Dennis Lenz
Ein Forschungsteam der Universität Leeds hat die Temperaturgeschichte der vergangenen 540 Millionen Jahre neu vermessen und kommt zu einem überraschenden Ergebnis. Die heißesten Abschnitte der Erdgeschichte lagen demnach nur etwa zehn Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau und damit weit unter den bislang angenommenen 20 bis 30 Grad. Grundlage ist ein geochemisches Verwitterungsmaß, das die Forscher mit vier Klimamodellen verknüpft haben. Der Befund verschiebt nicht nur das Bild vergangener Treibhausphasen, sondern berührt auch eine der zentralen Kenngrößen der Klimaforschung.
Das Phanerozoikum umfasst die vergangenen rund 540 Millionen Jahre und damit jenen Abschnitt der Erdgeschichte, in dem sich komplexes, sichtbares Leben entfaltete. In dieser Zeit durchlief der Planet mehrere ausgeprägte Warm- und Kaltphasen, deren Temperaturen sich nicht direkt messen lassen, sondern aus geologischen Spuren erschlossen werden müssen. Fachleute nutzen dafür sogenannte Proxydaten, also indirekte Anzeiger wie chemische Zusammensetzungen von Sedimenten oder Fossilien, die sich unter bestimmten Annahmen in Temperaturwerte übersetzen lassen. Wie warm es in den Extremphasen tatsächlich wurde, ist seit Langem umstritten, weil verschiedene Methoden zu deutlich abweichenden Werten führen. Die globale Mitteltemperatur der Erdoberfläche gilt dabei als Schlüsselgröße, weil sie das Zusammenspiel von Treibhausgasen, Eisflächen, Ozeanen und Kontinentlage über geologische Zeiträume abbildet. Genau an dieser umstrittenen Zahl setzt die neue Untersuchung an und stellt die bisher gängigen Höchstwerte infrage.
Verantwortlich für die stark unterschiedlichen Temperaturschätzungen ist vor allem die Wahl des Messverfahrens. Über Jahrzehnte stützte sich die Rekonstruktion vergangener Erdzeitalter überwiegend auf Sauerstoffisotope in marinen Sedimenten, deren langfristige Verschiebung als Beleg für extrem heiße tropische Ozeane gedeutet wurde. Aus diesen Werten leiteten frühere Arbeiten Spitzentemperaturen ab, die bis zu 30 Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau lagen. Ob dieses Signal jedoch tatsächlich die Wassertemperatur widerspiegelt oder durch spätere chemische Veränderungen der Proben verfälscht wurde, war nie abschließend geklärt. Die Paläoklimatologie ringt daher seit Jahren um belastbare Vergleichswerte, die von den Schwächen einer einzelnen Messgröße unabhängig sind. Die Universität Leeds um Dongyu Zheng, einen Gastwissenschaftler der Chengdu University of Technology, hat deshalb einen anderen Zugang gewählt und die Temperaturgeschichte über die chemische Verwitterung von Gesteinen erschlossen.
Kern der Untersuchung ist der Chemical Index of Alteration, ein etabliertes geochemisches Maß, das erfasst, wie stark leicht lösliche Elemente durch Verwitterung aus Gesteinen ausgewaschen wurden. Da die Verwitterungsrate eng mit Temperatur und Niederschlag zusammenhängt, lässt sich aus dem Auswaschungsgrad ablesen, welchen klimatischen Bedingungen ein Sediment in der Vergangenheit ausgesetzt war. Für ihre in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Rekonstruktion griff das Team auf eine Datenbank mit mehreren zehntausend Referenzwerten zurück. Diese Proxydaten verknüpften die Forscher anschließend mit regionalen Temperaturfeldern aus vier Klimamodellen, unter anderem dem HadCM3L, um aus den lokalen Verwitterungssignalen eine global konsistente Mitteltemperatur abzuleiten. Der Ansatz umgeht damit die bekannte Schwäche isolierter Isotopenmessungen und stützt sich stattdessen auf ein breites, physikalisch eingebundenes Datenfundament, das die tiefe Erdgeschichte systematisch abdeckt.
Das Ergebnis fällt deutlich kühler aus als bisherige Schätzungen. Selbst in den wärmsten Abschnitten des Phanerozoikums lag die globale Mitteltemperatur der neuen Rekonstruktion zufolge nur etwa zehn Grad Celsius über dem vorindustriellen Niveau, während ältere Arbeiten für dieselben Phasen 20 und teils 30 Grad angesetzt hatten. Die Erde war in ihrer Vergangenheit demnach zwar erheblich wärmer als heute, aber weit von den bislang angenommenen Extremwerten entfernt. Für die frühen Abschnitte, in denen sich die heutigen Tierstämme entwickelten, bedeutet das eine spürbar moderatere Klimageschichte. Bemerkenswert ist zugleich die auffällige Stabilität der rekonstruierten Kurve, die über hunderte Millionen Jahre in einem vergleichsweise engen Korridor verbleibt und nur selten in die zuvor vermuteten Hitzespitzen ausschlägt.
Diese Stabilität führen die Forscher auf natürliche Rückkopplungen zurück, allen voran die Gesteinsverwitterung selbst. Steigt die Temperatur, beschleunigt sich die chemische Verwitterung von Silikatgestein, wodurch der Atmosphäre langfristig Kohlendioxid entzogen wird und die Erwärmung gedämpft wird. Sinkt die Temperatur, verlangsamt sich dieser Prozess und das Treibhausgas reichert sich wieder an. Über geologische Zeiträume wirkt dieser Kreislauf wie ein Thermostat, der das Klima in einem für Leben tragfähigen Bereich hält. Ergänzende Einordnungen zum langfristigen Zusammenhang von CO2 und globaler Temperatur ordnen den neuen Befund in eine breitere Diskussion über die Temperaturgeschichte der Erde ein. Nach Darstellung des Teams war das Gedeihen der Biosphäre daher kein Zufall, sondern eng an die Fähigkeit des Planeten gebunden, sein Klima selbst zu regulieren.
Für die Gegenwart hat der Befund eine doppelte Bedeutung. Zum einen deutet die niedrigere Höchsttemperatur darauf hin, dass die langfristige Klimasensitivität der Erde, also die Reaktion der Temperatur auf eine veränderte Kohlendioxidkonzentration, geringer ausfallen könnte als bislang angenommen. Zum anderen betont Ko-Autor Benjamin Mills, dass sich daraus kein Grund zur Entwarnung ableiten lässt, da sich die vergangenen Warmphasen über Millionen von Jahren äußerst langsam einstellten. Eine vom Menschen verursachte Erwärmung von rund zehn Grad, wie sie bei der Verbrennung aller fossilen Reserven möglich wäre, würde den Planeten dagegen binnen kürzester Zeit in einen Zustand versetzen, den es so möglicherweise noch nie gab. Die natürlichen Regelkreise arbeiten nach Einschätzung der Forscher zu träge, um eine derart schnelle Störung auszugleichen, weshalb sie für verstärkte Anstrengungen im Klimaschutz plädieren. Offen bleibt, wie robust die CIA-Methode gegenüber lokalen Besonderheiten der Gesteinsbildung ist und ob unabhängige Verfahren die neuen Werte bestätigen.
Nature Communications, Reconstruction of Phanerozoic global mean surface temperature; doi:10.1038/s41467-026-72672-6