Spüren unsere Ozeane das Ziehen des Mars?

WBis ins Weltraumzeitalter hinein ist unser Denken über den Himmel immer noch mit Ideen aus dem antiken Griechenland verwoben. Wie die klassischen griechischen Kosmologen neigen wir dazu, uns das himmlische Reich als einen Ort der Ordnung und Harmonie vorzustellen, mit Planeten und Monden in eleganten, unveränderlichen Umlaufbahnen.

Wie Johannes Kepler und Isaac Newton später zeigten, trifft dies in Näherung zu. Aber im Detail sind die Bewegungen der Planeten chaotisch und unregelmäßig. Wie die streitenden Götter, als die sich die Griechen einst vorgestellt hatten, necken und zerren die Planeten aneinander, und diese Gravitationsprovokationen führen dazu, dass sie sich neigen, wackeln und nicken, während sie die Sonne umkreisen. Während die Wissenschaft den griechischen Glauben an die Astrologie – die Idee, dass Himmelskörper das menschliche Schicksal bestimmen – aufgegeben hat, spürt die Erde als Ganzes tatsächlich die Anziehungskraft anderer Planeten. Tatsächlich könnte der Himmel für einige der widerspenstigeren Verhaltensweisen der Erde und sogar für das verantwortlich sein, was wir, nach den Griechen, „Katastrophen“ nennen – im wahrsten Sinne des Wortes schlechte Sterne.

Die Analyse von Eisbohrkernen hat gezeigt, dass die Gravitationseffekte der Sonne und nahegelegener Planeten auf der Erde über Jahrtausende hinweg zyklische Veränderungen in der Ausrichtung und Bewegung unseres Planeten verursachen und die langfristigen Klimaergebnisse beeinflussen. Sie sind als Milankovitch-Zyklen bekannt und nach dem serbischen Geophysiker und Astronomen Milutin Milankovitch benannt, der ihre mathematischen Komplexitäten in den 1920er Jahren erarbeitete. Sie scheinen beispielsweise die glazial-interglazialen Schwankungen während des Pleistozäns oder der Eiszeit, die vor etwa 2,5 Millionen bis 12.000 Jahren dauerte, moduliert zu haben.

Es ist das geologische Äquivalent einer Rube-Goldberg-Maschine.

Die Milankovitch-Zyklen umfassen Verschiebungen in der elliptischen Umlaufbahn der Erde um die Sonne (Exzentrizität genannt); das Ausmaß der Neigung der Erdrotationsachse (ihre Schrägstellung); und welche Hemisphäre sich an verschiedenen Punkten ihrer Umlaufbahn zur Sonne neigt (Präzession). Jeder dieser Faktoren beeinflusst über Zeiträume von 19.000 bis 400.000 Jahren die Art und Weise, wie Sonnenlicht auf die Erde fällt, was wiederum Prozesse in unserer Atmosphäre, Ozeanen und Ökosystemen steuert. Diese Umlaufzyklen sind wie „Supersaisonen“, die nicht Monate, sondern Zehntausende von Jahren dauern.

Kürzlich fanden französische und australische Geowissenschaftler Beweise dafür, dass sich längerfristige Schwankungen der Umlaufbahn auch in der tieferen geologischen Vergangenheit auf die Erde ausgewirkt haben. Diese als „astronomische große Zyklen“ bekannten Schwankungen haben Zeiträume von einer Million Jahren oder mehr. Dadurch sind sie selbst im ältesten Eis der Antarktis, das etwa 800.000 Jahre alt ist, zu lang, um entdeckt zu werden. Die neue Forschung, veröffentlicht in Naturkommunikationnutzt stattdessen Daten aus einem anderen natürlichen Archiv: Tiefseesedimenten, die sich langsam ansammeln und eine hochgetreue Aufzeichnung der Klima- und Meeresbedingungen über geologische Zeitskalen hinweg liefern.

Das Team unter der Leitung von Adriana Dutkiewicz von der University of Sydney hat Daten aus fast 300 Tiefseekernen aus der ganzen Welt zusammengestellt, die Aufzeichnungen der Erdgeschichte der letzten 70 Millionen Jahre enthalten. Obwohl frühere Forscher nach Anzeichen von Milankovitch-Rhythmen in Sedimenten und Sedimentgesteinen gesucht haben (ein Ansatz namens Zyklostratigraphie), ist die neue Studie eine der ersten, die nach Beweisen für die längerfristigen astronomischen großen Zyklen in Sedimenten sucht.

