Zunehmende Trockenheit in Südosteuropa, ausgelöst durch wachsende Gebirge?

Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Forschungsprojekt, das von Geowissenschaftlern der Universität Bayreuth unter der Leitung von Prof. Dr. Ludwig Zöller initiiert wurde. Die Wissenschaftler vermuten, dass ein tektonischer Vorgang den Jahrhunderttausende währenden Klimatrend verursacht hat: nämlich die Hebung der Alpen, der Karpaten, des Balkangebirges und der Dinariden. Von diesen Gebirgen werden das Mittlere und das Untere Donaubecken umrahmt.

Übereinander geschichtete Löss-Sedimente und Böden:
Zeugen einer wechselreichen Klimageschichte
Das Mittlere und das Untere Donaubecken bilden die westlichsten Ausläufer der eurasischen Steppe, die sich von China über Zentralasien bis auf den Balkan erstreckt. Das Klima in diesem Landgürtel hat einen deutlich kontinentalen Charakter. Verglichen mit Regionen, die vom Meer beeinflusst werden, sind im Jahresdurchschnitt die Niederschlagsmengen gering, die Verdunstung hoch und die Wintertemperaturen tief. Auf dem Balkan hat sich die Kontinentalität des Klimas erst vergleichsweise spät – nämlich erst während der letzten Jahrhunderttausende – herausgebildet. An den Folgen dieser Entwicklung, vor allem an regelmäßig auftretenden Dürreperioden, leiden Landwirtschaft und Wasserkraftwerke bis heute.

Genauere Informationen über den Verlauf dieser Entwicklung stecken in plateauartigen Erdschichten, die sich im Mittleren und Unteren Donaubecken gebildet haben. Innerhalb der Schichten wechseln sich horizontale Lagen von Staubablagerungen (Löss) und horizontale Lagen von Paläoböden (wörtlich: „alten Böden“) übereinander ab. Diese Struktur, die sich mit einer Lasagne vergleichen lässt, spiegelt einen rapiden Wechsel von Kaltzeiten und Wärmeperioden wider. Dieser Wechsel hat die Klimaentwicklung in der als Quartär bezeichneten jüngsten Periode der Erdgeschichte (seit 2,6 Millionen Jahren) weltweit geprägt. In jeder Kaltzeit bildete sich bei heftigen Winden und unter großer Trockenheit eine dicke Lage von Löss-Sedimenten.

Darauf folgte nach jeweils rund 100.000 Jahren eine wärmere und feuchtere Periode, in der Pflanzen und Mikroorganismen gedeihen konnten; bei deutlich geringeren Staubmengen entstand so ein fruchtbarer Boden. In der nächsten Kälteperiode wiederum wurde dieser Boden durch eine neue Lage von Löss-Sedimenten zugedeckt. Die Geowissenschaften bezeichnen diese Strukturen deshalb als Löss-Paläoboden-Sequenzen.

„Klimaarchive“ unter der Erdoberfläche:
Zeugen einer Kontinentalisierung des Klimas
„Es ist faszinierend, wie die klimatischen Verhältnisse der vergangenen Jahrtausende in diesen übereinander geschichteten Böden und Sedimenten ihre Spuren hinterlassen haben“, erklärt Dr. Ulrich Hambach von der Universität Bayreuth. „Wie ein Archiv ist darin die Klimaentwicklung seit mehr als 700.000 Jahren dokumentiert. Um dieses Archiv zu erschließen, bedarf es allerdings einer Vielzahl moderner Forschungsmethoden, die erst im Verbund zuverlässige Informationen liefern.“ Das internationale Forschungsteam hat deshalb verschiedene Mess- und Analyseverfahren kombiniert. Bei umfassenden bodenkundlichen und geochemischen Untersuchungen wurde speziell auch die Partikelgröße der Staubsedimente bestimmt. Eine entscheidende Rolle spielten mineralmagnetische und spektroskopische Verfahren, mit denen festgestellt werden konnte, in welcher Form das Element Eisen im Erdboden gebunden ist.

Diese Untersuchungen ergeben ein eindeutiges Bild: In Südosteuropa fand in den letzten 700.000 Jahren eine Klimaentwicklung statt, die zu niedrigeren jährlichen Niederschlagsmengen, stärkerer Verdunstung in den Sommermonaten und kälteren Trockenperioden im Winter führte – also zu einer immer stärkeren Kontinentalität des Klimas. Besonders eindrucksvoll ist dabei, wie sich heutige klimatische Gegebenheiten bis weit in die Vergangenheit zurückverfolgen lassen. So war die Trockenheit im Unteren Donaubecken bereits in den Wärmeperioden zwischen den älteren Kaltzeiten etwas stärker ausgeprägt als im Mittleren Donaubecken. Dieser Unterschied besteht auch heute noch weiter.

