Mallorca – Klimageschichte der Erde hautnah

Die Tiefen des Mittelmeeres, insbesondere vor Mallorca, bleiben für viele Urlauber ein Geheimnis und immer verborgen. Der Boden von Mallorca ist vergleichbar löchrig wie ein Schweizer Käse. Der weiche Kalk der Ferieninsel birgt zahllose Höhlen, einige zugänglich und andere versteckt , welche das Wasser über die Jahrtausende in das Gestein gespült hat. Eine dieser prächtigen Tropfsteinhöhlen ist in Vallgornera im Süden der Sonneninsel. Ausgerechnet dort wollen internationale Forscher nun Hinweise darauf gefunden haben, dass die Geschichte der Vergletscherung unserer Erde ganz anders abgelaufen sein könnte als bisher vermutet.

Jeffrey Dorale hat mit einem Wissenschaftlerteam von der University of Iowa Mineralablagerungen aus Vallgornera und aus vier anderen küstennahen Kavernen untersucht. Mit Hilfe von Stalagmiten und Stalaktiten – sogenannter Speläotheme – haben die Forscher die Geschichte des Meeresspiegels rund um Mallorca rekonstruiert. Im Wechsel wurden die Höhlen vom Mittelmeers geflutet , mal lagen sie frei – je nachdem, wie stark die Erde von Gletschern bedeckt war.

Grund sind die extremen Klimaschwankungen unseres Planeten: Immer wieder wechseln sich kalte Phasen, die sogenannten Glaziale, mit wärmeren Zeiträumen, den sogenannten Interglazialen, ab. In der jüngeren Vergangenheit geschah das in einem Zyklus von etwa 100.000 Jahren. Extrem warm war es zuletzt vor 125.000 Jahren, besonders frostig vor rund 20.000 Jahren. Zumindest eine Mitschuld an dem Rhythmus sollen die sogenannten Milankovic-Zyklen haben, nach denen die Sonneneinstrahlung auf der Erde periodisch schwankt. Ersonnen hatte das Konzept der serbische Ingenieur und Mathematiker Milutin Milankovic vor fast 100 Jahren. Der 100.000-Jahr-Zyklus ergibt sich demnach, weil der Radius der Erdbahn um die Sonne schwankt. Weitere Zyklen, verursacht durch regelmäßige Veränderungen der Erdachse, sind etwa 23.000 und rund 41.000 Jahre lang.

“Meeresspiegel mit wirklich hoher Präzision rekonstruiert”

In der Zeit zwischen dem letzten Glazial und dem letzten Interglazial veränderte sich der Meeresspiegel um geschätzte 130 Meter: Bei starker Vergletscherung lagen die Pegel besonders niedrig – und umgekehrt. Je nach Höhe des Meeresspiegels seien auf den Speläothemen in den Höhlen Mallorcas charakteristische Ablagerungen aus Calcit oder Aragonit zurückgeblieben, berichten die Forscher um Dorale im Fachmagazin “Science”.

Bei der Datierung ihrer Proben mit der Uran-Thorium-Methode kamen die Wissenschaftler zu einem überraschenden Befund: Die Ablagerungen deuten demnach darauf hin, dass der Meeresspiegel vor rund 81.000 Jahren etwa einen Meter über dem aktuellen Wert lag. “Wir haben den Meeresspiegel mit wirklich hoher Präzision rekonstruiert”, sagt Forscher Dorale im Interview.

Doch lassen sich mit Messungen an einem Punkt überhaupt verlässliche Aussagen zu den globalen Pegeln machen? “Wir glauben, dass unsere Stelle großartig dafür geeignet ist”, sagt Co-Autor Bogdan Onac von der University of South Florida. Mallorca sei tektonisch stabil. Außerdem habe sich die Insel durch das Anwachsen und Schmelzen der riesigen Gletscher weder gehoben noch gesenkt, so wie es in anderen Regionen der Fall war.

