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Unser Planet erwärmt sich heute, das ist eine Tatsache. Aber es ist nicht die heißeste Zeit in der Geschichte unseres Planeten – weit davon entfernt, um genau zu sein. Zu verschiedenen Zeiten, vor Millionen oder Milliarden von Jahren, war es auf der Erde viel wärmer als heute.

Einer der bemerkenswertesten Hitzeschübe fand vor 56 Millionen Jahren statt, während des Paläozän-Eozän-Thermalmaximums (PETM). Es handelte sich um eine relativ kurze Periode rascher, abnormaler Erwärmung. Während dieser Zeit stiegen die Temperaturen, die bereits weit über dem Normalwert lagen, innerhalb weniger tausend Jahre um etwa 5 Grad Celsius an. Weit jenseits des Äquators herrschten tropische Bedingungen, und an den Polen fehlten die Eiskappen vollständig.

Die Auswirkungen auf das Leben waren dramatisch. Meeresorganismen starben in Scharen, weil sie mit dem wärmeren Wasser nicht zurechtkamen. Die Säugetiere hingegen profitierten davon und breiteten sich in den folgenden Jahrtausenden rasch aus, wodurch die Voraussetzungen für künftige Arten, darunter auch für uns, geschaffen wurden.

Das PETM ist auch ein Maßstab für unser heutiges Klima, denn es gibt Aufschluss darüber, wie es aussieht, wenn sich die Erde rasch erwärmt und gleichzeitig Kohlenstoff in die Atmosphäre gelangt.

Das PETM wurde jedoch nicht durch atmosphärischen Kohlenstoff ausgelöst, obwohl dieser den Temperaturanstieg verschärfte. Eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität von Hawaii und der Universität Utrecht geht stattdessen davon aus, dass es ein Zusammentreffen von astronomischen und terrestrischen Bedingungen war, die unseren Planeten zum Umkippen brachten.

Die in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Entdeckung trägt zu unserem Verständnis darüber bei, wie Veränderungen in der Erdumlaufbahn das Klima beeinflussen. Sie bietet auch Einblicke in einen seltenen historischen Präzedenzfall für unsere gegenwärtige Ära der globalen Erwärmung.

Orbitale Merkwürdigkeiten

Der Kern des Problems ist die Tatsache, dass die Erdbahn nicht der perfekte, stabile Kreis ist, den wir uns normalerweise vorstellen. Unsere Bahn um die Sonne sieht in Wirklichkeit wie ein leicht gequetschter Kreis oder eine Ellipse aus. Die Astronomen nennen dies Exzentrizität, und sie schwankt vorhersehbar im Laufe der Zeit und wird in einem regelmäßigen Zyklus mehr oder weniger gequetscht. Aber der Grad der Exzentrizität hat spürbare, wenn auch subtile Auswirkungen auf das Klima, sagt Richard Zeebe, Ozeanograph an der University of Hawaii und Mitautor der Studie.

„Wenn wir die letzten 100 Millionen Jahre betrachten, sehen wir deutliche Beziehungen zwischen Veränderungen der Exzentrizität und dem Klima“, sagt er.

Er und sein Mitautor Lucas Lourens verwendeten einen Sedimentkern aus dem Südatlantik, um Veränderungen der Exzentrizität der Erde zur Zeit des PETM zu verfolgen. Sie untersuchten, welche Arten von Sedimenten sich übereinander ablagerten, und entdeckten ein regelmäßiges Muster, das mit den Zyklen der Exzentrizität aus astronomischen Modellen übereinstimmte. Da sich die Sedimente vorhersehbar verändern, wenn sich das Klima ändert, sind sie ein guter Indikator für die Schwankungen in der Erdumlaufbahn, so die Autoren.

Mit dieser Methode konnten sie den plötzlichen Temperaturanstieg des PETM vor 56 Millionen Jahren lokalisieren, genau zu dem Zeitpunkt, als die Erdumlaufbahn am exzentrischsten oder elliptischsten war.

Eine exzentrischere Umlaufbahn würde bedeuten, dass mehr Sonnenstrahlung auf die Erde trifft, sagt Zeebe. Es ist also logisch, dass dies zu einer Erwärmung führen würde. Und das Klima der Erde war zu dieser Zeit bereits heiß, was bedeutet, dass es für die Art von Rückkopplungsmechanismen, die zum PETM führten, vorbereitet war.

„Es gibt Hinweise darauf, dass dies einfach ein Schwellenverhalten auslöste“, sagt er. „Man erwärmt sich also langsam, langsam, langsam, und dann gibt es einen Auslöser wie die Exzentrizität, die dann Rückkopplungen auslösen kann, die im Wesentlichen zum PETM führen.“

Die erdrückenden Bedingungen hielten etwa 170.000 Jahre lang an, sagt Zeebe, eine längere Zeitspanne als einige frühere Schätzungen annahmen.

Modernes Analogon

Die neue Erklärung für das PETM ist schon für sich genommen faszinierend und erinnert uns daran, dass die Dynamik der Erdumlaufbahn reale Auswirkungen auf unser Leben haben kann. Aber das PETM ist auch als Quelle für das Verständnis des heutigen Klimawandels von unschätzbarem Wert. Es ist eine der wenigen Perioden in der Erdgeschichte, in der sich das Klima sehr schnell sehr stark erwärmt hat, und es könnte Hinweise darauf geben, was wir in naher Zukunft erwarten können.

Ein Ergebnis des PETM waren Aussterbeereignisse und die rasche Verlagerung von Arten in neue Lebensräume, und die Auswirkungen dieser biologischen Störungen wirken sich noch heute aus. Der Klimawandel setzt Arten auf der ganzen Welt in ähnlicher Weise unter Stress, während er anderen den Zugang zu neuen Lebensräumen ermöglicht.

Und das PETM ist auch eine Warnung für uns, als ob wir noch eine bräuchten. Zwar ist die Erde noch nicht von einer so extremen Erwärmung wie vor 56 Millionen Jahren bedroht, aber schon ein paar Grad mehr könnten katastrophale Folgen haben. Die Art von Rückkopplungseffekten, die damals durch eine geringe Erwärmung ausgelöst wurde, könnte sich heute wiederholen und eine kleine Veränderung in eine massive verwandeln.

„Man stupst das System in eine Richtung an, und die Reaktion des Systems ist, noch weiter in diese Richtung zu gehen“, sagt Zeebe.