Frühere Arbeiten in der Zyklostratigraphie hatten Lücken oder Diskontinuitäten (Hiatus) in den Sedimentschichten als Datenfehler angesehen – fehlende Seiten im geologischen Logbuch. Solche Lücken entsprechen Zeiten, in denen sich keine neuen Sedimente ansammelten oder bestehende Sedimente irgendwie entfernt wurden. Frühere Studien betrachteten nur ununterbrochene Sedimentaufzeichnungen als nützlich. Dutkiewicz und ihre Co-Autoren erkannten jedoch, dass die Lücken selbst wichtige Signale sein könnten, da sie Zeiten darstellen, in denen Tiefseeströmungen stark genug waren, um Sedimente auf dem Meeresboden zu erodieren.

Durch die Analyse, wie oft diese Perioden der „Stille“ in den Sedimentaufzeichnungen auftreten, entdeckte das Team eine bisher unerkannte zyklische Natur des physikalischen Verhaltens der Weltmeere. Sie fanden Hinweise auf diese wiederkehrenden Veränderungen der globalen Meeresströmungen, die sich über Millionen von Jahren abspielen. Noch bemerkenswerter ist, dass der Zyklus indirekt vom Planeten Mars angetrieben zu werden scheint.

Im Zentrum der Arbeit der Wissenschaftler steht eine statistische Methode namens Fourier-Analyse. So wie ein Prisma weißes Licht in verschiedene Farben oder Wellenfrequenzen zerlegen kann, trennt eine Fourier-Analyse komplexe Zeitreihendaten (Rauschen) in verschiedene Frequenzen (Tonhöhen). Im Fall der Meeressedimentdaten ergab die Fourier-Analyse, dass die Hiatus – Lücken in der Sedimentaufzeichnung – eine starke Periodizität von 2,4 Millionen Jahren aufweisen, was bedeutet, dass die Strömung der Ozeanzirkulation alle 2,4 Millionen Jahre stärker wird und „ „scheuert“ den tiefen Meeresboden und löscht teilweise die Sedimentaufzeichnungen des vorangegangenen Intervalls aus. Die Forscher argumentieren, dass diese Episoden mit einem bestimmten großen astronomischen Zyklus zusammenfallen, der mit einer schwachen Gravitationswechselwirkung zwischen Erde und Mars zusammenhängt, da die Exzentrizitäten der Umlaufbahnen der beiden Planeten – oder wie mehr oder weniger elliptisch sie sind – in und aus der Synchronisierung gehen einander im Laufe der Zeit.

Aber warum sollten sich winzige Veränderungen in der Anziehungskraft des Mars auf die Erde auf unsere Ozeane auswirken? Dutkiewicz und ihre Kollegen schlagen eine Verbindung vor, die das geologische Äquivalent einer Rube-Goldberg-Maschine ist. Wenn sich die Umlaufbahnen von Erde und Mars an kritischen Punkten im 2,4-Millionen-Jahres-Zyklus befinden, liegen die globalen Temperaturen auf der Erde tendenziell etwa 1,75 Grad Celsius über dem Durchschnitt und die saisonalen Kontraste zwischen Winter und Sommer sind am größten. Dies kann Veränderungen in der Art und Weise auslösen, wie Meeresströmungen Wärme rund um den Globus transportieren, und dadurch wiederum die Intensität der Tiefseezirkulation erhöhen. Und dies führt letztendlich dazu, dass sich Lücken in der Sedimentschicht bilden.

An den Polen gab es kein Eis und der Meeresspiegel war mehr als 325 Fuß höher als heute.

Für Geowissenschaftler wie mich ist die umstrittenste Schlussfolgerung des neuen Papiers, dass das „Paleocene-Eocene Thermal Maximum“ (PETM), ein plötzlicher Anstieg der globalen Temperaturen, der vor 55 Millionen Jahren auftrat – und als warnendes altes (wenn auch langsameres) Analogon gilt bis zum heutigen Klimawandel – wurde durch eine Unterbrechung des 2,4 Millionen Jahre dauernden großen astronomischen Zyklus Erde-Mars ausgelöst. Die Forscher stellen fest, dass die großen Zyklen selbst zyklisch instabil sind, was bedeutet, dass sie regelmäßig von Zeiten des „Chaos“ unterbrochen werden, bevor sie sich wieder in ihren längerfristigen Rhythmus einpendeln. Die Autoren stellen fest, dass das 2,4-Millionen-Jahre-Signal in ihren Hiatus-Daten zum Zeitpunkt des PETM zusammenbricht und vermuten, dass die Klimakatastrophe – der plötzliche Anstieg der globalen Temperaturen – irgendwie mit einem solchen Intervall in dem, was sie „Sonnensystem“ nennen, zusammenhängt Chaos.”

