Zusammenfassung:
Wissenschaftler haben einen neuen Mechanismus vorgeschlagen, um zu erklären, wie die vergangenen Eiszeiten der Erde entstanden sind: Die durch die Ausdehnung der Eisschilde der nördlichen Hemisphäre verursachte Abkühlung des Ozeans kann durch die globale Ozeanzirkulation auf die südliche Hemisphäre übertragen werden, wodurch sich die Zirkulations- und Meereisbedingungen des Ozeans um die Antarktis verändern und dadurch die Speicherung von mehr Kohlendioxid in der Tiefsee ermöglicht wird, was eine weitere Abkühlung des globalen Klimas fördert. Die Studie wirft ein neues Licht auf lange verborgene Klimazusammenhänge zwischen der nördlichen und südlichen Hemisphäre.
Diese Studie wurde von Forschern der University of St. Andrews im Vereinigten Königreich geleitet und die Ergebnisse wurden am 22. Oktober 2026 im Journal of Climate veröffentlicht. Die Forschung konzentriert sich auf eine seit langem bestehende wissenschaftliche Frage: Wissenschaftler wissen bereits, dass der Südliche Ozean eine wichtige Rolle bei der Regulierung der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen spielt, aber es fehlt an klaren physikalischen Erklärungen dafür, wie sich die riesigen Eisschilde, die sich auf der Nordhalbkugel gebildet haben, auf die Ozeane rund um die Tausende Kilometer entfernte Antarktis auswirken.
Die Erde hat in ihrer langen Geschichte viele Eiszeiten erlebt. In diesen Zeiträumen sinken die globalen Temperaturen und große Landflächen auf der Nordhalbkugel sind von Eisschilden bedeckt. Veränderungen in der Erdumlaufbahn werden die in verschiedenen Breitengraden empfangene Sonnenstrahlung verändern und so Bedingungen für die Bildung und Ausdehnung von Eisschilden schaffen; Gleichzeitig werden die atmosphärische Kohlendioxidkonzentration, die Ozeanzirkulation und die Fähigkeit von Eis und Schnee, Sonnenlicht zu reflektieren, auch die Entwicklung und Dauer von Eiszeiten beeinflussen. Wissenschaftler gehen davon aus, dass diese Faktoren nicht unabhängig voneinander wirken, sondern sich durch eine Reihe von Rückkopplungsmechanismen gegenseitig beeinflussen können.
Der vom Forschungsteam vorgeschlagene Mechanismus beginnt in den hohen Breiten der nördlichen Hemisphäre. Wenn Umlaufbahnänderungen diese Regionen im Sommer abkühlen, können sich allmählich Eisschilde bilden und ausdehnen. Große Eisschilde werden die nahegelegenen Gewässer des Nordatlantiks abkühlen und die Temperaturstruktur und Dichteverteilung des Wassers verändern. Da Meerwasser am globalen Zirkulationssystem der Ozeane beteiligt ist, kann sich dieses Abkühlungssignal allmählich nach Süden ausbreiten und sich schließlich auf den Südpolarmeer um die Antarktis auswirken.
Der Südliche Ozean ist ein wichtiger Teil des Kohlenstoffkreislaufs der Erde. Der Ozean nimmt Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und speichert einen Teil davon in der Tiefsee durch Meerwasserabsenkung, Tiefenwasserzirkulation und andere physikalische und biologische Prozesse. Wenn sich die Zirkulation und die Meereisbedingungen im Südpolarmeer ändern, kann sich auch der Kohlenstoffaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre ändern, sodass mehr Kohlendioxid im Ozean verbleibt, anstatt wieder in die Atmosphäre abgegeben zu werden.
Atmosphärisches Kohlendioxid ist ein wichtiges Treibhausgas, und verringerte Konzentrationen verringern die Fähigkeit der Atmosphäre, Wärme zu speichern. Wenn daher die Ausdehnung des Eisschildes der nördlichen Hemisphäre die Speicherung von mehr Kohlenstoff im Südpolarmeer durch Ozeanzirkulation fördern kann, kann es zu einer allmählich zunehmenden Abkühlungsrückkopplung kommen: Die Abkühlung im Norden fördert die Ausdehnung des Eisschildes, der Eisschild beeinflusst die Ozeanzirkulation, das Südpolarmeer absorbiert und speichert weiterhin Kohlendioxid und die Abschwächung des atmosphärischen Treibhauseffekts trägt zur weiteren globalen Abkühlung bei.
Um diese Hypothese zu testen, führten die Forscher Ozeanklimamodellsimulationen durch. Anstatt den gesamten Planeten direkt zu kühlen, senkten sie die Temperaturen nur in den nördlichsten Regionen des Ozeans, um die Auswirkungen einer großen Eisschildausdehnung auf das umgebende Wasser zu simulieren. Das Forschungsteam untersuchte dann, ob diese lokale Abkühlung durch die Ozeanzirkulation auf die südliche Hemisphäre übertragen werden und Veränderungen verursachen könnte, die sich positiv auf die Kohlenstoffspeicherung im Ozean auswirken würden.
