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Wissen & Umwelt

Baumringe zeigen globale Abkühlung

Temperatur, Niederschläge, Vulkanausbrüche und Waldbrände - darüber speichern Baumringe Informationen. Damit ist es jetzt gelungen, das Klima der letzten 2000 Jahre zu rekonstruieren.

Jedes Jahr, vom Frühling bis zum Herbst teilen sich die Zellen unter der Rinde eines Baumes neu – ein Jahresring entsteht. Und der enthält eine Menge Informationen, denn nicht alle Jahresringe eines Baumes sind gleich. Ist es warm, wächst der Baum stärker, als wenn es kalt ist. Ist es trocken, wächst er weniger, als wenn es viel regnet.

Besonders gut lassen sich diese Unterschiede an Bäumen ablesen, die an den Baumgrenzen, etwa im Hochgebirge, wachsen. "Zum Beispiel wird es über der oberen Waldgrenze zu kalt, als dass Bäume dort wachsen können. Dort äußern sich kalte Jahre in aller Regel in schmalen Jahresringen. Und dieses Muster ist nicht nur bei einem Baum vorhanden, sondern bei vielen nahe der Waldgrenze", erklärt Jan Esper, Leiter der Baumringforschung, genannt Dendrochronologie, an der Universität Mainz.

Ein solcher klimatischer Randbereich liegt auch im hohen Norden Finnlands. Dort herrschen ideale Forschungsbedingungen, denn nicht nur lebende Bäume können die Dendrochronologen analysieren: Auch totes Holz bewahrt diese Informationen, wie ein Klimaarchiv. "In Finnland haben wir sehr viele flache Seen. Wenn dort ein Baum in einen See fällt, bleibt der über Tausende von Jahren tadellos erhalten", sagt der Mainzer Forscher. So konnten er und seine Kollegen mit finnischen Bäumen das Klima der letzten 2000 Jahre rekonstruieren.

Markus Kochbeck, Leiter des Labors für Dendrochronologie an der Johannes Gutenberg Universität Mainz führt die Verwendung eines Kernbohrers für die Entnahme von Baumproben vor (Foto: DW/ Fabian Schmidt)

Markus Kochbeck zeigt, wie man mit Hilfe des Kernbohrers eine Probe entnimmt

Mit Muskelkraft zur Baumprobe

Markus Kochbeck, Leiter des Forschungslabors in Mainz, führt vor, wie eine Holzprobe aus einem Baum entnommen wird. Dazu setzt er einen Kernbohrer auf einen Baumstamm auf. Der sieht aus wie ein Rohr und wird per Hand gedreht. Eine Lanze dient dazu, den Bohrkern hinterher aus dem Rohr zu holen. Der Bohrkern sieht aus wie ein geringelter Bleistift und ist etwa einen halben Zentimeter dick. Jeder Ring markiert ein Lebensjahr des Baumes. Als nächstes leimt Kochbeck den Bohrkern auf einen Holzträger und glättet ihn dann mit einem Spezialhobel. Dabei entsteht eine feine Oberfläche: Alle Jahrringe werden deutlich sichtbar.

Als nächstes kommt der Bohrkern unter ein Stereomikroskop, das an einen sogenannten X-Tisch gekoppelt ist. "Der Tisch ist mit einer Elektronik versehen", erläutert Kochbeck, "und über die Bewegung des Tisches wird der Jahresring vermessen." Auf diese Weise erzeugt der Wissenschaftler eine Kurve: Auf der X-Achse sind die Jahre aufgelistet und auf der Y –Achse die Baumringweiten in Millimetern.

Vom Mikroskop in den Computer

Pro Bohrkern entsteht eine Kurve. Die Forscher legen dann viele Kurven am Computer übereinander, mindestens einhundert. Anhand prägnanter Jahre, in denen es besonders kalt war und die Ringe besonders schmal sind, können sie die Proben dann datieren. Und weil die Forscher viele Bäume untersuchen, die zu unterschiedlichen Zeiten gelebt haben, können sie eine kontinuierliche Zeitachse entwickeln. Dazu müssen sich immer wieder die Lebenszyklen einzelner Bäume um einige Jahrzehnte überlappen. So finden die Forscher Gemeinsamkeiten zwischen Bäumen verschiedenen Alters.

Solche Übereinstimmungen findet man vor allem anhand der kältesten Jahre in der Zeitgeschichte, weil dann die Ringe besonders schmal sind. "Anhand dessen versucht man dann, die Kurven übereinanderzulegen", so der Forscher. Das geht dann entweder visuell mit der Computermaus oder auch mathematisch mit Hilfe einer Korrelation.

Finnischen Forschern ist es auf diese Weise sogar gelungen, 7000 Jahre in die Vergangenheit zu blicken. Jan Esper ging mit seinem Experiment zwar nicht so weit zurück in der Geschichte, sondern nur 2000 Jahre, dafür hat er aber die Ergebnisse mit einer weiteren Technik verfeinert. Nicht nur die Breite der Jahresringe, sondern auch die Dichte der Zellen im Holz hat er mit einem Spezialröntgengerät gemessen. Der Vorteil: So konnte er noch bessere Klimadaten gewinnen. "Die Jahrringdichtemessung misst die Zellwandstärke der letzten oder vorletzten Zellreihe innerhalb eines Jahrringes. Und die Zellwandstärke ist ein besserer Indikator für Sommertemperaturen", betont er.

Seit römischer Zeit um 0,6 Grad kälter

Das Ergebnis der Messungen: In den 2000 Jahren vor Beginn der industriellen Revolution bis etwa 1900 ist es in Finnland immer kälter geworden, und zwar um 0,3 Grad Celsius pro Jahrtausend. Die Zeit danach hat er nicht in die Berechnung einbezogen, weil ab dann ein neues Phänomen einsetzt: die Zunahme der Treibhausgase.

Der Bohrkern einer Baumprobe im Labor für Dendrochronologie an der Johannes Gutenberg Universität Mainz (Foto: DW/ Fabian Schmidt)

Forscher vermessen die Schichten im Bohrkern und untersuchen sie in einem Röntgengerät auf ihre Dichte.

Und noch andere Klimaereignisse verrieten die finnischen Baumringe dem Forscher. So sind aus den Klimakurven Vulkanausbrüche ablesbar. Nach diesen Ereignissen kommt es zu einer Abkühlung von etwa 0,7 Grad Celsius. Auch Warm- und Kaltzeiten lassen sich erkennen: In der Römerzeit war es sehr warm, ebenso während des sogenannten mittelalterlichen Klimaoptimums, einer Warmphase im Mittelalter. Dem folgt dann eine kältere Phase, die sogenannte kleine Eiszeit. Im 20. Jahrhundert wurde es wieder wärmer.

Auch für die Klimamodellierer, die heutzutage versuchen, das Klima der Zukunft vorherzusagen, könnten die Forschungsergebnisse etwas bieten. Denn die Daten stammen aus einer Zeit, in der nur wenig CO2 in der Atmosphäre war. So geben sie Aufschluss über den natürlichen Klimawandel – ohne Einfluss des Menschen.