Seit langem ist bekannt, dass sich die Eigenschaften der Umlaufbahn der Erde um die Sonne auf Zeitskalen von zehn- bis hunderttausend Jahren verändern. Diese sich wiederholenden Schwankungen - auch Milankovitch-Zyklen genannt - diktieren den Rhythmus von Kalt- und Warmzeiten. Die Milankovitch-Zyklen verändern die Sonneneinstrahlung so, dass sich diese lokal markant anders auf die Jahreszeiten verteilt. Über die ganze Erde gesehen ist der Nettoeffekt hingegen sehr klein, da sich die lokalen Unterschiede gegenseitig aufheben. Für die Veränderung der globalen Durchschnittstemperatur sind somit zusätzliche Strahlungseinflüsse verantwortlich, beispielsweise Änderungen in der Albedo (Erd-Rückstrahlung) oder den Treibhaugaskonzentrationen. Eine wichtige Rolle spielt hierbei das Treibhausgas Kohlendioxid (CO₂): es ist global homogen in der Atmosphäre verteilt und seine Konzentration schwankt im Takt mit Kalt- und Warmzeiten.

Vor 10'000 bis 20'000 Jahren tauchte die Erde aus dem letzten Eiszeitalter. Der Planet wärmte sich auf, Eisschilder zogen sich von der Nordhemisphäre zurück, Vegetation breitete sich aus und die Treibhausgaszusammensetzung der Erdatmosphäre veränderte sich drastisch. Eine neue, globale Temperatur-Rekonstruktion einer kürzlich publizierten Studie (Shakun et al., 2012, Nature) zeigt nun auf, dass die globale Durchschnittstemperatur in zwei Schritten anstieg und der steigenden CO₂-Konzentration in der Atmosphäre mit einer Verzögerung von einigen hundert Jahren folgte.

Ausgenommen davon ist ein Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur von etwa 0.3°C zu Beginn der Erwärmung (Anstieg 1 in der Figur). Erst das einsetzende Abschmelzen der Eisschilder auf der Nordhemisphäre und die damit verbundenen Änderungen in den Ozeanströmungen führten in der Folge zu einem CO₂-Anstieg in der Atmosphäre. Dies bedeutet, dass CO₂ nicht der Auslöser der anfänglichen Erderwärmung war. Vielmehr zeigt diese erste Erwärmung den geringen aber entscheidenden Beitrag auf, den die Schwankung der Erdumlaufbahn verursachte. Dennoch ist über 90% der Temperaturdifferenz zwischen der Kalt- und Warmzeit dem Anstieg der Treibhausgaskonzentrationen zuzuschreiben, nebst kleineren Beiträgen der Erd-Rückstrahlung. Der generelle CO₂-Anstieg gefolgt von der Erderwärmung stütz die Annahme, dass CO₂ eine Schlüsselrolle spielte für die globale Erwärmung am Ende der letzten Eiszeit (Anstieg 2 in der Figur).

Die CO₂-Konzentration in der Atmosphäre stieg am Ende der letzten Eiszeit um zirka 100 ppm an in einem Zeitraum von rund 10'000 Jahren. Allein im 20. Jahrhundert war die Zunahme genauso hoch - und Hochrechnungen für das 21. Jahrhundert übersteigen diese Zahl bei weitem. Angesichts der dominanten Rolle von CO₂ im Klimawandel sind die Konsequenzen einer nie dagewesenen CO₂-Anstiegsrate ein unschönes Erbe an unsere Nachkommen.

(Dr. Samuel Jaccard/ETH-Klimablog)