Heißzeit

Das Klima unseres Planeten ändert sich rasant. Forschende warnen vor einer lebensfeindlichen Zukunft. Was auf Pflanzen und Tiere zukommen könnte, zeigen neue Einblicke in die Erdgeschichte.
Auf der Erde herrschten bereits früher extreme Klimaphasen. Besonders für
eine sogenannte Superheißzeit vor 56 Millionen Jahren interessiert sich die Wissenschaft: Fossilienfunde aus dieser Epoche zeigen, wie tiefgreifend sich Ökosysteme damals verändert haben.
Im unwirtlichen Niemandsland des Bighorn Basin in Wyoming suchen die Paläobotanikerinnen Vera Korasidis und Ellen Currano Fossilien von Pflanzen aus der Heißzeit vor 56 Millionen Jahren, dem sogenannten Paläozän/​Eozän-Temperaturmaximum, kurz PETM. Ihre Funde zeichnen ein klares Bild: Damals wurde aus einer grünen Landschaft, in der Flussauen und Mischwälder dominierten, innerhalb kurzer Zeit ein subtropisches Trockengebiet. Weltweit verschoben sich in dieser Phase Vegetationszonen um mehr als 1000 Kilometer polwärts. Die Arktis und Antarktis waren teilweise bewaldet. Und: Es kam vermehrt zu Extremereignissen – die Funde der Forscherinnen zeigen, dass Buschbrände und Sturzfluten zunahmen.
Könnte sich in einer neuen Heißzeit die Pflanzenwelt erneut so tiefgreifend verändern und mit ihr die Lebensgrundlage aller Tiere und Menschen? Tatsächlich erleben wir derzeit den Beginn vergleichbarer Entwicklungen. In ihrem Zentrum stehen – wie ein Frühwarnsystem – die Wälder der Erde. In Deutschland, dem waldreichsten Land Europas, hat der Umbau vieler Wälder schon begonnen. Im Harz, einem deutschen Mittelgebirge, lässt Förster Michael Rudolph von Trockenheit geschädigte Waldflächen roden, um dem Borkenkäfer die Nahrung zu entziehen.
Auf freien Flächen pflanzt er neue Baumarten an, die – so die Hoffnung – den zukünftigen Bedingungen trotzen können. Das Problem: Wie die genau aussehen werden, kann niemand verlässlich vorhersagen. Dabei brauchen wir die Wälder dringend. Als Lebensraum für Tiere und Pflanzen, aber auch, um dem Klimawandel selbst entgegenzuwirken. Wälder sind wichtige CO2-Senken. Sie brauchen das Treibhausgas zum Wachsen, sie ziehen es aus der Atmosphäre und lagern es als Kohlenstoff ein – in Blättern, Ästen, Stamm und Wurzeln. Aber können sie das auch noch in Zukunft?
In Australien leitet der Pflanzenphysiologe David Ellsworth von der Western Sydney University ein einzigartiges Experiment. Die Forscher begasen über ein Rohrsystem Teile eines Eukalyptuswaldes mit CO2-Konzentrationen, wie sie zuletzt in einer Heißzeit vor 16 Millionen Jahren, im Miozän, herrschten – und wie sie Mitte des Jahrhunderts wieder herrschen könnten. Er will damit die bislang geltende Theorie testen, dass Wälder umso mehr CO2 aufnehmen, je mehr in der Atmosphäre ist. Das Ergebnis: Zwar nehmen die Versuchsbäume tatsächlich mehr CO2 auf als die Vergleichsbäume, doch statt ihn als Kohlenstoff einzulagern und schneller zu wachsen, geben sie über Austauschprozesse im Boden auch wieder mehr CO2 ab als zuvor. Ein Effekt, den Klimaprognosen bislang zu wenig berücksichtigt haben.
Auch die Aufnahmekapazität der größten Kohlenstoffspeicher an Land, die tropischen Regenwälder Südamerikas und Afrikas, stößt an ihre Grenzen – sogar in bislang völlig unberührten Regionen. Der Grund: Das zusätzliche CO2 in der Atmosphäre lässt die Bäume zwar schneller wachsen, aber wegen zunehmender Hitze und Trockenheit sterben sie auch schneller und verrotten – und geben dabei CO2 ab. So könnten die tropischen Regenwälder in Zukunft den Klimawandel sogar beschleunigen.
