Karibische Schwämme deuten auf früheren Beginn der Erderwärmung hin

05.02.2024

Untersuchung von Schwämmen im Karibischen Meer deutet auf Beginn der Erderwärmung um 1860 hin

demnach liegt die globale Durchschnittstemperatur an der Erdoberfläche aktuell 1,7 Grad über vorindustriellem Niveau

unabhängige Klimaforschende nennen Schlussfolgerungen zu globaler Erderwärmung und Überschreitung des 1,5-Grad-Ziels unhaltbar

Eine Untersuchung der Skelette von Schwämmen im Karibischen Meer deutet darauf hin, dass die Erderwärmung schon in den 1860er Jahren begann. Dies wäre rund ein Jahrhundert früher als laut den Modellierungen des Weltklimarats IPCC. Die aktuelle durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche läge damit bereits 1,7 Grad höher als in der vorindustriellen Zeit. Der Weltklimarat geht dagegen von einer aktuellen durchschnittlichen Erwärmung von 1,2 Grad aus. Diese Ergebnisse veröffentlicht ein Forschungsteam aus den USA und Australien heute im Fachjournal „Nature Climate Change“ (siehe Primärquelle). Die unabhängigen Klimaforschenden, die das SMC befragt hat, kritisieren die Schlussfolgerungen zur globalen Erderwärmung deutlich.

Bei der in der Studie untersuchten Art Ceratoporella nicholsoni handelt es sich um koralline Schwämme, die extrem langsam wachsen und mehrere Jahrhunderte alt werden können. Die Schwämme haben ein Skelett aus Kalk, dessen chemische Zusammensetzung Aufschluss über vergangene Umweltbedingungen geben kann.

Die untersuchten Schwämme wurden an Standorten um die karibische Insel Puerto Rico in einer Wassertiefe zwischen 33 und 91 Metern gesammelt. Aus dem Verhältnis zweier Elemente in ihren Skeletten – Kalzium und Strontium – leiten die Forschenden Aussagen über die umgebende Meerestemperatur seit Beginn des 18. Jahrhunderts ab. Daraus ziehen sie Rückschlüsse über die globalen Temperaturen der Meeresoberflächenwasser und daraus wiederum über die globalen Durchschnittstemperaturen der gesamten Erdoberfläche.

Den Forschenden zufolge sind diese Stellvertreter- oder „Proxy-Daten“ genauer als die Temperaturdaten, auf denen die Modellierung des Weltklimarats basiert. Grund dafür sei, dass direkte Messungen der Meeresoberflächentemperatur erst ab Mitte des 19. Jahrhunderts vorliegen und die Abdeckung zu dieser Zeit gering war. Zudem unterliegen die Temperaturen an der Meeresoberfläche größeren kurzfristigen Schwankungen als die Temperaturen in tieferen Ozeanschichten. Den Forschenden zufolge sei die vorindustrielle Referenzperiode des Weltklimarats – 1850 bis 1900 – ungünstig gewählt, da die globale Durchschnittstemperatur damals bereits anstieg. Dadurch entstehe der Unterschied von 0,5 Grad in den Schätzungen der aktuellen Erderwärmung zwischen der aktuellen Studie und dem Weltklimarat.

Das SMC hat Forschende aus den Bereichen der Geochemie und Klimamodellierung befragt, inwiefern die in der Studie verwendeten lokalen Daten weitreichende Schlussfolgerungen über die globale Durchschnittstemperatur zulassen und welche Bedeutung es hätte, wenn die Erderwärmung bereits 1,7 Grad über dem vorindustriellen Niveau läge.

Übersicht

Prof. Dr. Bernd Schöne, Leiter der Arbeitsgruppe Paläontologie / Sclerochronologie, Institut für Geowissenschaften, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Prof. Dr. Anton Eisenhauer, Professor für Marine Umweltgeochemie und Leiter der Arbeitsgruppe Marine Isotopensysteme, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Kiel
Prof. Dr. Jochem Marotzke, Direktor der Forschungsabteilung Ozean im Erdsystem, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg
Prof. Dr. Daniela Schmidt, Professorin für Paläobiologie, School of Earth Sciences, Faculty of Science, University of Bristol, Vereinigtes Königreich
Prof. Dr. Gabriele Hegerl, Professorin für Climate System Science, Forschungsgruppe, Atmospheric Chemistry and Climate of the Anthropocene, School of Geosciences, University of Edinburgh, Vereinigtes Königreich
Dr. Helge Goessling, Klimaphysiker und Arbeitsgruppenleiter, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven
Prof. Dr. Mojib Latif, Leiter des Forschungsbereiches Ozeanzirkulation und Klimadynamik, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Kiel
Prof. Dr. Johanna Baehr, Professorin, Leiterin Klimamodellierung, Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN), Universität Hamburg

Statements

Prof. Dr. Bernd Schöne

Leiter der Arbeitsgruppe Paläontologie / Sclerochronologie, Institut für Geowissenschaften, Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Methodik

