Plötzliche Veränderungen in Eisbohrkernproben und anderen Aufzeichnungen deuten darauf hin, dass an bestimmten Zeitpunkten in der Vergangenheit dramatische Klimaveränderungen auftraten. Im Journal Chaos von AIP Publishing identifizieren Klimaforscher plötzliche Übergänge der Klimaaufzeichnungen, die möglicherweise verursacht wurden, als das Klimasystem einen Kipppunkt überschritt. Das geschieht, wenn selbstverstärkende Feedbackschleifen das System aus einem stabilen Zustand herausdrücken, was zu dramatischen Veränderungen führt.
Die Identifizierung dieser Ereignisse in der Erdgeschichte ist entscheidend, um die Kipppunkte zu verstehen, die dieses Jahrhundert wahrscheinlich erreicht werden, wenn das wärmer werdende Klima die physikalischen und ökologischen Systeme der Erde destabilisiert.
Die Forscher vom CNRS (Frankreich), der UCLA und der Columbia University entwickelten eine statistische Methode, um festzustellen, ob die in den Klimaaufzeichnungen (etwa Eisbohrkernen) beobachteten Übergänge nur einfaches Rauschen oder ein Beleg für eine signifikante Veränderung sind. Das wurde üblicherweise durch eine visuelle Betrachtung durchgeführt – ein Prozess, der zeitaufwändig und subjektiv ist.
Die Methode ist weniger fehleranfällig, weil sie sich nicht auf die menschliche Feststellung dessen stützt, ob ein Sprung ein signifikanter Übergang ist. Sie erlaubt den konsistenten Vergleich verschiedener Aufzeichnungen und kann wichtige Ereignisse identifizieren, die in älteren Studien übersehen worden sein könnten.
Ein erweiterter Kolmogorov-Smirnov (KS) Test, eine statistische Technik, die nach ihren Erstautoren benannt ist, lieferte einen alternativen Ansatz zur Analyse. Der KS-Test wurde bereits erfolgreich auf andere rauschende Systeme wie das Finanzwesen und die Signalverarbeitung angewandt.
Die Methode vergleicht zwei Proben, die vor und nach dem potenziellen Übergangspunkt genommen wurden, um zu prüfen, ob sie aus derselben kontinuierlichen Verteilung stammen, Wenn nicht, wird der Übergangspunkt als ein signifikanter, plötzlicher Wandel identifiziert, der auf eine echte klimatische Verschiebung hinweist.
“Wir wandten unsere Methode auf zwei paläoklimatische Aufzeichnungen des letzten Klimazyklus an: auf einen Eisbohrkern aus Grönland und eine Höhlenmineralablagerung aus China”, sagte der Autor Witold Bagniewski.
Die Analyse der Eisbohrkerne offenbarte, dass das Verhältnis der beiden Sauerstoffisotope im Lauf der Zeit variiert. Dieses Verhältnis hängt von der lokalen Temperatur zum Zeitpunkt der Eisbildung ab und liefert eine Messung des Klimas zu dem betreffenden Zeitpunkt. Höhlenmineralablagerungen (Speläotheme) zeigen ein ähnliches Muster der Isotopenverhältnisse, die mit den Klimaveränderungen variieren.
“Viele der plötzlichen Übergänge in den grönländischen Eisbohrkernaufzeichnungen passen zu Verschiebungen zwischen einem wärmeren Klima (Greenland Interstadials) und einem kälteren Klima (Greenland Stadials)”, sagte Bagniewski.
Die Existenz dieser zwei Klimazustände ist ein Beispiel für ein bistabiles Klimasystem, in dem zwei unterschiedliche Zustände beide stabil sind. Das Klima könnte plötzlich von einem in den anderen Zustand springen, wenn ein Kipppunkt überschritten wird.
“Unsere Methode ist sehr effektiv bei der korrekten Erkennung plötzlicher Übergänge in Klimaaufzeichnungen”, sagte Bagniewski. “Ihre breitere Anwendung könnte helfen, die Chronologie der klimatischen Ereignisse der Erdgeschichte zu rekonstruieren.”
(THK)
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