“Keine direkten Aussagen zu den globalen Temperaturen”

Falls der Meeresspiegel vor 81.000 Jahren tatsächlich dort lag, wo es die Forscher in “Science” vermuten, würden sich interessante Fragen ergeben. Dann wäre nämlich die Vergletscherung der Erde damals ähnlich niedrig gewesen wie heute, obwohl die Konzentration des Treibhausgases Kohlendioxid bei weitem niedriger lag.

Diese These birgt für die Klimaforschung einigen Zündstoff: Der bisher vermutete 100.000-Jahr-Zyklus ließe sich dann zwar auf die Konzentrationen der Treibhausgase CO2 und Methan anwenden, nicht jedoch auf das Wachstum der polaren Eiskappen – auch wenn Dorale einschränkt: “Unsere Arbeit macht keine direkten Aussagen zu den globalen Temperaturen.”

Andere Forscher reagieren skeptisch auf die Ergebnisse. Andrey Ganopolski vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) hält die Schlussfolgerungen für “übertrieben”. Sie belegten keineswegs, dass der 100.000-Jahr-Zyklus nicht universell gelte. Die Ergebnisse des Dorale-Teams ließen sich mit Hilfe der Milankovic-Zyklen erklären. In der Zeit vor rund 81.000 Jahren seien die Sommer in den hohen Breiten durch kräftige Sonneneinstrahlung extrem warm gewesen. So sei es trotz vergleichsweise niedriger CO2-Werte zur großen Schmelze gekommen.

Auch Heinz Miller vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) will der neuen Arbeit keine weltweite Aussagekraft zubilligen. Die Forscher um Dorale hätten “ein vielversprechendes Archiv” aufgetan, lobt der Glaziologe. “Doch ich würde dem Ergebnis eher lokale als globale Bedeutung beimessen.” Änderungen des Meeresspiegels könnten regional ganz unterschiedlich ausfallen.

Dass das Treibhausgas nicht der einzige Faktor für Temperaturänderungen während der Eiszeitzyklen ist, hatte PIK-Forscher Ganopolski bereits in der Vergangenheit mit globalen Klimamodellen dargelegt. Neben den Milankovic-Zyklen spielten demnach auch durch die Gletscherschmelze veränderte Meeresströmungen eine Rolle. “Man sollte nicht versuchen, erdgeschichtliche Klimaänderungen nur über CO2 zu erklären”, meint Ganopolski.

Kritiker der These vom menschlichen Einfluss auf den Klimawandel werden sich die aktuellen Ergebnisse vermutlich zu eigen machen, so wie sie es bereits mit Ganopolskis früheren Resultaten getan haben – gegen seinen Willen, wie der Potsdamer Forscher erklärt. Und auch Dorale und Onac wollen Klimawandel-Skeptikern ausdrücklich keine Munition liefern, wie sie im Gespräch betonen. Denn am Einfluss des Menschen auf die aktuelle Erwärmung der Erdatmosphäre haben sie keinen Zweifel: “Was vor 80.000 Jahren passierte, ist nicht dasselbe wie das, was heute passiert”, so Onac.

Tropfsteine sind Klimazeugen, die Forschern Auskünfte über die Geschichte der Erde gestatten. Eine Team aus Spanien, Italien und den USA berichtet im Wissenschaftsmagazin “Science” jetzt über ihre spektakulären Erkenntnisse, die sie unter anderem einer Höhle auf Mallorca verdanken.

