Eisdaten: CO₂ allein erklärt nicht Klimawandel der Vergangenheit

Seit Langem ist klar, dass Treibhausgase die Erde aufheizen. An der Rolle von CO₂ gibt es unter Klimaforschern keinen ernsthaften Zweifel. Neue Forschungsergebnisse in Nature erweitern nun aber den Blick auf die Klimageschichte. Sie reichen rund drei Millionen Jahre zurück und liefern neue Daten dazu, wie CO₂ und Klimawandel in der Vergangenheit zusammenwirkten. Die Auswertung deutet darauf hin, dass das Treibhausgas allein frühere Veränderungen des Erdklimas nicht vollständig erklärt. Auch Ozeane, Eisschilde und andere Prozesse im Erdsystem müssen mitgedacht werden.

Über sehr lange Zeiträume blieben die Treibhausgase erstaunlich stabil, während sich das Klima trotzdem deutlich veränderte. Die Auswertung antarktischer Eisproben liefert dafür nun konkrete Messwerte. Sie reicht weiter zurück als frühere Eisanalysen und zeigt: Die Erde kühlte sich über Millionen Jahre ab, obwohl CO₂ nur leicht sank und Methan kaum vom Fleck kam.

Was CO₂ und Klimawandel in der Vergangenheit wirklich über das Erdklima verraten

Die neuen Erkenntnisse stammen aus dem Eis der Antarktis, in dem Luft aus sehr weit zurückliegenden Erdzeitaltern eingeschlossen ist. Diese Proben erlauben einen direkten Blick auf die damalige Atmosphäre. Dabei fällt vor allem eines auf: Der CO₂-Gehalt blieb über sehr lange Zeit erstaunlich niedrig. Vor rund 2,7 Millionen Jahren lag er bei etwa 250 ppm. Insgesamt blieb er über weite Strecken unter 300 ppm.

Zwischen etwa 2,9 und 1,2 Millionen Jahren sank der Wert nur leicht, um rund 20 ppm. Danach bewegte er sich kaum noch. Auch Methan blieb über diesen langen Zeitraum weitgehend stabil und lag im Mittel bei etwa 500 ppb. Trotzdem veränderte sich das Klima deutlich. Die Erde kühlte sich weiter ab.

Auch die Ozeane verloren Wärme. Im globalen Mittel sank ihre Temperatur über drei Millionen Jahre um etwa 2 bis 2,5 Grad Celsius. Ein großer Teil dieser Abkühlung setzte schon früh ein, vor allem zwischen drei und zwei Millionen Jahren vor heute. Danach verlief der Trend langsamer und ungleichmäßiger.

In den Ozeanen verlief die Abkühlung deutlich anders

Besonders spannend ist der Blick ins Meer. Denn die neuen Daten erlauben erstmals nicht nur Aussagen über die Luft, sondern auch über die Temperatur der Ozeane. Möglich wurde das durch Edelgase wie Xenon und Krypton. Sie waren im Meerwasser gelöst und wurden später im Eis konserviert.

„Die Edelgase im Eis liefern eine einzigartige Möglichkeit, Veränderungen der Ozeantemperatur zu erkennen“, sagt Sarah Shackleton, Mitautorin der Studie und heute Professorin an der Woods Hole Oceanographic Institution. Der große Vorteil der Methode: Sie liefert nicht nur Hinweise auf einzelne Regionen, sondern einen deutlich breiteren Blick auf das globale Klimasystem.

Dabei zeigte sich ein auffälliger Unterschied. Die Tiefsee kühlte sich früher ab als die Meeresoberfläche. Das spricht dafür, dass sich der Wärmetransport im Ozean verändert hat. Wie Wärme im Meer gespeichert, verteilt und wieder abgegeben wird, kann das Klima über sehr lange Zeiträume stark beeinflussen.

Julia Marks-Peterson In uraltem antarktischem Eis eingeschlossene Luftblasen konservieren Spuren der damaligen Atmosphäre. © Julia Marks Peterson

Altes Eis aus der Antarktis eröffnet einen neuen Blick

Die Proben stammen aus den Allan Hills in der Ostantarktis. Dort gelangt sehr altes Eis durch natürliche Bewegungen im Gletscher an die Oberfläche. Anders als bei klassischen Eisbohrkernen entsteht dort aber keine lückenlose Abfolge Schicht für Schicht. Stattdessen liefern die Funde einzelne Abschnitte aus verschiedenen Zeiten.

„Diese Momentaufnahmen erweitern die Klimadaten deutlich weiter zurück, als bisher möglich war“, sagt Ed Brook, Paläoklimatologe an der Oregon State University und Direktor des Forschungszentrums COLDEX. Darin liegt der Wert dieser Archive. Sie liefern keine lückenlose Zeitreihe, aber belastbare Hinweise auf langfristige Durchschnittswerte und große Entwicklungslinien.

Das ist wichtig, weil sich die bisherigen direkten Eis-Daten vor allem auf die letzten 800.000 Jahre konzentrierten. Nun reicht der Blick deutlich weiter zurück. Damit lassen sich Fragen neu stellen, die bislang nur mit indirekten Methoden untersucht wurden.

Mehr als Treibhausgase wirkten auf das Klima ein

Der zentrale Punkt der Studie ist klar: Frühere Klimaveränderungen lassen sich nicht allein mit CO₂ erklären. Die Werte bei CO₂ und Methan blieben über sehr lange Zeit vergleichsweise stabil. Trotzdem kühlte sich der Planet deutlich ab. Es muss also weitere Prozesse gegeben haben, die stark mitgewirkt haben.