„Die in der Studie verwendeten analytischen Methoden folgen gängigen Verfahren. Wie aus den kongruenten, gleichläufigen Strontium/Kalzium-Zeitreihen hervorgeht, sind qualitativ hochwertige, datierte chemische Datensätze erzeugt worden.“

Einordnung in frühere Studienergebnisse

„Vergleichbar hoch aufgelöste Temperatur-Proxy-Daten aus dem Meer liefern nur wenige andere Archive, darunter insbesondere tropische Flachwasser-Korallen, in denen nach Aussage der Autorenschaft jedoch der anthropogene Erwärmungstrend durch natürliche Schwankungen des Klimas überlagert wird. Ähnlich verhält es sich bei Datensätzen aus korallinen Rotalgen und Muscheln, die ähnlich hohe zeitliche Auflösung bieten – das heißt saisonal bis jährlich – aber neben langfristigen Trends auch überlagernde dekadische Oszillationen beinhalten. Diese erschweren es, den Beginn der anthropogen verursachten Erwärmung exakt zu ermitteln.“

„Einer aus Magnesium-Kalzium-Werten koralliner Rotalgen Schottlands rekonstruierten Temperaturkurve zufolge startete der bis heute anhaltende Erwärmungstrend ebenfalls bereits Mitte des 19. Jahrhunderts [1]. Dagegen stiegen die Temperaturen in weiter nördlich gelegenen Regionen, das heißt in Nord-Island, wohl erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts an [2]. Diese Daten wurden aus stabilen Isotopen des Sauerstoffs (δ18O) ermittelt. Beim δ18O-Thermometer besteht prinzipiell dasselbe Dilemma wie bei Strontium/Kalzium: Die chemische Signatur des Wassers während des Wachstums der Muscheln muss bekannt sein.“

Rückschlüsse über globale Erderwärmung

„Die konsistenten Trends in den Strontium/Kalzium-Zeitreihen untermauern die Schlussfolgerung, dass die Oberflächenwasser-Temperatur in der Untersuchungsregion schon deutlich früher angestiegen ist, als es instrumentelle Messreihen vermuten lassen, beziehungsweise dass die vorindustrielle globale Durchschnittstemperatur geringer war als bislang angenommen. Bezogen auf eine neue Referenzlinie würde die gegenwärtige Oberflächentemperatur dann bereits um 1,7 Grad Celsius gegenüber der vorindustriellen Zeit angestiegen sein.“

„Einschränkend sei aber angemerkt, dass ungewiss bleibt, ob die Strontium/Kalzium-Werte des Wassers wirklich konstant und unverändert geblieben sind. Diese Werte sind essentiell, um die Strontium/Kalzium-Daten aus dem Aragonit der Schwämme – und anderer, geeigneter biogener Archive – in Temperaturen zu übersetzen. Oft wird angenommen, das Strontium/Kalzium-Verhältnis im Wasser sei über sehr lange Zeiträume praktisch unveränderlich. Dieses wird deshalb in der Transferfunktion als Konstante gesetzt. Tatsächlich schwanken Strontium/Kalzium-Werte in Raum und Zeit wohl erheblicher als vermutet [3].“

„Derzeit existieren weder zeitlich hochaufgelöste Langzeitbeobachtungen noch hochaufgelöste Rekonstruktionen der Strontium/Kalzium-Signaturen im Ozean. Mithin bleibt unklar, ob die beobachteten Trends ein reines Temperatursignal darstellen oder auch auf Änderungen des Strontium/Kalzium Verhältnisses im Wasser zurückzuführen sein könnten.“

Prof. Dr. Anton Eisenhauer

Professor für Marine Umweltgeochemie und Leiter der Arbeitsgruppe Marine Isotopensysteme, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Kiel

Methodik

„Die Methode der Studie umfasst drei wesentliche Aspekte: Erstens wurden für die Temperatur-Rekonstruktion koralline kalzifizierende Schwämme verwendet – und nicht wie sonst üblich Korallen. Diese Schwämme sind das bessere und stabilere Klimaarchiv. Sie wachsen in größeren Wassertiefen von circa 20 bis 90 Meter Wassertiefe und repräsentieren die durchmischte Oberflächenwassermasse des Ozeans. Die Korallen reflektieren ausschließlich die Oberflächentemperatur des Meerwassers der oberen etwa fünf Meter Wassertiefe. Will man Langzeittrends sehen, sind die korallinen Schwämme viel besser geeignet, so wie auch in der Studie geschehen.“

„Zweitens die Strontium/Kalzium-Methode zur Rekonstruktion der Meerwassertemperaturen und drittens die Uranium/Thorium-Methode zur Bestimmung der absoluten Probenalter. Beide Methoden sind sogenannte Proxy-Methoden. Sie sind ausgereift und seit mehr als 30 Jahren mit zunehmender Präzision bei der Rekonstruktion von Klimavariabilität in der Vergangenheit im Einsatz.“

