana Jurikova.

„Durch die Analyse von Bor-Isotopen können wir den CO₂-Gehalt in der Atmosphäre ermitteln. Strontium-Isotope geben Aufschluss über das Alter der Fossilien, während Kohlenstoff- und Sauerstoff-Isotope Aufschluss über die CO₂-Quelle und das Klima geben. Zusammen ermöglichen uns diese Techniken eine genaue Rekonstruktion der früheren CO₂-Konzentrationen auf der Erde und ein Verständnis der Faktoren, die für ihre Veränderungen verantwortlich sind“, erläutert Hana Jurikova.

CO2 spielt zentrale Rolle bei Klimaverschiebungen

Auf diese Weise fanden die Wissenschaftler heraus, dass der CO₂-Gehalt während des Karbons auf einen kritisch niedrigen Wert sank, was zu einer ausgedehnten Eiszeit führte, die mehrere Millionen Jahre andauerte.

Vor etwa 294 Millionen Jahren, also während des frühen Perms, stieg der CO₂-Gehalt durch vulkanische Aktivitäten wieder an, wodurch sich die Erde erwärmte und die Eisschilde schmolzen.

• Zur Info: Vor 252 Millionen Jahren starben bei der Perm-Trias-Katastrophe innerhalb von 200 000 Jahren rund 90 Prozent aller Meeresbewohner und mehr als 60 Prozent der Landlebewesen aus. Ursache für das größte Massensterben in der Erdgeschichte waren Vulkanausbrüche im heutigen Russland – und in der Folge gigantische Treibhausgas-Emissionen und umkippende Meere. Dabei wurde so viel Kohlendioxid freigesetzt, dass das globale Klima kollabierte. Ein gigantischer Flutbasalt – Trapp genannt – aus extrem dünnflüssiger basaltischer Lava überzog die Landschaft und gestaltete das heutige Sibirien.

Einer der wichtigsten Klimaübergänge in der Erdgeschichte

„Der Beginn und das Ende der spätpaläozoischen Eiszeit war einer der wichtigsten Klimaübergänge in der Erdgeschichte, der die Entwicklung der modernen Umwelt und des Lebens auf unserem Planeten geprägt hat. Wir haben jetzt Beweise dafür, dass atmosphärisches CO₂ ein wichtiger Faktor für diesen Wandel war“, betont Anton Eisenhauer, Mitautor und Professor für Marine Umweltgeochemie am Geomar.

„Obwohl sich die Zeitskalen der geologischen Klimaübergänge deutlich von den heutigen anthropogenen Klimaveränderungen unterscheiden, bleibt das Prinzip dasselbe: Steigende CO₂-Werte treiben die Erwärmung der Erdatmosphäre und den Anstieg des Meeresspiegels voran“, ergänzt Marcus Gutjahr, Meeresbiogeochemiker am Geomar und Mitautor der Studie.