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Der Blick zurück in die Erdgeschichte kann helfen, die Zukunft besser zu verstehen. Das gilt auch für Klimadaten. Damit beschäftigt sich Prof. Dr. Ying Cui, Geochemikerin von der Montclair State University in den USA und derzeit Gastwissenschaftlerin am ºÚÁÏÊÓƵ Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Dank eines Humboldt-Forschungsstipendiums verbringt sie sechs Monate in Kiel, um mit Prof. Dr. Andreas Oschlies und seinem Team aus der Forschungseinheit Biogeochemische Modellierung die Zusammenhänge zwischen Klima, Ozean und Sauerstoffgehalt besser zu entschlüsseln.

Die Vergangenheit als Schlüssel zur Zukunft

Prof. Cui widmet sich in ihrer Forschung Zeiträumen der Erdgeschichte, in denen Treibhausgase in geologisch kurzen Zeiträumen massiv freigesetzt wurden – oft verbunden mit globalen Warmphasen und dramatischen Folgen für das Klima und das Leben auf der Erde. Am ºÚÁÏÊÓƵ liegt ihr Fokus auf dem Miozän, einem Zeitabschnitt, der vor 5,3 Millionen Jahren endete. Damals war es auf der Erde rund zwei bis drei Grad wärmer als heute. 

„Unsere Hypothese ist, dass wärmeres Klima zu einem Sauerstoffmangel im Ozean führt, weil weniger Sauerstoff im Wasser gebunden werden kann“, erklärt Cui. Doch der Sauerstoffgehalt wird nicht nur von der Temperatur beeinflusst. Viele andere Faktoren, wie etwa auch Ozeanströmungen spielen eine wichtige Rolle. Und die haben vor Jahrmillionen ganz anders ausgesehen als heute. Cui: „Zwischen Nord- und Südamerika existierte noch keine Landbrücke, das heißt, die Wassermassen des Atlantiks und des Pazifiks konnten sich vermischen.“ All diese Faktoren müssen berücksichtigt werden, um letztlich die Frage beantworten zu können, wie sich der Sauerstoffverlust im Ozean auf das Leben im Meer ausgewirkt hat.

Blick in die Tiefe: Der Nordatlantik im Fokus

Dafür fokussiert sich Ying Cuis Forschung auf den Nordatlantik zwischen 50 und 70 Grad nördlicher Breite, östlich von Grönland – eine Region, die für ihre nährstoffreichen Gewässer bekannt ist. Ying Cui: „Der Nordatlantik ist nicht nur eine besonders produktive Region des Ozeans, sondern auch ein Schlüsselgebiet für den globalen Kohlenstoff- und Sauerstoffhaushalt. Veränderungen in diesen Prozessen können erhebliche Auswirkungen auf marine Ökosysteme und das globale Klima haben.“

Während der internationalen IODP Expedition 395 mit dem Bohrschiff JOIDES RESOLUTION, an der Cui 2023 teilnahm, wurden Gesteinskerne aus dieser Region erbohrt. Diese Kerne enthalten Daten über die Entwicklung von Klima und Ozeanen in den vergangenen Jahrmillionen – ein geologisches Tagebuch, das wertvolle Einblicke in vergangene Klimaextreme gibt. Mit diesen Daten füttert Cui das Erdsystemmodell UVic, das physikalische, chemische und biologische Prozesse im Ozean berechnet. Die dreidimensionalen Simulationen aus dem Computermodell machen sichtbar, wie wärmere Klimabedingungen die Nährstoffkreisläufe und den Sauerstoffgehalt in produktiven Meeresregionen wie dem Nordatlantik verändert haben.

Fossile Daten als Schlüssel für bessere Klimamodelle

„Die Forschung von Ying Cui ergänzt unsere Arbeit ideal“, sagt ihr Gastgeber Dr. Andreas Oschlies, Professor für Marine Biogeochemische Modellierung am ºÚÁÏÊÓƵ. „Eine der größten Unsicherheiten in marinen biogeochemischen Modellen ist die Frage, wie empfindlich sie auf vorübergehende Klimaveränderungen reagieren. Vergangene Klimazustände bieten uns die Möglichkeit, solche Prozesse unter extrem anderen Bedingungen zu verstehen und unsere Modelle damit zu verbessern.“ Damit könnte der Blick in fossile Gesteinsschichten helfen, zuverlässigere Prognosen für zukünftige Klimaszenarien zu erstellen.

Hintergrund: Humboldt-Stipendium für erfahrene Forschende

Das Humboldt-Stipendium unterstützt überdurchschnittlich qualifizierte Wissenschaftler:innen aus dem Ausland bei einem langfristigen Forschungsaufenthalt (sechs bis 18 Monate) in Deutschland. Dabei können die Forschenden ein selbstgewähltes Projekt in Kooperation mit einer deutschen Forschungseinrichtung umsetzen.