„Probleme mit der Präzision und Richtigkeit der Daten treten bei beiden Methoden als Funktion des Alters der Probe auf, das heißt. wenn die Probe selbst viele tausend Jahre alt ist, dann sind die Rekonstruktionen mit höheren Fehlern belastet. Dies ist in dieser Studie jedoch nicht der Fall, da die Proben weniger als 300 Jahre sind. So kann von einer größtmöglichen Zuverlässigkeit der Temperaturrekonstruktion und der Altersangaben ausgegangen werden.“

„Die Autoren vergleichen/kalibrieren lokale Messwerte mit globalen Meerwassertemperaturen. Dies ist eher ungewöhnlich, aber nicht grundsätzlich falsch, denn die Autoren verweisen zurecht darauf, dass die karibischen Oberflächenwassertemperaturen immer dem globalen Trend gefolgt sind.“

„Auffällig ist, dass alle Strontium/Kalzium-Profile einen unterschiedlichen Startwert haben (siehe Abbildung 2), das heißt in Wassermassen mit unterschiedlicher Temperatur gewachsen sind. Für die Studie spricht aber, dass alle Strontium/Kalzium-Profile die gleiche Steigung zeigen. Genau dies ist wichtig, um eine präzise Rekonstruktion der Wassertemperaturen zu bekommen.“

Einordnung in frühere Studienergebnisse

„Meines Wissens gibt es keine vergleichbaren Studien, die auf ähnliche Untersuchungen von Korallen basieren. Korallen sind aufgrund ihrer symbiontischen Lebensweise mit Photosynthese treibenden Zooxanthellen darauf angewiesen direkt an der Meeresoberfläche zu wachen. Das Korallenarchiv reflektiert daher vor allem die atmosphärischen und kurzzeitigen Variationen des Klimas – insbesondere herausgehobene Ereignisse wie El-Niño-Ereignisse oder Vulkanausbrüche, die zu starker Erwärmung beziehungsweise Abkühlung des Meerwassers führen.“

„Koralline Schwämme wachsen in größeren Tiefen bis zu 150 Metern Wassertiefe. Sie können das, da sie keine Symbionten benötigen. Darüber hinaus wachsen sie in Unterwasserhöhlen alter fossiler Riffe. Sie reflektieren die gesamte durchmischte Wassermasse (,ocean mixed layer‘). Dies ,puffert‘ kurzzeitige Veränderungen wie Vulkanausbrüche und/oder El-Niño-Ereignisse ab. Schwämme repräsentieren somit eher den Langzeittrend der Klimaentwicklung, wie in der Studie dargestellt. Unsere Studie aus dem Jahr 2003 lieferte bereits Hinweise aus derselben Art von Schwämmen, dass die Erwärmung bereits im 19. Jahrhundert begonnen hat [4]. Wir gehen davon aus, dass die Erwärmung im frühen 19. Jahrhundert vermutlich das Ende der ,Kleinen Eiszeit‘ markiert, welche dann später vom anthropogenen Effekt durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern überlagert wurde.“

Schwierigkeiten bei der Klimarekonstruktion aus Proxy-Daten

„Die Meereswassertemperatur der Vergangenheit muss über chemische Indikatoren aus passenden geochemischen Archiven rekonstruiert werden. Dazu gibt es verschiedene Methoden, zum Beispiel die Sauerstoffisotopie oder das Strontium/Kalzium-Methode gemessen in Kalziumkarbonat (CaCO₃) der Mineralform Aragonit, so wie es bei Korallen oder korallinen Schwämmen der Fall ist.“

„Das große Problem ist, dass mit zunehmenden fossilem Alter die Rekonstruktionen ungenauer werden, da die Bedingung des ,closed system behavior‘ verletzt werden und vor allem Korallen sich durch Umkristallisierung öffnen und die ursprünglichen Werte in der Koralle durch Meerwasser kontaminiert werden. Das kann dazu führen, dass sowohl das gemessene Alter als auch die Temperaturrekonstruktion nicht mehr die primären Temperaturen darstellen. Dies ist in dieser Studie aber nicht der Fall, da die Proben geologisch sehr jung sind, so dass davon ausgegangen werden kann, dass die gemessenen Werte mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit originale Werte darstellen.“

„Problematisch ist außerdem die Kalibration der gemessenen Strontium/Kalzium-Werte zur Temperatur. Dies geschieht in der Regel in Labor- und Feldversuchen unter kontrollierten Bedingungen. Für koralline Schwämme ist dies aber meines Wissens noch nicht gemacht worden, da koralline Schwämme viel langsamer wachsen als Korallen, was Labor- und Feldversuche ausschließt. Man ist daher auf Kalibrationen mit lokalen, regionalen, aber auch globalen Temperaturzeitreihen angewiesen. Letzteres wurde in der Studie durchgeführt.“

Rückschlüsse über globale Erderwärmung

„Die Rückschlüsse der Studie von den gemessenen Werten in den korallinen Schwämmen auf die globalen, historischen Meerestemperaturen sind valide und sollten berücksichtigt werden. Was noch fehlt, ist eine Bestätigung der Ergebnisse durch Schwämme in anderen Gebieten und unabhängiger Gruppen.“