Dazu zählen vor allem Veränderungen im Ozean, aber auch große Eisflächen auf der Erde, Veränderungen der Vegetation und die sogenannte Albedo, also die Fähigkeit der Erdoberfläche, Sonnenlicht zurückzuwerfen. Mehr Eis bedeutet mehr Reflexion. Mehr dunkle Flächen bedeuten mehr Aufnahme von Wärme. Solche Verschiebungen können das Klimasystem über lange Zeiträume stark verändern.

Hinzu kommt: Diese Prozesse laufen nicht sauber getrennt voneinander ab. Sie greifen ineinander. Ändert sich die Ozeanzirkulation, wirkt sich das auf Temperaturen, Eisbildung und Niederschläge aus. Wachsen Eisschilde, verändert das die Reflexion der Erde. Dadurch verschieben sich weitere Teile des Systems.

CO₂ bleibt wichtig – aber eben nicht als einzige Erklärung

Die neuen Ergebnisse rücken CO₂ nicht ins Abseits. Sie ändern auch nichts an der klaren Einordnung des heutigen Klimawandels. Der aktuelle Anstieg der Temperaturen ist menschengemacht und eng mit den stark gestiegenen Treibhausgasen verknüpft. Deshalb ist der Vergleich mit der Vergangenheit so aufschlussreich.

„Unsere Hoffnung ist, dass diese Arbeit unser Verständnis darüber schärft, wie verschiedene Elemente des Erdsystems zusammenwirken“, sagt Julia Marks-Peterson, Erstautorin der Studie und Doktorandin an der Oregon State University. Das ist die eigentliche Botschaft. CO₂ bleibt ein wichtiger Treiber. Doch das Klimasystem reagiert nicht isoliert auf einen einzigen Wert.

Damit wächst auch die Bedeutung von Rückkopplungen. Wenn mehrere Prozesse gleichzeitig in Bewegung geraten, können sich Effekte verstärken. Kleine Veränderungen müssen dann nicht klein bleiben. Sie können größere Entwicklungen anstoßen, vor allem über lange Zeiträume.

Die heutigen Werte liegen deutlich über dem alten Rahmen

Während CO₂ in den untersuchten Zeiträumen meist unter 300 ppm blieb, lag der Wert im Jahr 2025 bei rund 425 ppm. Das ist weit mehr als alles, was in diesen Eisproben für die vergangenen drei Millionen Jahre gemessen wurde.

Auch beim Methan ist der Unterschied drastisch. Früher lag der Wert im Schnitt bei rund 500 ppb. Heute sind es etwa 1.935 ppb. Damit liegt der aktuelle Wert fast viermal so hoch. Schon diese Größenordnung zeigt, wie stark sich die heutige Atmosphäre von der alten unterscheidet.

Der Vergleich macht auch deutlich, dass die derzeitige Entwicklung nicht einfach als Fortsetzung natürlicher Schwankungen verstanden werden kann. Das Tempo ist anders. Die Höhe der Werte ist anders. Und das System reagiert nun auf Bedingungen, die in den untersuchten Zeiträumen so nicht zu finden sind.

Die wichtigsten Zahlen im Überblick

Zeitraum der Analyse: rund 3 Millionen Jahre
CO₂ vor etwa 2,7 Millionen Jahren: rund 250 ppm
CO₂ über lange Zeit: meist unter 300 ppm
Rückgang zwischen 2,9 und 1,2 Millionen Jahren: nur etwa 20 ppm
CO₂ im Jahr 2025: rund 425 ppm
Methan früher: etwa 500 ppb
Methan im Jahr 2025: rund 1.935 ppb
Abkühlung der Ozeane: etwa 2 bis 2,5 Grad Celsius
Auffällig: Die Tiefsee kühlte sich früher ab als die Oberfläche

Die Forschung reicht bald noch weiter zurück

Die Arbeit an den Eisarchiven ist mit diesen Ergebnissen nicht beendet. Im Gegenteil. In neueren Bohrkernen wurde bereits Eis gefunden, das womöglich bis zu sechs Millionen Jahre alt ist. Diese Proben werden derzeit untersucht.

Parallel arbeiten Forscher daran, weitere Gase auszuwerten und die Messmethoden zu verfeinern. Außerdem geht es um die Frage, unter welchen Bedingungen so altes Eis überhaupt erhalten bleibt. Auch das ist wichtig, weil es hilft, neue Fundorte gezielter zu erschließen.

Je weiter diese Archive zurückreichen, desto genauer lässt sich die Klimageschichte der Erde rekonstruieren. Und desto besser lässt sich verstehen, wie Atmosphäre, Ozeane, Eis und Landflächen über lange Zeiträume zusammengewirkt haben.

Kurz zusammengefasst:

Antarktisches Eis zeigt: Die Erde kühlte sich über Millionen Jahre ab, obwohl CO₂ nur leicht sank und Methan fast unverändert blieb.
Für den Klimawandel der Vergangenheit reichte CO₂ allein als Erklärung nicht aus. Auch Ozeanzirkulation, Eisschilde und die Reflexion der Erdoberfläche beeinflussten die Entwicklung des Klimas.
Klar bleibt trotzdem: Die heutige Erwärmung ist menschengemacht, und die aktuellen CO₂- und Methanwerte liegen deutlich über den damaligen Bereichen.

Übrigens: Auch an anderer Stelle bröckelt eine populäre Klima-Hoffnung. Neue Messdaten aus der Antarktis zeigen, dass Schmelzwasser deutlich weniger CO₂-Bindung anstößt als lange gedacht – mehr dazu in unserem Artikel.