Dem Klima der Vergangenheit in Ostafrika auf der Spur

Neue Studie der Uni Kiel entschlüsselt Klimageschichte der vergangenen 40.000 Jahre im tropischen Ostafrika

Die Temperaturen in Ostafrika haben maßgeblichen Einfluss auf den globalen Klimakreislauf. Sie bestimmen den Wärme- und Feuchtigkeitstransport in die nördliche und südliche Erdhalbkugel und steuern damit auch das Klima in Europa. Wie genau sich in der Vergangenheit die Temperaturen in Ostafrika entwickelt haben, ist Gegenstand einer internationalen Studie unter Federführung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), die kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen ist. Dem Forscherteam um Dr. Thorsten Bauersachs ist es erstmalig gelungen, einen organischen Temperatur-Indikator, einen so genannten Proxy, zu entwickeln, mit dem sich die Klimageschichte des tropischen Ostafrikas anhand von Sedimentablagerungen des Tanganyikasees über die vergangenen 40.000 Jahre rekonstruieren ließ. Mit Hilfe dieses neuen Proxys (HDI26) konnte das Team einen Temperaturanstieg von rund 4° C in den vergangenen 18.000 Jahren nachweisen, davon allein etwa 1° C in den letzten 250 Jahren.

Sedimentablagerungen, ob in Seen oder am Meeresboden, sind wertvolle natürliche Klimaarchive und geben Aufschluss über die Bedingungen in einem bestimmten Erdzeitalter. Paläoklimaforscherinnen und -forscher können Parameter wie beispielsweise den Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre, die Vegetation, aber auch die Temperaturen in einer Region bestimmen und so ihren Einfluss auf die Entwicklung des globalen Klimas einordnen. Für die Untersuchung bedienen sie sich dabei so genannter Proxies, das können etwa physikalische, biologische oder chemische Indikatoren sein, mit denen Umweltparameter genau erfasst werden.

Forscher entwickelten neuen Temperatur-Indikator

Einen solchen organischen Temperaturproxy, den HDI26 (heterocyte diol index of 26 carbon atoms), konnte nun Dr. Thorsten Bauersachs aus der Arbeitsgruppe Organische Geochemie des Instituts für Geowissenschaften an der Uni Kiel gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam entwickeln. Dieser erlaubt es zum ersten Mal, die Wassertemperaturen kontinentaler Gewässer nachzubilden. Mit Hilfe des HDI26 ist es dem Wissenschaftlerteam gelungen, die Klimageschichte Ostafrikas anhand von Sedimentablagerungen des Tanganyikasees, dem zweitgrößten Sees Afrikas, über die letzten 40.000 Jahre zu rekonstruieren. Die Temperatur in den Tropen hatte seit dem Ende der letzten Vereisungsphase vor rund 18.000 Jahren um 4° C zugenommen, davon allein um etwa 1° C in den letzten 250 Jahren. „Damit sind wir einen entscheidenden Schritt weiter, die Klimageschichte der Vergangenheit zu entschlüsseln,“ sagt Paläoklimaforscher Thorsten Bauersachs, der dafür in den vergangenen Jahren eng mit amerikanischen und deutschen Kolleginnen und Kollegen der Brown University und des MIT (Massachusetts Institute of Technology) sowie der Technischen Universität Braunschweig zusammengearbeitet hatte. „Wir vermuten, dass dieser starke Temperaturanstieg das Auftreten von extremen Wetterereignissen auf der Welt entscheidend verstärkt haben könnte,“ so Bauersachs weiter.

Der HDI26 basiert auf der Verteilung von Lipiden, die von Cyanobakterien synthetisiert werden. Diese Bakterien, auch als Blaualgen bekannt, treten weltweit als Teil des Phytoplanktons in Seen auf. Insbesondere in den warmen Sommermonaten können sie sich massenhaft vermehren und bilden dann ausgedehnte toxische Cyanobakterienblüten. Dabei passen sich die Bakterien an ihre jeweilige Umgebungstemperatur an und archivieren so das Klimasignal vergangener Zeiten in den Sedimentablagerungen von Seen und anderen stehenden Gewässern.

Während der Feldarbeiten in Ostafrika wurden Oberflächensedimente von Seen auf einem Höhengradienten zwischen 600 Meter und 4.500 Meter über Normalnull und Wassertemperaturen zwischen 5° C und 28° C genommen. „Der HDI26 zeigte dabei eine außergewöhnlich hohe Korrelation mit den Jahresmitteltemperaturen des Oberflächenwassers dieser Seen. Ein Umstand, der es uns erstmals erlaubte, eine Kalibration zu erzeugen, mit denen wir HDI26-Werte in konkrete Wassertemperaturen umrechnen können“, fasst Bauersachs die Ergebnisse zusammen. Dass die cyanobakteriellen Lipide in weiterführenden Untersuchungen in einem weiten Spektrum an Seen aus polaren bis tropischen Breiten gefunden wurden, stimmt das Forscherteam zuversichtlich, dass der neue Temperaturproxy weltweit einsetzbar und maßgeblich zur Rekonstruktion globaler Klimatrends in der Vergangenheit beitragen wird. Derzeit wird der HDI26 bereits in weiteren Forschungsprojekten genutzt wie etwa in der DFG-geförderten Studie „Ursachen und Folgen von Klimaschwankungen und hydrologischem Wandel in den nördlichen Neotropen während des letzten Glazial-/Interglazialzykluses“, in der gemeinsam mit den Forscherinnen Antje Schwalb und Liseth Perez von der TU Braunschweig die Klimageschichte der Tropen Mittelamerikas rekonstruiert wird.

Originalpublikation:

Bauersachs, T., Russell, J.M., Evans, T.W., Schwalb, A., Schwark, L. (2021) A heterocyte glycolipid-based calibration to reconstruct past continental climate change. Nature Communications 12: 2406. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22739-3

Wissenschaftlicher Kontakt:

Dr. Thorsten Bauersachs
Institut für Geowissenschaften
0431/880-3694
thorsten.bauersachs@ifg.uni-kiel.de

Forschende nehmen Sedimentproben
© James Russel, Brown University, USA

Forschende nehmen Sedimentproben aus dem Tanganyika-See in Ostafrika. Der See gehört zu den größten und tiefsten Seen der Welt.

Fädige Cyanobakterien
© Thorsten Bauersachs, Uni Kiel

Fädige Cyanobakterien hier aus dem Bordesholmer See – auch als Blaualgen bekannt. Der neue Temperatur-Proxy, den ein Forscherteam um Thorsten Bauersachs unter Leitung der CAU entwickelt hat, basiert auf Lipiden dieser Cyanobakterien.

Über Kiel Marine Science (KMS)

Kiel Marine Science (KMS), das Zentrum für interdisziplinäre Meereswissenschaften an der CAU widmet sich der interdisziplinären Erforschung der Meere an der Schnittstelle von Mensch und Ozean. Dabei bündeln die Forschenden ihre Expertise aus unterschiedlichen natur- und gesellschaftswissenschaftlichen Disziplinen und untersuchen die Risiken und Chancen, die das Meer für den Menschen bereithält und bilden die nächste Generation fachübergreifend aus. Gemeinsam mit Akteuren außerhalb der Wissenschaft arbeiten sie weltweit und transdisziplinär an Lösungen für eine nachhaltige Nutzung und den Schutz des Ozeans.

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