Auf die Frage, inwiefern die Ergebnisse belegen, dass die globale Durchschnittstemperatur an der Erdoberfläche seit der vorindustriellen Zeit um 1,7 Grad gestiegen ist:
„In der Tat erlauben die vorgestellten Proxy-Daten eine solche Interpretation. Bevor jedoch endgültige Schlüsse gezogen werden können, müssen diese Ergebnisse durch Messungen aus anderen Meeresgebieten und Arbeitsgruppen bestätigt werden.“

„Die Studie wird sicher eine breite Diskussion in den Fachkreisen über den Beginn der Erwärmung auslösen. Es ändert aber nichts und das ist ganz wichtig, dass die Erwärmung der Erde so wie wir sie heute erleben auf den industriellen CO_2-Ausstoß zurückzuführen ist.“

Auf die Frage, inwiefern die vorindustrielle Referenzperiode durch den Weltklimarat falsch definiert ist:
„Definitionen basieren auf dem Konsens der Wissenschaftler. Ob wir den Beginn der Erderwärmung früher oder später definieren, ist nicht maßgeblich. Maßgeblich ist, dass wir wissen, dass die Erwärmung, die wir heute erfahren, durch den Eintrag der Verbrennung fossiler Energieträger verursacht wird.“

„Es wird aber zu einer Diskussion kommen, was die Daten aus den korallinen Schwämmen bedeuten, was dieser dokumentiere frühe Beginn der modernen Erderwärmung bedeutet und was dessen Ursachen sein könnten.“

Prof. Dr. Jochem Marotzke

Direktor der Forschungsabteilung Ozean im Erdsystem, Max-Planck-Institut für Meteorologie, Hamburg

Rückschlüsse über globale Erderwärmung

„Zur Geochemie kann ich nichts sagen, ebenso wenig dazu, wie gut das verwendete Isotopenverhältnis die lokale Temperatur wiedergibt. Ich nehme einmal ein, dass beides in Ordnung ist. Die Aussagen aber, dass die Proxydaten für die lokale Temperatur die global gemittelte Meeresoberflächentemperatur widerspiegeln, sind rein spekulativ und nicht durch handfeste Belege gedeckt.“

„Die Probleme sind im Einzelnen: Erstens, der der als Beleg herangezogene Trend in Caesar et al. (2018) erstreckt sich über fast 150 Jahre, hier geht es aber um dekadische Schwankungen. Dieser ,Beleg‘ ist also keiner. Zweitens wird nur spekuliert und durch nichts belegt, dass die lokale Temperaturänderung in der Karibik unbeeinflusst von natürlicher Variabilität ist. Die eigene Abbildung ,Extended Data Figure 4‘ widerspricht dieser Annahme eklatant. Drittens, die Kalibrierung gegen die globale Temperaturänderung über den Zeitraum 1960 bis 2017 ist statistisch unhaltbar. Es wird mit der Regressionsgeraden korreliert. Viertens, es wird – erwiesenermaßen fehlerhaft – argumentiert, dass im Gleichgewicht die Erwärmung über Land und über dem Ozean gleich sein müssten. Unterschiede in der transienten Erwärmung entstehen nicht nur durch die höhere Wärmekapazität des Ozeans.“

„Die Arbeit liefert keinerlei schlüssigen Belege dafür, dass die Schwammskelette an einem einzigen Ort etwas über die globale Mitteltemperatur aussagen.“

Auf die Frage, inwiefern die Ergebnisse belegen, dass die globale Durchschnittstemperatur an der Erdoberfläche seit der vorindustriellen Zeit um 1,7 Grad gestiegen ist:
„Die Schlussfolgerung, die Welt habe sich bereits um 1,7 Grad erwärmt, ist unhaltlbar. Die Arbeit versucht nicht einmal im Ansatz, die Ursache für die unterschiedlichen Ergebnisse herauszufinden.“

Temperaturmodellierung des Weltklimarats

Auf die Frage, worauf die historischen Temperaturwerte beruhen, die vom Weltklimarat genutzt werden:
„Schiffsmessungen im globalen Ozean, Temperaturmessungen an Land und ausgefeilte statistische Verfahren.“

Auf die Frage, warum der in den Schwamm-Skeletten ersichtliche Temperaturanstieg zwischen 1860 und 1960 in den Daten des Weltklimarats nicht erkennbar ist:
„Hier kann ich nur spekulieren. Die glaubwürdigste Antwort in Bezug auf die IPCC-Ergebnisse lautet, dass der Temperaturanstieg global eben nicht stattgefunden hat. In einem kleinen Stück Ozean mag es hingegen durchaus eine Erwärmung gegeben haben. Wir wissen, dass natürliche Variabilität auf kleinen Skalen viel ausgeprägter ist.“

„Mein Fazit bezüglich dieser Arbeit: Bitte so schnell wie möglich den Mantel des Vergessens darüber legen.“