Unserer gegenwärtigen Warmzeit ging die Würm- oder auch Weichsel-Kaltzeit voran, in der Gletscher weite Teile Eurasiens und Nordamerikas bedeckten. Diese Kaltzeit begann vor rund 126 000 und endete erst vor etwa 11 000 Jahren. Allerdings scheint sie wesentlich bewegter gewesen zu sein, als man bisher dachte. Das lesen die Forscher aus Meeresspiegelschwankungen im Mittelmeer ab. Vor rund 81 000 Jahren lag der Meeresspiegel im westlichen Mittelmeer einen Meter höher als heute. Schwankungen im Meeresspiegel werden auf wachsende oder schrumpfende Eiskappen und Gletscher zurückgeführt. Ein höherer Meeresspiegel vor 81 000 Jahren würde damit geradezu eine Hitzewelle mitten in der pleistozänen Kaltzeit anzeigen.

Es gibt sogenannte Klimaarchive, die lückenlos und in hoher Auflösung das Klima der vergangenen Jahrzehntausende dokumentieren. Doch diese Bohrkerne, die aus dem Eis der Antarktis und Grönlands oder aus Korallenriffen vor Barbados oder Neuguinea stammen, geben nur weltweite Durchschnittswerte an. Ergänzt werden müssen sie durch regionale Quellen.

Solche Quellen hat das Team um Jeffrey Dorale und Bogdan Onac von den Universitäten von Iowa und Südflorida erschlossen – beispielsweise in Höhlen an der Südküste Mallorcas. Diese liegen zurzeit auf Höhe des Mittelmeeres, ihre orange gefärbten Tropfsteine stehen bei Flut unter Wasser. In der Vergangenheit fielen die Höhlen mal trocken, mal wurden sie überflutet, je nachdem ob eine Kalt- oder eine Warmzeit den Meeresspiegel senkte oder hob. Durch ihr kontinuierliches Wachstum sind Tropfsteine genau wie das ewige Eis der Pole oder die Korallenriffe der Tropen perfekte Klimaarchive.

Die Ergebnisse aus den mallorquinischen Höhlen zeigen nun für die Zeit von vor 84 000 bis 80 000 Jahren einen Wasserstand an, der um einen Meter über dem heutigen liegt. Kurz davor lag der Meeresspiegel rund 20 Meter unter dem heutigen Stand, unmittelbar nach der 4000-Jahres-Periode sank er 15 Meter unter heutiges Niveau. Diese starken Schwankungen auf Mallorca widersprechen den globalen Klimaarchiven, stimmen aber gut mit Tropfsteinen von den Bahamas und Korallenriffen der Florida Keys überein. Ihnen allen ist gemein, dass sie viel näher an den vergletscherten Kontinenten der Nordhemisphäre liegen als Barbados oder Neuguinea und rasche Wechsel der Eiskappen wohl stärker spürten als die tropischen Standorte.

Ihre Nähe macht sie aber auch anfällig für Meeresspiegelschwankungen, die nichts mit der Wassermenge zu tun haben. Denn in Kaltzeiten kann die Last der Gletscher selbst Kontinente hinabdrücken. In Warmzeiten steigt das Festland ohne Eislast wieder an – der Meeresspiegel sinkt dadurch. Skandinavien etwa hebt sich selbst heute noch, 11 000 Jahre nachdem die Gletscher sich zurückzogen, um bis zu elf Millimeter im Jahr. Für Mallorca schließen die Forscher eine solche Bewegung aus. Die Schwankungen des Wasserstandes spiegelten eher rapide Änderungen an Europas Gletschern wider. Sie wuchsen zu Beginn der Würm-Kaltzeit rapide und erreichten vor 85 000 Jahren ein Maximum, um dann in wenigen Tausend Jahren stark zu schmelzen.

Ein solches Zwischenhoch haben auch Studien in der kanadischen Arktis gezeigt: Dort war der Eispanzer vor 80 000 Jahren komplett weggeschmolzen. Vor 75 000 Jahren überzog das Eis wieder Europa, auf Mallorca fiel zu dieser Zeit der Meeresspiegel um 15 Meter. Um in tropischen Korallenstöcken von Neuguinea und Barbados Spuren zu hinterlassen, war das Zwischenhoch aber offenbar zu kurz.