Gebirgshebungen auf dem Balkan als Ursache der Klimaentwicklung?

Wie ist dieser Klimawandel, der sich über mehrere Hunderttausend Jahre erstreckt, zu erklären? Dr. Björn Buggle und Dr. Ulrich Hambach vom Lehrstuhl Geomorphologie der Universität Bayreuth sowie ihre Kooperationspartner sind der Frage nachgegangen, ob die 'klassischen' Faktoren, mit denen Klimaentwicklungen in der Erdgeschichte oft plausibel erklärt werden können, auch als Ursache für die Kontinentalisierung des Klimas in Südosteuropa infrage kommen.

Zu diesen Faktoren zählen insbesondere geringfügige Änderungen beim Umlauf der Erde um die Sonne, schwankende CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre, Verdunstungsprozesse auf den Ozeanen oder die Schwankungen der Eismengen an den Polkappen. Doch eine überzeugende Erklärung für die klimatische Entwicklung, die sich speziell im Mittleren und Unteren Donaubecken abgespielt hat, lässt sich auf diese Weise nicht gewinnen.

Deshalb schlägt die Forschungsgruppe erstmals eine andere Erklärung vor: Die Anfänge der Entstehung der Alpen, der Karpaten, des Balkangebirges und der Dinariden liegen zwar schon mehr als 20 Mio. Jahren zurück, doch in den letzten 700.000 Jahren haben sich diese Gebirgszüge noch um mehrere hundert Meter angehoben. „Die Annahme, dass die stetige Anhebung aller Gebirgsketten den zunehmend kontinentalen Charakter des Klimas auf dem Balkan verursacht hat, ist mit allen bisherigen Forschungsergebnissen sehr gut vereinbar“, erklärt Hambach. „Die wachsenden Gebirgsketten könnten die Zirkulationen von Luft und Feuchtigkeit im südosteuropäischen Raum schrittweise verändert haben. Es ist gut möglich, dass sie die beiden Donaubecken zunehmend gegen Regenwolken abgeschirmt haben, so dass sich die eurasische Steppenlandschaft immer weiter nach Westen ausgedehnt hat.“

Erfolgreicher Abschluss einer Forschungsreise

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Deutschland, Serbien und Rumänien haben ihre von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Untersuchungen bisher auf die beiden Standorte Mircea Voda in Rumänien und Batajnica / Stari Slankamen in Serbien konzentriert. Eine besondere Rolle spielte dabei Prof. Dr. Slobodan Markoviæ von der Universität Novi Sad in Serbien, der sich als ehemaliger Humboldt-Stipendiat der Universität Bayreuth besonders verbunden fühlt. Am 1. August 2013 konnten die Wissenschaftler die letzte Geländekampagne in Südost-Rumänien abschließen. Nun geht es um die weitere Auswertung der Ergebnisse. „Dabei wollen wir noch genaueren Aufschluss darüber gewinnen, wie die zeitliche und räumliche Dynamik an den Übergängen von einer Kaltzeit zu einer Warmzeit und vor allem von einer Warmzeit zur folgenden Kaltzeit ausgestaltet war,“ so Hambach. „Letzteres ist für die Klimaforschung von besonderem Interesse, da sich die Erde langfristig auf eine neue Kaltzeit zubewegt.“

Veröffentlichungen:

Björn Buggle, Ulrich Hambach, Martin Kehl, Slobodan B. Markovic, Ludwig Zöller and Bruno Glaser,
The progressive evolution of a continental climate in southeast-central European lowlands during the Middle Pleistocene recorded in loess paleosol sequences,
in: Geology (2013), published online 24 May 2013;
DOI: 10.1130/G34198.1
Björn Buggle, Ulrich Hambach, Karoly Müller, Ludwig Zöller, Slobodan B. Markoviæ, Bruno Glaser,
Iron mineralogical proxies and Quaternary climate change in SE-European loess–paleosol sequences,
in: Catena (2013), Available online 1 July 2013;
DOI: 10.1016/j.catena.2013.06.012
Ansprechpartner:
Dr. Ulrich Hambach
Lehrstuhl für Geomorphologie
Universität Bayreuth
Universitätsstr. 30
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 55 2264
E-Mail: ulrich.hambach@uni-bayreuth.de
Projektleitung an der Universität Bayreuth:
Prof. Dr. Ludwig Zöller
Lehrstuhl für Geomorphologie
Universität Bayreuth
Universitätsstr. 30
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 55 2265
E-Mail: ludwig.zoeller@uni-bayreuth.de