Prof. Dr. Daniela Schmidt

Professorin für Paläobiologie, School of Earth Sciences, Faculty of Science, University of Bristol, Vereinigtes Königreich

„Die Rekonstruktion der Ausgangswerte für das Klima der Vergangenheit ist von grundlegender Bedeutung, damit wir die Einzigartigkeit unserer aktuellen Klimakrise verstehen. Skelette und Schalen von Fossilien sind ein wichtiges Archiv für diese Veränderungen und bilden die Grundlage für diese Analyse.“

„Solche Studien sind eine Herausforderung, wegen der geringen Anzahl der Proben, der regionalen Gegebenheiten und der starken biologischen Veränderung des Klimasignals durch Organismen. Dies führt zu Unsicherheiten der Rekonstruktion der Klimavariablen – hier Temperatur – durch die Proxy-Daten. Die Behauptung, dass wir 1,5 Grad Celsius überschritten haben könnten, wird ziemlich selbstbewusst aufgestellt, obwohl es in dieser Studie mehrere Unsicherheiten und Einschränkungen gibt, die anerkannt werden müssen.“

„Der absolute Grad der Erwärmung hängt immer vom Ausgangswert ab, und verschiedene Gruppen haben dafür unterschiedliche Definitionen. Die absolute Zahl sollte jedoch nicht im Mittelpunkt der Diskussion stehen. Das Pariser Abkommen hat sich zwar stark auf 1,5 Grad konzentriert, aber wir wissen, dass die Auswirkungen mit jeder weiteren Erwärmung zunehmen. Das Verfehlen eines Ziels sollte nicht bedeuten, dass wir alle Hoffnung verlieren, sondern dass wir unsere Anstrengungen verstärken müssen. Auch hier hängt es von der Definition ab, ob wir dieses Ziel verfehlen. Ein Jahr mit einer Erwärmung von mehr als 1,5 Grad Celsius wird den Menschen und der Natur noch die Möglichkeit geben, sich zu erholen. Die Dauer und geografische Ausdehnung der Überschreitung stellt uns als Gesellschaft vor die Herausforderung, die uns bereits zur Verfügung stehenden Optionen zur Eindämmung des Klimawandels umzusetzen und die Risiken durch Anpassung zu verringern.“

„Diese Studie – obwohl interessant für die regionale Klima-Rekonstruktion – hat keine Bedeutung für die Diskussion der Auswirkungen des Klimawandels.“

Prof. Dr. Gabriele Hegerl

Professorin für Climate System Science, Forschungsgruppe, Atmospheric Chemistry and Climate of the Anthropocene, School of Geosciences, University of Edinburgh, Vereinigtes Königreich

„Die Studie zeigt eine neue Aufzeichnung, die bekannte Anomalien wie die kühle Periode nach zwei schweren Vulkanausbrüchen nachzeichnet. Daten aus einer einzelnen Region können jedoch keine globalen Daten ersetzen, da das Klima auf der ganzen Welt variiert, weshalb die einzige Möglichkeit zur Messung der globalen Temperatur darin besteht, Daten aus der ganzen Welt zu erhalten.“

„Die Autoren geben an, dass ihre Daten ,zeigen, dass die Erwärmung im Industriezeitalter Mitte der 1860er Jahre begann, mehr als 80 Jahre früher als die instrumentellen Aufzeichnungen der Meeresoberflächentemperatur‘. Der zweite Teil dieser Behauptung ist nicht zutreffend, da mehrere Analysen gezeigt haben, dass die Erwärmung des Treibhauseffekts ab 1900 nachweisbar ist. Ab diesem Zeitpunkt kann die Erwärmung von der Erholung von der vulkanischen Kälteperiode nach dem Ausbruch des Mount Tambora getrennt werden. Dies beruht auf Proxy-Daten, und Attributionsanalysen von Instrumentaldaten bestätigen eine signifikante Erwärmung sogar im frühen 20. Jahrhundert, die auf den Anstieg der Treibhausgase zurückzuführen ist."

„Es handelt sich also um einen schönen neuen Datensatz, der veranschaulicht, wie die Temperaturen in der Karibik während des Industriezeitraums zu steigen begannen, unterbrochen von vulkanischen Episoden, die eine vorübergehende Abkühlung und erhebliche Schwankungen verursachten. Die Interpretation in Bezug auf die Klimaziele greift jedoch zu kurz.“

„Die vorindustrielle Zeit – 1850 bis 1900 – wird als Baseline definiert, um die Auswirkungen des Klimawandels zu verstehen. Es ist also nicht besonders interessant, ob es vorher etwas kühler oder wärmer war – die letzten zwei Jahrtausende hatten ein relativ stabiles Klima, aber doch einige Schwankungen. Die Periode von 1850 bis 1900 ist der Ankerzeitpunkt, mit dem heutige und zukünftige Klimafolgen verglichen werden.“

Dr. Helge Goessling

Klimaphysiker und Arbeitsgruppenleiter, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven

