Modellierung Simulation von Klimaarchiven und Klimasignalen der Vergangenheit

Bei der Rekonstruktion des Klimas in der Vergangenheit gewinnen Studien an Höhlensintern wie Speläothemen seit zwei Jahrzehnten immer mehr Bedeutung. Stalagmiten bilden sich aus CaCO3-übersättigten Tropfwässern. Dank der 230Th/U-Datierung kann eine präzise Chronologie erstellt werden, und eine Fülle von geochemischen Spurenelementen und Isotopen kann untersucht werden, um das Klima der Vergangenheit zu ermitteln. 

Simulation eines Stalagmiten

Nur wenige Proxies liefern jedoch quantitative Klimarekonstruktionen, und die tatsächlich entstandene Form kann heute nicht in die Interpretation einbezogen werden. Die Modellierung bleibt ein seltenes Ziel. Wir konzentrieren uns auf die Chronologie und die Verwendung von Radiokohlenstoff (14C) als Instrument zur Kalibrierung des atmosphärischen 14C Gehaltes und zur Ermittlung vergangener Vegetationsveränderungen in Verbindung mit der Dynamik des Kohlenstoffzyklus im Boden. In den letzten Jahren sind wir dazu übergegangen, die Ergebnisse von Klimamodellen mit einem geochemischen Grundwassermodell (CaveCalc von Owen et al. 2018) zu koppeln, um die Zusammensetzung und sogar die Form solcher Ablagerungen in Abhängigkeit von den sich ändernden Umweltbedingungen zu simulieren. Schließlich kann anhand der in den Speläothemen eingeschlossenen Flüssigkeiten die Isotopenzusammensetzung vergangener Tropfwässer rekonstruiert werden. Die Förderung der Forschung erfolgte bisher durch die DFG und wir hoffen auch zukünftig noch mehr Steine wachsen zu sehen. Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit dem Klimarechenzentrum in Hamburg und Kollegen der Universität Potsdam haben wir bereits erste Erfolge in der Simulation der Form von Stalagmiten erzielt, bzw. deren Isotopenzusammensetzung. Eine erste Bachelorarbeit hierzu wurde 2022 in der Zeitschrift Frontiers of Science publiziert (Merz et al. 2022). Zahlreiche Masterarbeiten folgten, bzw. gingen der Publikation voran. Wir nähern uns stetig einem besseren Verständnis der Vorhersage von Stalagmiten Klimasignalen. Weitere Projekte in Bezug auf die Simulation von Kaltwasserkorallenriffen im natürlichen Klimawandel sind noch Zukunftspläne.