Umwälzungen in der Vegetation der Erde haben in allen Lebensräumen auch gravierende Konsequenzen für Tiere. Der US-Paläontologe Philip Gingerich von der University of Michigan hat im Bighorn Basin eine erstaunliche Form der Anpassung gefunden: Säugetiere, wie die einst verbreitete Huftierart Ectocion, sind während der Heißzeit vor 56 Millionen Jahren geschrumpft, um etwa 20 Prozent. Forscher nennen das Phänomen Verzwergung – vermutlich eine Anpassung an geringeres Nahrungsangebot und größere Hitze. Was wie Paläo-Science-Fiction klingt, könnte sich nun erneut abzeichnen: Studien in Südafrika bei Erdmännchen zeigen, dass auch ihr Nachwuchs in heißen und trockenen Phasen kleiner bleibt.
Für große Tierarten wie Elefanten und Nashörnern ist Verzwergung keine Überlebensstrategie. Sie leben sehr lange, haben wenige Nachkommen – und bräuchten darum sehr viel mehr Zeit, um sich körperlich anpassen zu können. Aber die haben sie nicht – der menschengemachte Klimawandel verläuft rund zehnmal schneller als während der Heißzeit des PETM.
Eine neue Heißzeit wirft ihre Schatten voraus. Wie sie das Leben auf der Erde verändern könnte, untersuchen Forschende an Hitzeperioden der Vergangenheit. Diese Dokumentarreihe begleitet ihre Spurensuche. (Text: ZDF)

Die Erderwärmung verändert unsere Ozeane. Wie sie in Zukunft aussehen könnten, erforschen Wissenschaftler, indem sie marine Lebensbedingungen vergangener Heißzeiten rekonstruieren.
Auf Koralleninseln, in Sedimentkernen und an Fossilienfundstätten stoßen sie auf Spuren dieser extremen Klimaphasen. Messungen mit Unterwasserdrohnen, Experimente in Testbecken und Laboranalysen zeigen: Auch heute drohen Sauerstoffmangel, Artensterben und Überflutungen.
An der Universität Utrecht untersucht Paläozeanograf Appy Sluijs in Sedimentproben aus dem Atlantik vor Ghana, wie sich die tropischen Meere in der extremen Heißzeit vor 56 Millionen Jahren verändert haben. Das Ergebnis: Die Wassertemperatur ähnelte einem Whirlpool. Bis zu 38 Grad war das Meer warm, und nahezu alles Leben verschwand daraus.
Vor allem Tiere und Pflanzen in den heutigen warmen Meeresgebieten könnten zu Verlierern des Klimawandels werden. Viele Organismen haben sich in den letzten 2,58 Millionen Jahren an die kühlen Verhältnisse der Eiszeit angepasst. Lange sehr kalte Phasen wechseln sich dort ab mit kurzen Warmzeiten, in der wir heute leben. Für dieses eiszeitliche Temperaturspektrum ist das Leben in den Ozeanen optimiert. Die aktuelle Erwärmung im Rekordtempo könnte die Anpassungsfähigkeit der Organismen übersteigen, denn ein solches Klima haben sie noch nie erlebt.
Auch die tropischen Korallenriffe sind Opfer dieser schnellen Erwärmung. Die Korallenbleiche hat sie weltweit stark geschädigt. Ausnahme: Die Korallengebiete im nördlichen Roten Meer bei Eilat in Israel. Dort erforscht ein Team um den Meeresbiologen Maoz Fine, warum sie dort noch intakt sind. Vor rund 7000 Jahren konnten die Korallen in das Gebiet einwandern, weil sie sich anpassen mussten, um eine Engstelle mit besonders hohen Wassertemperaturen am Horn von Afrika passieren zu können. Der Golf von Akaba könnte daher schon bald zu einem der letzten natürlichen Refugien für tropische Korallen weltweit werden.
Der Klimawandel setzt auch kühlere Meeresgebiete stark unter Druck. Vor der Küste der US-Bundesstaaten Oregon und Washington ist Ozeanograf Jack Barth mit seinem Team einer Veränderung im Zusammenspiel zwischen Wind und Ozean auf der Spur. Der Wind treibt dort zunehmend eine Meeresströmung an, die kaltes, nährstoffreiches Wasser aus der Tiefe aufsteigen lässt. Dadurch wächst das Plankton stärker, das wiederum Nahrungsgrundlage für viele Lebewesen ist. Viele Lebewesen bedeuten aber auch: Wenn die Organismen absterben, sinken sie zum Meeresboden und werden unter Sauerstoffverbrauch von Bakterien abgebaut.
Dort bilden sich deshalb immer häufiger Todeszonen, in denen Seesterne, Seeigel, Muscheln und Krebse verenden. Auch in früheren Heißzeiten wuchsen vor vielen Küsten Sauerstoffminimumzonen immer stärker an. Extremwetter spülte in diesen Phasen oft große Mengen Sediment in die Meere. Darin enthaltene Mineralstoffe wirkten wie Dünger und trieben den Teufelskreis an. Ganze Meeresgebiete kippten damals um und wurden zu Todeszonen.