Rückschlüsse über die globale Erwärmung

„Große Teile der Methodik dieser Studie sind für sich genommen solide. Dennoch habe ich methodische Bedenken, die insgesamt Zweifel an den Ergebnissen aufkommen lassen.“

„Erstens halte ich es für nicht hinreichend belegt, dass die Meerestemperatur einer einzelnen Region – in diesem Fall der Karibik – den langfristigen Verlauf der globalen Durchschnittstemperatur allgemein wiedergibt. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, warum die Autor:innen nicht näher auf existierende Proxy-basierte Rekonstruktionen der globalen Oberflächentemperatur eingehen, welche eine viel größere Fülle an Daten aus unterschiedlichen Regionen einbeziehen und auch frühere Jahrhunderte beleuchten [5] [6].“

„Zweitens begründen die Autor:innen nicht, warum für die Kalibrierung ausgerechnet der Zeitraum ab 1964 herangezogen wird. Würden die vorherigen fünf oder zehn Jahre mit einbezogen, dürfte das auf den Schwamm-Skeletten beruhende Thermometer bereits spürbar geringere Abweichungen für die Zeit vor 1900 gegenüber vorherigen Studien aufweisen.“

„Drittens widersprechen die Ergebnisse einer grundlegenden klimaphysikalischen Gesetzmäßigkeit: Die Landmassen erwärmen sich allgemein stärker, als die Meere, was nicht nur an der thermischen Trägheit der Wassermassen liegt, sondern aufgrund gut verstandener thermodynamischer Ursachen auch langfristig bestehen bleibt [7]. Die Autor:innen berufen sich zwar indirekt auf diesen Zusammenhang, um die stärkere Erwärmung der Landmassen nach den 1980ern zu begründen. Sie bleiben aber eine Erklärung schuldig, warum in den 200 Jahren zuvor kein solcher Erwärmungskontrast zu erwarten sei. Stattdessen wird es als Bestätigung gewertet, dass sich das Land und der Ozean zuvor scheinbar gleichmäßig erwärmt haben.“

„In dieses Bild fügt sich die Feststellung der Autor:innen, dass sich die Erwärmung pro CO₂-Konzentrationszunahme ab den 1980ern zu halbieren scheint. Hierfür wird kein plausibler Erklärungsansatz geliefert. Dieser Widerspruch ergibt sich in den bestehenden Datensätzen mit weniger niedrigen Temperaturen in den vorherigen Jahrzehnten bis Jahrhunderten so nicht.“

„Insgesamt legen diese Argumente nahe, dass die Autor:innen die globalen Temperaturen insbesondere vor 1900 unterschätzen – möglicherweise in einem solchen Maße, dass die bestehenden Schätzungen Bestand haben.“

Temperaturmodellierung des Weltklimarats

Auf die Frage, inwiefern der Weltklimarat die Referenzperiode für die vorindustrielle Zeit ungünstig definiert hat:
„Ich halte es für wahrscheinlich, dass die globale Erwärmung seit der vorindustriellen Zeit in dieser Studie überschätzt worden ist. Zwar ist es richtig, dass der Zeitraum von 1850 bis 1900 bereits eine gewisse Erwärmung aufgrund menschlicher CO₂-Emissionen erfahren haben dürfte. Betrachtet man den Zeitverlauf der CO₂-Konzentration und legt typische Werte für den Zusammenhang zwischen CO₂-Konzentration und globaler Temperatur zugrunde, dürfte bereits eine CO₂-bedingte Erwärmung um circa 0,1 bis 0,15 Grad stattgefunden haben. Es handelt sich bei der Wahl der Referenzperiode (durch den Weltklimarat; Anm. d. Red.) jedoch um einen Kompromiss, der auch der Tatsache Rechnung tragen soll, dass die Datenlage instrumenteller Messungen vor 1850 noch dürftiger ist. Ich sehe daher keine Grundlage dafür, die Wahl der Referenzperiode als falsch zu bezeichnen.“

Auf die Frage, worauf die historischen Temperaturwerte beruhen, die vom Weltklimarat genutzt werden:
„Der hauptsächlich in Frage stehende Datensatz (HadSST4 [8]) ist eine Synthese unterschiedlicher Messdaten der Meeresoberflächentemperatur. Vor dem zweiten Weltkrieg handelte es sich vornehmlich um recht einfache Schiffsmessungen, die mithilfe von Eimern durchgeführt wurden. Die Daten sind daher durchaus mit nennenswerten Unsicherheiten behaftet, insbesondere da die räumliche und zeitliche Abdeckung der Datenpunkte desto dünner wird, je weiter der betrachtete Zeitraum zurück liegt. Proxy-Daten wie jene der vorliegenden Studie können daher tatsächlich dabei helfen, das Bild zu vervollständigen und zu präzisieren. Aus den oben genannten Gründen halte ich es jedoch für wahrscheinlich, dass der Verlauf der globalen Oberflächentemperatur vor 1960 durch die vorhandenen Datensätze – einschließlich HadSST4 – insgesamt besser wiedergegeben wird als durch den hier abgeleiteten Temperaturverlauf.“

