Urzeitlicher Staub hilft bei der Vorhersage des Klimawandels
Mineralischer Staub gerät meistens durch Winderosion freiliegender Böden in die Atmosphäre. Die Staubpartikel können über mehrere Tage in der Luft bleiben und dabei mehrere Tausend Kilometer zurücklegen. Dabei absorbieren und streuen sie Sonnen- und Wärmestrahlung, beeinflussen die Wolken- und Eisnukleation und verändern die Absorptions- und Reflexionseigenschaften von Oberflächen. Vom Wind getragen transportiert der Staub Elemente wie Eisen oder Phosphor in entlegene Gegenden und unterstützt dadurch Funktionen des Ökosystems, die wiederum den Kohlenstoffkreislauf beeinflussen. Da wir immer stärker gezwungen sind, den Klimawandel verstehen und vorhersagen zu können, steigt das Interesse an globalen Staubkreisläufen immer mehr. Mit Unterstützung durch das Marie-Curie-Programm haben Wissenschaftler im Projekt DUSC3 ein derzeit führendes Klimamodell erweitert, das auch die Dynamik des globalen Staubzyklus berücksichtigt. Die Wissenschaftler bezogen große Mengen an Messdaten zum Paläostaub ein, füllten so wichtige Wissenslücken und erhöhten die Vorhersagegenauigkeit für die Wirkung von Rückkopplungen durch Aerosole auf den Klimawandel. Aus der Vergangenheit für die Zukunft lernen Schwankungen im globalen Staubzyklus werden auf der Erde im Boden, im Eis und in den Ozeanen gespeichert. Forscher, die an Paläostaubkreisläufen arbeiten, untersuchen die Variabilität im Wechsel von glazialen und interglazialen Zyklen sowie in kürzeren Zeitspannen. Während der Eiszeiten war die Erde in den hohen Breitengraden von großen Eisschilden bedeckt. Das wirkte sich auf das Erdklima aus und führte zu Dürre, Wüstenbildung und einem Absinken des Meeresspiegels. Besonders interessant ist dabei das letzteiszeitliche Maximum, oder abgekürzt LGM, also der Zeitraum innerhalb der letzten Eiszeit als die Eisschilde ihre größte Ausdehnung auf der Erde hatten. Das war vor etwa 21 000 Jahren. Damals waren die Staubemissionen mehr als doppelt so stark wie heute. Die Wissenschaftler von DUSC3 nutzten Paläostaubdatensätze aus verschiedenen Sedimentarchiven aus der Zeit vor Beginn der letzten Eiszeit, also etwa von vor 130 000 Jahren, und kombinierten sie mit dem aktuellsten Klimamodell des Institut Pierre Simon Laplace (IPSL), dem IPSL-CM6. Dank dieser Arbeiten konnten Zeitreihen für Massenanhäufungsraten sowie die Größenbildung rekonstruiert werden. Damit wird jetzt auch eine Rekonstruktion des globalen Staubkreislaufs während des LGM möglich sein, der allein anhand von Messdaten nicht wiederherstellbar wäre. Die Projektdaten wurden außerdem in eine Online-Plattform für die Verbreitung von Forschungsergebnissen in numerischen und grafischen Darstellungen eingespeist. Samuel Albani, der im Marie-Curie-Programm geförderte Hauptforscher, erklärt: „Verbesserungen in der Darstellung der Größenverteilung von Staubpartikeln verbunden mit einem stärker von der Bodenbedeckung abhängigen Emissionsschema [erleichtern] eine bessere Darstellung von Rückkopplungen zwischen Staub und Klima und ebnen den Weg für mehr und genauere Verknüpfungen des Staubkreislaufs mit anderen Komponenten des Erdsystemmodells des IPSL.“ Neues Vergleichsinstrument DUSC3 hat eine erweiterte Datenbank zum Paläostaub erstellt und auf einer Online-Plattform zugänglich gemacht sowie signifikante Erweiterungen des Klimamodells IPSL-CM6 erreicht. Laut Albani wird erstere „... in den nächsten Jahren ein Vergleichsinstrument für Staubexperimente im [Projekt PMIP4] Paleoclimate Modelling Intercomparison Project sowie für die an Paläostaub forschenden Wissenschaftler insgesamt werden.“ Man geht davon aus, dass die Erweiterungen am IPSL-CM6 weitreichende Wirkungen im Bereich der Klimamodellierung und darüber hinaus haben werden, da sie Regierungen sowie öffentlichen und privaten Entscheidungsträgern für die politische Entscheidungsfindung im Kontext des Klimawandels fundierte Fakten an die Hand geben können.
Schlüsselbegriffe
DUSC3, Staub, Klima, Modell, Paleostaub, glazial, Eiszeit, letzteiszeitliches Maximum (LGM)