Sahara und Sahelzone ergrünten in der Vergangenheit mehrmals

Aufgrund von Schwankungen in der Bahn der Erde um die Sonne ergrünten die Regionen in den vergangenen 800.000 Jahren mehrmals

Auf den Punkt gebracht

• Afrikanische Feuchtperioden (AHPs): Diese traten in den vergangenen 11 Millionen Jahren regelmäßig auf, denn sie folgten im Wesentlichen den natürlichen Schwankungen der Erdumlaufbahn
• Simulation der vergangenen 134.000 Jahre: Forscher haben den letzten Eiszeitzyklus mit einem umfassenden Erdsystemmodell simuliert und darin vier AHPs identifiziert
• Blick in die tiefere Vergangenheit: Die Forscher konnten durch einen statistischen Zusammenhang das Vegetationsmuster in Nordafrika für die letzten acht Eiszeitzyklen abschätzen – demzufolge gab es in den vergangenen 800.000 Jahren 21 AHPs

Heute ist die Sahara als die größte Trockenwüste der Erde bekannt, und die Sahelzone, eine Klimaübergangszone im Süden, wird häufig von Dürren heimgesucht. Diese klimatischen Bedingungen bestehen so jedoch erst seit etwa 4000 Jahren. Davor war die Region für einige tausend Jahre deutlich grüner als heute: Ausgedehnte Flussläufe mit üppiger Vegetation, Wildtiere und prähistorische Siedlungen prägten das Landschaftsbild – und dies nicht nur einmal in der Erdgeschichte. Afrikanische Feuchtperioden (African Humid Periods, AHPs) traten vermutlich in den letzten 11 Millionen Jahren regelmäßig auf, denn sie folgten im Wesentlichen den natürlichen Schwankungen der Erdumlaufbahn um die Sonne. Mateo Duque-Villegas, Forscher am Max-Planck-Institut für Meteorologie, und seine Kollegen haben die AHPs der letzten 134 000 Jahre berechnet und eine statistische Methode entwickelt, die es erlaubt, das Auftreten der AHPs in den letzten 800.000 Jahren vorherzusagen.

Hinweise aus Sedimenten und Simulationen

Um so weit in die Vergangenheit der Erde zurückblicken zu können, braucht es in der Regel geologische Daten oder Simulationen. Erstere lassen sich zum Beispiel aus Sedimenten auf See- oder Ozeanböden gewinnen, welche Informationen über das Klima zum Zeitpunkt ihrer Ablagerung dokumentieren. Tatsächlich lassen sich AHPs in marinen Sedimenten vor der afrikanischen Atlantikküste nachweisen, beispielsweise als verringerter Staubeintrag aus der Sahara in den Atlantik. Weil es aber kaum vergleichbare Daten vom Kontinent gibt, sind die entsprechenden Vegetationsveränderungen an Land schwieriger zu rekonstruieren.

Das zweite Fenster in die Vergangenheit eröffnen Klimasimulationen. Die begrenzte Rechenkapazität erzwingt jedoch einen Kompromiss zwischen der Komplexität des Modells, der Simulationsdauer und der räumlichen Auflösung. Das schränkt ein, welche Details reproduziert und ausgewertet werden können, und limitiert auch, wie weit die Simulation in die Vergangenheit zurückreichen kann.

Ein Fenster in die ferne Vergangenheit

Duque-Villegas und seine Kollegen vom Max-Planck-Institut für Meteorologie und der Universität Hamburg simulierten mithilfe des umfassenden Erdsystemmodells MPI-ESM den gesamten letzten Eiszeitzyklus, also die letzten 134 000 Jahre. Die Simulation dauerte auf dem Supercomputer Levante am Deutschen Klimarechenzentrum 440 Tage.

Die vier simulierten AHPs während der vergangenen 134 000 Jahre stimmen gut mit den wenigen verfügbaren Daten aus marinen Sedimenten überein, insbesondere im Hinblick auf den Zeitpunkt ihres Auftretens und ihr relatives Ausmaß. Die Analyse zeigt, dass sowohl die Sahelzone als auch Teile der Sahara während all dieser AHPs deutlich grüner waren als heute – die nordöstlichen Teile der Sahara blieben allerdings eine Wüste.

Auf der Grundlage dieser Simulation fanden die Forscher heraus, dass sich das Vegetationsmuster in Nordafrika durch eine Kombination bekannter klimatischer Einflussgrößen relativ gut statistisch vorhersagen lässt. Dazu gehören vor allem die Schwankungen in der Erdumlaufbahn um die Sonne und, in geringerem Maße, die Menge der Treibhausgase in der Atmosphäre sowie die Ausbreitung der Eisschilde auf der Nordhalbkugel.

Anhand dieser statistischen Beziehung schätzten die Autoren die nordafrikanischen Vegetationsmuster der letzten acht Eiszeitzyklen beziehungsweise der letzten 800.000 Jahre ab. In Übereinstimmung mit früheren Studien ermittelten sie für diesen Zeitraum bis zu 21 AHPs. Dies zeigt, dass dieser Ansatz ein nützliches Diagnosewerkzeug für die ferne Vergangenheit darstellt. Allerdings weisen die Forscher auch darauf hin, dass diese Methode Grenzen hat: Bei einer Klimasimulation mehrere Jahrtausende in die Zukunft hinein dominieren menschengemachte Treibhausgase die Klimaänderungen und der statistische Zusammenhang zwischen Klimaantrieb und Vegetationsmuster ist ein anderer als in der Vergangenheit.