Relevanz der Ergebnisse für die Auswirkungen des Klimawandels

„Mich kann diese Studie nicht davon überzeugen, dass die Projektionen der Klimamodelle maßgeblich korrigiert werden müssen. Grundsätzlich ist es nach wie vor eine drängende Frage, wie stark das Klimasystem tatsächlich auf die erhöhten Treibhausgaskonzentrationen reagiert. Auf die Frage, wieviel Erwärmung eine Verdopplung der CO₂-Konzentration bewirkt, lautet die Antwort im jüngsten Sachstandsbericht des Weltklimarats: Wahrscheinlich zwischen 2,5 und 4 Grad – das ist unangenehm viel.“

„Genaueres Wissen darüber, wie die Temperaturen vor 1900 ausgesehen haben, könnte dabei helfen, diese Unsicherheit zu reduzieren. Sollte sich herausstellen, dass die Autor:innen dieser Studie Recht haben, müssten wir uns wohl auch auf eine stärkere zukünftige Erwärmung gefasst machen. Davon bin ich aus den oben genannten Gründen jedoch nicht überzeugt.“

Relevanz der Ergebnisse für das Pariser Abkommen

„Diese Frage ist womöglich eher politischer als physikalischer Natur. Ich halte es persönlich jedoch nicht für hilfreich, die im Pariser Abkommen festgehaltenen Obergrenzen davon abhängig zu machen, wie sich unser Wissen über die globalen Temperaturen vor 1900 verfeinert. Angesichts der umfangreichen klimapolitischen Konsequenzen, die sich ergeben könnten, wäre es womöglich ratsam, die Obergrenzen in Zukunft relativ zu einem Zeitraum zu definieren, für den wir über sehr genaue Messungen verfügen – zum Beispiel relativ zum klassischen Zeitraum von 1961 bis 1990, natürlich mit einer entsprechenden Korrektur der Temperaturänderungsgrenzen nach unten.“

„Schlussendlich entscheidend ist, wie heiß es tatsächlich wird und nicht, wie kühl es vor 150 Jahren war. Letzteres spielt jedoch indirekt eine Rolle, wenn es darum geht genauer einzugrenzen, wie das Klimasystem auf Änderungen reagiert. Die Ergebnisse der aktuellen Studie können hierfür in Zukunft ein Puzzlestück beitragen, sollten aber aufgrund der genannten Schwächen nicht überbewertet werden.“

Prof. Dr. Mojib Latif

Leiter des Forschungsbereiches Ozeanzirkulation und Klimadynamik, Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR), Kiel

Relevanz der Ergebnisse für das Pariser Abkommen

„Die Pariser Klimaziele – deutlich unter 2 Grad Celsius beziehungsweise höchstens 1,5 Grad Erwärmung gegenüber der vorindustriellen Zeit – sind nur als eine grobe Richtschnur zu verstehen. Denn es gibt eine große Unsicherheit bezüglich der Temperaturschwelle, die wir nicht überschreiten sollten. Gerade die Frage der Kipppunkte ist Gegenstand aktueller Forschungen.“

„Die instrumentellen Daten sind ebenfalls mit einer gewissen Unsicherheit behaftet. Je nach Analyse lag 2023 die durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche zwischen 1,34 und 1,54 Grad Celsius über dem Referenzzeitraum 1850 bis 1900, der im Allgemeinen als vorindustrielle Zeit dient [9].“

„Es gibt anthropogene und natürliche Faktoren, die das Klima beeinflussen, wie die Variabilität der Sonneneinstrahlung oder der Vulkanaktivität und interne Schwankungen, die der chaotischen Natur des Klimas entspringen. Der gewählte Referenzzeitraum sollte eine ähnliche natürliche Variabilität aufweisen wie die heutige Zeit.“

„Die Diskussion um die Festlegung der vorindustriellen Zeit ist schon länger im Gange. Hawkins und Kollegen haben den Zeitraum 1720 bis 1800 vorgeschlagen [10]. Das Ergebnis der Studie von McCulloch und Kollegen ist also so neu nicht, nur die Methode, die aber auch Unsicherheiten aufweist.“

„Ich finde die ganze Diskussion etwas akademisch. Meiner Meinung nach ist es auf der Erde bereits viel zu warm, egal ob wir nun ,offiziell‘ noch unter oder doch schon über 1,5 Grad Celsius stehen. Die Auswirkungen der bereits realisierten globalen Erwärmung sind schon katastrophal. Meiner Meinung nach sollten wir nicht über Zehntelgrade diskutieren und von der Dringlichkeit des Handels ablenken.“

„Es wäre vernünftiger, für politische Ziele den Zeitraum herzunehmen, für den man sehr gute Daten hat, und das sind ungefähr die vergangenen 50 Jahre, in denen ohnehin die größte Erwärmung stattgefunden hat. Von 1970 bis einschließlich 2023 betrug die Erwärmung ungefähr 1 Grad Celsius. Mehr sollte es eigentlich nicht mehr werden. Deswegen ist jedes weitere Zehntelgrad schon zu viel, egal wo wir gerade ,offiziell‘ stehen.“

