Wie die Sahara vertrocknete

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Sebastian Bathiany

Forscher vollzieht im Computermodell die Entstehung der Wüste nach, um künftige Warnsignale erkennen zu können

Im frühen und mittleren Holozän (vor 10 000 bis 6000 Jahren) war die Sahara deutlich feuchter und grüner als heute. Der Temperaturunterschied zwischen Land und Ozean sorgte damals für einen Monsun mit reichlich Niederschlag. Vor etwa 5500 Jahren begann die Vegetation zu schrumpfen. Doch warum starben die Pflanzen in Nordafrika? Und handelte es sich dabei um eine plötzliche Veränderung oder eher um einen schleichenden Prozess? Da es für diese Zeit kaum Beobachtungen gibt, simulieren Wissenschaftler die damalige Situation mithilfe von Klimamodellen.

Um die Ergebnisse dieser Berechnungen besser zu verstehen, entwickle ich Fallbeispiele und Methoden, mit denen sich schnelle Übergänge im Klimasystem erklären lassen. Außerdem suche ich nach sogenannten Hotspots: nach kritischen Gebieten, in denen der Vegetationskollaps im Modell seinen Ursprung hat.

Bekannt ist, dass der Monsun schwächer wurde, weil sich die Ausrichtung der Erde zur Sonne änderte - und damit den Umbruch in der Sahara bewirkte. Die Modelle liefern aber ein mehrdeutiges Bild, wie schnell dieser Übergang ablief. Möglicherweise fand er an einigen Orten viel schneller statt, als die Änderung der Erdumlaufbahn erwarten ließe.

Dies lässt sich durch Rückkopplungen im Klimasystem erklären. Dies sind Prozesse, die sich selbst verstärken und beschleunigen. Als es in der Sahara noch genug Pflanzen gab, saugten sie mit ihren Wurzeln das Wasser aus dem Boden und "schwitzten" es in die Luft aus. Außerdem nahm die dunklere Landoberfläche mehr Sonnenlicht auf. Durch diese Energiezufuhr konnte die Luft aufsteigen, sodass sich Regenwolken bildeten. Die Pflanzen sorgten zum Teil also selbst für Regen. Als der Monsun schwächer wurde, starben viele Pflanzen. Dies verstärkte die Austrocknung der Sahara.

Auch andere Elemente im Erdsystem wie die Ozeanzirkulation können sich plötzlich ändern. Die Zusammenhänge und Rückkopplungen sind jedoch kompliziert. Um die physikalischen Vorgänge richtig in den Klimamodellen abzubilden, sind Methoden nötig, mit denen sich die Modelle prüfen lassen. Am Beispiel der Sahara untersuche ich deshalb, unter welchen Bedingungen sich das Klima abrupt geändert haben könnte. Dabei ist es wichtig, natürliche Klimaschwankungen zu berücksichtigen.

Um dies zu erforschen, verknüpfe ich ein Rechenmodell für die Atmosphäre mit einem Modell, das Änderungen der Vegetation beschreibt. Ergebnis: Es gibt verschiedene Zeitpunkte und Orte, an denen ein Vegetationskollaps stattgefunden haben könnte. Im Modell wirken natürliche Klimaschwankungen im grünen Zustand paradoxerweise stabilisierend. Wird aber eine kritische Niederschlagsmenge unterschritten, sinkt auch die natürliche Variabilität. Das Klima bleibt dann im trockenen Zustand gefangen.

Doch kann man plötzliche Klimaänderungen künftig auch vorhersagen? Und wird die Sahara irgendwann wieder grün? Um dies abschließend zu beantworten, ist es noch zu früh. Theoretische Studien können aber helfen, die Computermodelle zu verbessern und die Warnsignale des Klimasystems zu erkennen.