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Starker Anstieg der Lachgaskonzentration am Ende der letzten Eiszeit

Lachgas ist ein wichtiges Treibhausgas, das zur Klimaerwärmung beiträgt und die Ozonschicht zerstört. Es entsteht auf natürliche Weise durch mikrobiologische Aktivitäten in der Erde und im Wasser. Bedeutende Emissionen erfolgen aber auch durch menschliche Aktivitäten. Daten eines internationalen Forscherteams mit Berner Beteiligung zeigen nun, wie die Lachgaskonzentration in der Atmosphäre auf natürliche Klimaschwankungen reagierte und wie sie sich angesichts der aktuellen Klimaerwärmung noch ändern könnte.

Das Forscherteam entnahm Eisproben vom Taylor Glacier in der Antarktis und analysierte die darin eingeschlossenen Luftblasen. Die Luft aus den Proben ist 10'000 bis 16'000 Jahre alt und dokumentiert damit den Übergang von der letzten Eiszeit in die heutige Warmzeit. Die Messungen zeigen, dass die Lachgaskonzentration am Ende der letzten Eiszeit um dreissig Prozent gestiegen ist. Dieser Anstieg steht im Zusammenhang mit sich verändernden Umweltbedingungen über dem Land und dem Ozean. Damals erwärmte sich das globale Klima um zirka vier Grad Celsius und grosse Eisschilde begannen zu schmelzen.

Land und Ozeane tragen zum Anstieg der Lachgaskonzentration bei

In ihrer soeben in der Fachzeitschrift «Nature» publizierten Studie zeigen die Wissenschaftler, wie die beiden wichtigsten natürlichen Quellen von Lachgas, die Landoberfläche und der Ozean, auf klimatische Veränderungen reagieren. Anhand von hochpräzisen Messungen der isotopischen Zusammensetzung von Lachgas (N2O) können sie bestimmen, welche Quelle wie viel zum Anstieg der Lachgaskonzentration beigetragen hat. Dabei messen sie das Verhältnis des schwereren N2O-Isotops (mit einem 15N und einem 14N Atom) zum leichteren N2O-Isotop (mit zwei 14N Atomen). «Wir haben festgestellt, dass sowohl die Landoberfläche als auch der Ozean am Ende der letzten Eiszeit beide signifikant zum Anstieg der Lachgaskonzentration beigetragen haben», sagt Hauptautor Adrian Schilt vom Oeschger Centre for Climate Change Research an der Universität Bern. Schilt führte die Messungen an der Oregon State University (USA) im Rahmen eines Stipendiums des Schweizerischen Nationalfonds durch.

Das Ende der letzten Eiszeit gleiche teilweise der aktuellen Klimaerwärmung, fügt er hinzu. Deshalb helfe eine vertiefte Analyse der damaligen Prozesse, die Lachgasemissionen aus natürlichen Quellen besser vorauszusagen. Die Lachgaskonzentration liegt heute bereits rund 21 Prozent über dem vorindustriellen Wert. Hauptverantwortlich dafür sind Emissionen aus der Landwirtschaft, der Verbrennung von Biomasse und fossiler Brennstoffe sowie andere menschlichen Aktivitäten.

Veränderungen in der Lachgaskonzentration als Resultat komplexer Prozesse

Die Lachgasemissionen aus dem Ozean stehen in engem Zusammenhang mit der Konzentration von Sauerstoff im Wasser. Je weniger Sauerstoff in den Ozeanen vorhanden ist, desto grösser ist die Produktion von Lachgas. Mikroorganismen, die Lachgas produzieren, sind nämlich vorwiegend in sauerstoffarmen Umgebungen aktiv. Die rekonstruierten Lachgasemissionen aus dem Ozean stimmen mit Rekonstruktionen des Sauerstoffinventars im globalen Ozean überein. Die Lachgasemissionen aus den Landoberflächen werden dagegen durch die Temperatur und die Verteilung der Niederschläge beeinflusst.

Lachgasemissionen auf dem Land rascher gestiegen als im Ozean

Obwohl sich die beiden natürlichen Quellen von Lachgas am Ende der letzten Eiszeit in erster Linie parallel verändert haben, konnten die Wissenschaftler auch Unterschiede ausmachen. «Unsere Daten zeigen, dass die Emissionen aus den Landoberflächen aufgrund der Erwärmung am Ende der letzten Eiszeit teilweise schneller angestiegen sind als die Emissionen aus dem Ozean», sagt Schilt. Ungeachtet der Komplexität der verschiedenen involvierten Ökosysteme konnten im Rahmen dieser Studie die Lachgasemissionen aus den Landoberflächen erstmals mit Klimamodellen nachgebildet werden, die an der Universität Bern entwickelt wurden. Dies erhöht das Vertrauen, dass zukünftige Emissionen von Lachgas, und damit die Rückkopplung auf die Erwärmung selbst, vorausberechnet werden können.

Angaben zur Publikation:

Adrian Schilt, Edward J. Brook, Thomas K. Bauska, Daniel Baggenstos, Hubertus Fischer, Fortunat Joos, Vasilii V. Petrenko, Hinrich Schaefer, Jochen Schmitt, Jeffrey P. Severinghaus, Renato Spahni, Thomas F. Stocker: Isotopic constraints on marine and terrestrial N2O emissions during the last deglaciation, Nature, 2014 (doi:10.1038/nature13971).

11.12.2014