Prof. Dr. Johanna Baehr

Professorin, Leiterin Klimamodellierung, Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN), Universität Hamburg

Rückschlüsse über die globale Erwärmung

„Dem Team ist es gelungen, wertvolle Informationen über die lokale Temperatur im Ozean vor Beginn der Schiffsmessungen aus Schwammskeletten zu gewinnen. Wenn dies geochemisch valide ist – was ich nicht beurteilen kann – dann ist es eine vielversprechende Methode, die auch zur Rekonstruktion von Temperaturen an anderen Orten genutzt werden sollte. Aus der fundierten statistischen Zusammenschau dieser und aller bereits verfügbaren Informationen können dann vielleicht auch die Unsicherheiten in der Abschätzung der globalen Mitteltemperatur weiter reduziert werden. Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter Weg.“

Relevanz der Ergebnisse für das Pariser Abkommen und die Auswirkungen des Klimawandels

„Beim 1,5-Grad-Ziel handelt es sich um ein politisch vereinbartes Ziel. Die Wissenschaft tut gut daran, ihre eigenen Forschungsergebnisse in diesem Kontext zu reflektieren. Ob und wie dieses Ziel zu erreichen ist, lässt sich allerdings nicht mit einer wissenschaftlichen Diskussion von Unsicherheiten und einer Fokussierung auf Zehntelgrade beantworten. Wissenschaft kann helfen, diese Frage einzuordnen. Aber es bleibt eine Frage, die nur Gesellschaft und Politik durch den Erfolg von Maßnahmen beantworten können. Für deren Erfolg ist es nicht entscheidend, wo man herkommt, sondern wo man hinwill. Der Gipfel rückt nicht näher, wenn man den Ausgangspunkt im Tal neu vermisst.“

„Die Aussagekraft von Klimaprojektionen wird von den Ergebnissen dieser Studie nicht verändert. Ebenso bleibt der Druck unverändert hoch, der fortschreitenden globalen Erwärmung jetzt aktiv zu begegnen. Wissenschaft kann und muss Grundlagenforschung mit gesellschaftlichen Debatten verknüpfen. Dies erfordert einen umfassenden multi-disziplinären Ansatz, um ein Spektrum an Handlungsoptionen und deren jeweilige Umsetzbarkeit aufzuzeigen.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. Dr. Bernd Schöne: „Ich habe keine Interessenkonflikte und war an der Studie weder direkt noch indirekt beteiligt.“

Prof. Dr. Anton Eisenhauer: „An der Studie war ich nicht beteiligt, kenne zwei der Autoren, habe aber keine sonstigen persönlichen, wissenschaftlichen oder wirtschaftlichen Verknüpfung mit den Autoren der Studie.“

Prof. Dr. Jochem Marotzke: „Interessenkonflikte gibt es keine.“

Prof. Dr. Gabriele Hegerl: „Keine Interessenkonflikte.“

Dr. Helge Goessling: „Es liegt kein Interessenkonflikt vor.“

Alle anderen: Keine Angaben erhalten.

Primärquelle

McCulloch MT et al. (2024): 300 years of sclerosponge thermometry shows global warming has exceeded 1.5 °C. Nature Climate Change. DOI: 10.1038/s41558-023-01919-7.

Weiterführende Recherchequellen

Science Media Centre (2024): expert reaction to sponge skeleton data and passing 1.5C. roundups for journalists. Stand: 06.02.2024

Literaturstellen, die von den Expertinnen und Experten zitiert wurden

[1] Kamenos NA et al. (2010): North Atlantic summers have warmed more than winters since 1353, and the response of marine zooplankton. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.1006141107.

[2] Reynolds DJ et al. (2016): Annually resolved North Atlantic marine climate over the last millennium. Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms13502.

[3] Lebrato M et al. (2020): Global variability in seawater Mg:Ca and Sr:Ca ratios in the modern ocean. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.1918943117.

[4] Haase-Schramm A et al. (2003): Sr/Ca ratios and oxygen isotopes from sclerosponges: Temperature history of the Caribbean mixed layer and thermocline during the Little Ice Age. Paleoceanography. DOI: 10.1029/2002PA000830.

[5] PAGES2k Consortium (2017). A global mhttps://link.springer.com/article/10.1007/s00382-007-0306-1ultiproxy database for temperature reconstructions of the Common Era. Scientific data. DOI: 10.1038/sdata.2017.88.

[6] PAGES2k Consortium (2019): Consistent multidecadal variability in global temperature reconstructions and simulations over the Common Era. Nature Geoscience. DOI: 10.1038/s41561-019-0400-0.

[7] Joshi MM et al. (2008): Mechanisms for the land/sea warming contrast exhibited by simulations of climate change. Climate dynamics. DOI: 10.1007/s00382-007-0306-1.

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