Die Erderwärmung verändert nicht nur das Leben in den Ozeanen. Sie führt auch zu einem gefährlichen Anstieg des Meeresspiegels. Wie hoch er sein wird, versuchen Forscher und Forscherinnen um die Geologin Maureen Raymo von der Columbia University in New York herauszufinden. Sie rekonstruieren deshalb, wie stark der Meeresspiegel in der letzten Zwischeneiszeit vor 125.000 Jahren angestiegen ist. Damals lagen die Temperaturen rund zwei Grad über dem vorindustriellen Niveau – ein Wert, den wir bald wieder erreichen könnten. Das Ergebnis: Der Meeresspiegel damals lag um vier Meter höher als heute. Eine Größenordnung, die reicht, um riesige Küstengebiete weltweit zu überfluten.
Eine neue Heißzeit wirft ihre Schatten voraus. Wie sie das Leben auf der Erde verändern könnte, untersuchen Forschende an Hitzeperioden der Vergangenheit. Diese Dokumentarreihe begleitet ihre Spurensuche. (Text: ZDF)

Die Erderwärmung bedroht unsere Zivilisation. Wie sie sich auswirken könnte, ermitteln Forschende anhand von Daten vergangener Heißzeiten und Vorboten, die sich heute schon zeigen.
Die notwendige Anpassung unserer Städte an höhere Temperaturen, der Meeresspiegelanstieg und die Auswirkungen des Klimawandels auf die Welternährung stellen uns vor riesige Herausforderungen – gleichzeitig müssen wir es schaffen, die Erderwärmung abzubremsen.
An der Arizona State University beschäftigt sich die Stadtplanerin Ariane Middel damit, wie gut die unterschiedlichen Arten von Schatten zur Abkühlung beitragen können, denn die Städte der Welt heizen sich, angetrieben von der Erderwärmung, noch schneller und stärker auf als das Umland. Begrünung, künstliche Schattenflächen, helle und kühlende Gebäudeoberflächen sollen helfen, sich an das heißer werdende Klima anzupassen.
Wie sich der Temperaturanstieg auf die Landschaften auswirkt, versucht die Wissenschaft durch den Blick in die erdgeschichtliche Vergangenheit herauszufinden. Wichtige Hinweise liefert die Klimaphase vor 56 Millionen Jahren. Im sogenannten PETM, dem Paläozän/​Eozän-Temperaturmaximum, wurde die Erde durch massive Vulkanausbrüche in nur 10.000 Jahren um fünf Grad heißer. Es kam zu grundlegenden Veränderungen. Übertragen auf unsere heutige Entwicklung fürchten Forschende, dass ganze Regionen in Afrika, Mittel- und Südamerika und Asien unbewohnbar werden könnten.
Dazu droht mit dem Meeresspiegelanstieg auf allen Kontinenten weiteres Unheil für die Küstenbewohner: Pro Zentimeter Meeresspiegelanstieg ist der Lebensraum von etwa einer Million Menschen gefährdet.
Die Erderwärmung durch den Anstieg von Kohlendioxid wird auch drastische Auswirkungen auf unsere Nahrungsmittelproduktion haben. Forschende der Universität Gießen kommen zu dem Ergebnis: Die Pflanzen wachsen zwar schneller, reichern aber deutlich weniger Nährstoffe, Proteine und Spurenelemente an – ein riesiges Problem für die Ernährung der Weltbevölkerung. Dazu kommt der zusätzliche Druck, unter dem die Anbauflächen der Welt durch Dürren und Extremwetterereignisse stehen – beides tritt immer häufiger auf, je mehr die Erde sich erwärmt. Die Landwirtschaft wird sich mit neuen Pflanzenarten und Anbaumethoden darauf einstellen müssen.
Auch wenn weltweit Anpassungsstrategien erkundet werden: Wir müssen auch die Ursache der Erderwärmung bekämpfen. Die Reduzierung des Ausstoßes von Kohlendioxid allein wird dabei nicht reichen. Forschende suchen deshalb weltweit nach neuen Technologien, die der Atmosphäre das Treibhausgas entziehen können. Sie arbeiten an Pflanzen, die der Atmosphäre deutlich mehr CO2 entziehen sollen als bisher oder prüfen, wie die Ozeane noch mehr davon aufnehmen können.
Eine neue Heißzeit hat begonnen und verändert das Leben auf unserem Planeten. Wie die Zukunft unserer Zivilisation aussehen könnte, erforschen Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen an Daten aus der Erdgeschichte. Und sie suchen nach neuen Konzepten, um die Erderwärmung zu bremsen. (Text: ZDF)