Simulationsergebnisse zeigen, dass allein die Abkühlung der Gewässer in den hohen Breitengraden der nördlichen Hemisphäre eine erhebliche globale Reaktion hervorrufen kann. Eine Abkühlung nur der nördlichen Ozeane würde zu einer Reduzierung des atmosphärischen Kohlendioxids um 74 % führen, verglichen mit einem Szenario, bei dem die Forscher den gesamten Planeten gleichzeitig abkühlten. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die lokale Abkühlung in der nördlichen Hemisphäre durch Ozeanverbindungen über große Entfernungen erhebliche Auswirkungen auf den globalen Kohlenstoffkreislauf haben könnte.
Die Arbeit liefert eine mögliche Erklärung für zwei Klimaphänomene, die bisher schwer zu verbinden waren: die Ausdehnung der Eisschilde auf der Nordhalbkugel und ein Rückgang des atmosphärischen Kohlendioxids, ausgelöst durch Veränderungen der Ozeanzirkulation auf der Südhalbkugel, sagte Hauptautorin Madison Shanker von der School of Earth and Environmental Sciences der University of St Andrews. Das Forscherteam bewies durch Modellsimulation, dass dieser Zusammenhang physikalisch machbar ist.
Die Zahl von 74 % stammt jedoch aus konkreten Modellversuchen und bedeutet nicht, dass jede Ausdehnung des Eisschildes der nördlichen Hemisphäre in der realen Geschichte zwangsläufig den gleichen Anteil an Kohlendioxidrückgang nach sich ziehen wird. Die Modellergebnisse zeigen, dass dieser Mechanismus möglicherweise eine wichtige Rolle spielt, anstatt dass sein tatsächlicher Beitrag zur Entstehung jeder Eiszeit genau bestimmt wurde. Das Klimasystem der realen Erde wird auch von Faktoren wie Windfeldern, Meereisausdehnung, Meerwassersalzgehalt, Meereslebewesen und der Lage der Kontinente beeinflusst.
Die Bedeutung dieser Studie liegt in der Verknüpfung von Klimaprozessen in der nördlichen und südlichen Hemisphäre, die in der Vergangenheit relativ getrennt untersucht wurden. Wenn Wissenschaftler früher den Rückgang des atmosphärischen Kohlendioxids während der Eiszeiten erklärten, konzentrierten sie sich oft auf Veränderungen im Ozean um die Antarktis. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass der Südpolarmeer kein unabhängiges Klimasystem ist und sein Zustand durch Veränderungen der Eisschilde und Ozeane bis hin zur nördlichen Hemisphäre beeinflusst werden könnte.
Das Verständnis dieses Zusammenhangs wird nicht nur dazu beitragen, die vergangene Klimageschichte der Erde zu rekonstruieren, sondern könnte Wissenschaftlern auch dabei helfen, Klimamodelle zu verbessern. Der Ozean kann über lange Zeiträume große Mengen Kohlenstoff aufnehmen, transportieren und speichern, und Änderungen in seiner Zirkulation werden sich auf die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre auswirken und die globalen Temperaturen weiter verändern. Wenn Modelle diese Prozesse genauer simulieren könnten, könnten sie die Übergänge zwischen Warm- und Eiszeiten in der Erdgeschichte besser erklären.
Natürlich kann der natürlich entstandene Eiszeitmechanismus der Erde in der Vergangenheit nicht direkt mit dem Evolutionspfad der heutigen globalen Erwärmung gleichgesetzt werden. Moderne atmosphärische Kohlendioxidkonzentrationen werden erheblich durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe durch den Menschen und Landnutzungsänderungen beeinflusst, und auch die Geschwindigkeit und die Hintergrundbedingungen des aktuellen Klimawandels unterscheiden sich von vielen Paläoklimaszenarien. Forscher müssen die Stärke dieser Verbindung zwischen den Ozeanen der nördlichen und südlichen Hemisphäre zu verschiedenen historischen Zeiten und die Rolle, die sie beim zukünftigen Klimawandel spielen könnte, noch weiter bestätigen.
Insgesamt deckt diese Studie einen hemisphärischen Rückkopplungsmechanismus auf, der die Erde in eine Eiszeit treiben könnte: Die durch die Ausdehnung des Eisschilds der nördlichen Hemisphäre verursachte Abkühlung des Ozeans kann die Kohlenstoffspeicherkapazität des Südpolarmeeres durch globale Zirkulation beeinträchtigen und dadurch den Abkühlungsprozess des gesamten Erdsystems verstärken. Es erinnert Wissenschaftler daran, dass das Klima der Erde nicht von einer Region allein bestimmt wird, sondern von einem komplexen, miteinander verbundenen System aus Atmosphäre, Ozeanen, Eisschilden und Kohlenstoffkreisläufen. Um zu verstehen, wie die Eiszeiten begannen, muss man nachverfolgen, wie sich diese Veränderungen auf die halbe Welt übertragen und gegenseitig verstärkt haben.
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