Was die PETM-Periode bemerkenswert – und erschreckend – macht, ist, dass der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre plötzlich anstieg, die Ozeane stark versauten und sowohl Meeres- als auch Landökosysteme destabilisiert wurden. Geochemische Analysen von kohlenstoffhaltigen Gesteinen wie Kalksteinen aus diesem Intervall deuten darauf hin, dass der plötzliche Zustrom von Kohlendioxid von photosynthetisch fixiertem Kohlenstoff herrührte – also Kohlenstoff, der von Pflanzen oder Phytoplankton aufgenommen und später in Öl, Gas, Torf oder Kohle umgewandelt wurde (bekannt). für den Menschen als fossile Brennstoffe). Es ist möglich, dass vulkanische Aktivitäten in der Nordatlantikregion dies verursacht haben, indem sie vielerorts Kohleflöze entzündeten. Dadurch stiegen die globalen Temperaturen um fast 10 Grad Celsius und blieben etwa 170.000 Jahre lang hoch.

Viele Geologen betrachten das PETM als einen ernüchternden Ausblick darauf, wie die nächsten Jahrtausende auf der Erde aussehen könnten. Während des PETM gab es an den Polen kein Eis, der Meeresspiegel war mehr als 325 Fuß höher als heute und in Wyoming gab es Palmen.

Was in der neuen Studie von Dutkiewicz und ihrem Team fehlt, ist eine detaillierte Erklärung dafür, wie ein so extremes Ereignis wie das PETM durch die Störung schwacher Gravitationswechselwirkungen zwischen Erde und Mars ausgelöst worden sein könnte. Tatsächlich erkennen sie an, dass die Verengung eines Unterwasserkorridors im norwegisch-grönländischen Meer durch plattentektonische Bewegungen vor etwa 56 Millionen Jahren wahrscheinlich einen größeren Einfluss auf die damalige Ozeanzirkulation hatte. Eine Verengung dieses Durchgangs hätte die Menge an Meerwasser begrenzt, die in das Arktische Ozeanbecken hinein und aus diesem heraus transportiert wird.

Wenn es einen astronomischen Zusammenhang mit dem PETM gibt, kann dies nur daran liegen, dass ein kleiner orbitaler „Anstoß“ auf komplexe Weise von der Erde selbst durch lokalere Folgeeffekte, die Wechselwirkungen zwischen Ozean, Atmosphäre, Gestein und Lebensformen beinhalten, enorm verstärkt wurde . Aber die Studie hat keine Erklärung dafür, wie ein winziger Schlepper vom Mars die immensen Mengen an Kohlendioxid hätte freisetzen können, die die Erde für mehr als 100.000 Jahre in ein Hades-ähnliches Treibhaus verwandelten.

Die Entdeckung eines kohärenten astronomischen Signals in der schlammigen Aufzeichnung von Tiefseesedimenten hat unbestreitbar etwas Reizvolles. Aber es birgt auch eine Gefahr, die Erde als hilflose Marionette zu betrachten, die aufgrund der Schwerkraft anderer Objekte durch den Weltraum tanzt. Wenn wir glauben, dass das Klima der Erde hauptsächlich von astronomischen Kräften bestimmt wird, könnten wir versucht sein zu glauben, dass wir uns über die Auswirkungen unseres eigenen Handelns auf planetarischer Ebene keine Sorgen machen müssen. Das Klimasystem ist immens komplex, und zu glauben, seine Variabilität könne auf eine einzige Ursache zurückzuführen sein, ist Hybris, der fatale Fehler so vieler Helden der griechischen Mythologie.

Hauptbild: Buradaki / Shutterstock

• Marcia Bjornerud

  Gepostet am 29. März 2024

  Marcia Bjornerud ist Professorin für Geologie an der Lawrence University und Autorin von Aktualität: Wie das Denken wie ein Geologe dazu beitragen kann, die Welt zu retten. Sie ist Fellow der Geological Society of America und war von 2000 bis 2001 Fulbright-Stipendiatin.

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