Erde durchlief fünf „Mega-Klima"-Zustände, mit Häufung von Aussterbeereignissen an den Übergängen

Das Klima der Erde hat gefrorene Epochen, Treibhaus-Hothouses und lange Phasen dazwischen durchlaufen. Eine neue Studie argumentiert, dass diese Geschichte kein Zufallspfad war. Über die vergangenen 539 Millionen Jahre neigten der Kohlenstoffkreislauf und die Temperatur des Planeten dazu, sich in einer kleinen Gruppe wiederkehrender Konfigurationen einzupendeln, so ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung von Corinne „Cori" Myers, einer Paläobiologin an der University of New Mexico.

Dieselbe Analyse ergab, dass Leben auf dem Planeten weit wahrscheinlicher Schaden nahm, wenn die Erde aus einer dieser Konfigurationen in eine andere überging. Phasen erhöhten Aussterbens – einschließlich aller fünf großen Massenaussterben im Fossilbericht – häuften sich um diese Übergangspunkte, statt gleichmäßig über die Zeit verteilt zu sein.

Die Ergebnisse erscheinen in Nature Communications unter dem Titel „Transitions between persistent climate–carbon regimes coincide with elevated Phanerozoic biosphere vulnerability". Die Arbeit wurde im Einklang mit dem redaktionellen Verfahren von Science X begutachtet und faktengeprüft, das sie als peer-reviewte Publikation aus einer vertrauenswürdigen Quelle ausweist.

Fünf „Mega-Klima"-Zustände im Phanerozoikum

Die Studie konzentriert sich auf das Phanerozoikum, die rund 539 Millionen Jahre umfassende Spanne der Erdgeschichte, in der sich komplexes Leben diversifizierte und weltweit ausbreitete. Statt den Klimadatensatz als eine durchgehende Kurve steigender und fallender Temperaturen zu behandeln, fragten die Forschenden, ob das System die meiste Zeit in einer begrenzten Zahl bevorzugter Modi verbrachte.

Das tat es. „Unsere Analysen identifizierten fünf große ‚Mega-Klima'-Zustände mit relativ abrupten Übergängen", sagte Myers. „Das Verhalten von CO2 und Temperatur im Phanerozoikum lässt sich als Übergang zwischen diesen identifizierten Zuständen annähern."

Diese Rahmung ist wichtig dafür, wie die tiefe Vergangenheit gelesen wird. Ein gradualistisches Bild impliziert langsames, schrittweises Driften, bei dem der Planet reibungslos von einem Zustand in den nächsten gleitet. Das zustandsbasierte Bild impliziert stattdessen lange Phasen relativer Persistenz, unterbrochen von vergleichsweise schnellen Reorganisationen des Klima- und Kohlenstoffsystems. Myers ist außerordentliche Professorin für Paläobiologie und Paläoökologie in der UNM Department of Earth and Planetary Sciences.

Warum das Team sie „Haggis bins" nennt

Die fünf Zustände tragen einen informellen Spitznamen: die „Haggis bins". Das Team wählte die Bezeichnung als Anspielung auf Schottland, wo das Projekt begann, und auf die Art und Weise, wie sich die Klimadaten in grafischen Darstellungen visuell in deutlich getrennte Gruppierungen aufteilen. Der Spitzname ist locker, doch die dahinterstehende Klassifikation wurde nicht allein mit dem Auge erreicht – sie ergab sich aus mehreren quantitativen Verfahren, die auf den Langzeitdatensatz angewandt wurden.

Informelle Kurzbezeichnungen für wissenschaftliche Regime sind in Feldern üblich, die mit ausufernden Datensätzen zu tun haben, wo ein einprägsamer Begriff es Mitarbeitenden erleichtert, über Muster zu sprechen, die sich sonst nur schwer in einem Satz beschreiben lassen. Hier repräsentieren die bins wiederkehrende Kombinationen von Kohlenstoffkreislauf- und Temperaturverhalten, zu denen der Planet immer wieder zurückkehrte.

Wie die Forschenden die Zustände identifizierten

Um persistente Regime von gewöhnlicher Variation zu unterscheiden, kombinierte das Team mehrere analytische Ansätze, statt sich auf einen einzigen statistischen Test zu verlassen:

• Rekurrenzanalyse, die nach wiederkehrenden Mustern in einer langen Zeitreihe sucht und identifiziert, wann das System frühere Bedingungen erneut erreicht.
• Dynamische mathematische Modellierung, die beschreibt, wie sich das Klima- und Kohlenstoffsystem zwischen Zuständen bewegt, statt kontinuierlich zu driften.
• Analyse von Frühwarnsignalen, die nach statistischen Vorläufern sucht, die typischerweise auftreten, bevor ein System von einem Regime in ein anderes wechselt.

Die Zusammenführung dieser Methoden ergab ein Bild eines Klimasystems, das in einem gegebenen Modus verweilt und sich dann relativ abrupt reorganisiert. Die Autoren beschreiben die Übergänge als relativ abrupt statt augenblicklich – eine Unterscheidung, die wichtig ist, wenn der zugrunde liegende Datensatz über Hunderte Millionen Jahre komprimiert ist.

Aussterben folgt der „Biosphären-Vulnerabilität"

Die zweite Hälfte der Geschichte betrifft das Leben. Die Forschenden trugen makroevolutionäre Vulnerabilität gegen die Zeit auf und erzeugten ein Maß, bei dem Werte größer als null anzeigen, dass die Biosphäre unter Stress steht. Die fünf großen Massenaussterben fallen alle in diesen gestressten Bereich des Diagramms.

Mit anderen Worten: Die Momente, in denen sich die Erde zwischen ihren Mega-Klima-Zuständen bewegte, sind dieselben Momente, in denen der biologische Bericht düster wird. Diese Assoziation beweist nicht, dass eine einzelne Klimaverschiebung ein einzelnes Aussterbeereignis verursacht hat, aber sie zeigt, dass die beiden Phänomene mit auffälliger Regelmäßigkeit dieselben Fenster der Erdgeschichte besetzen.

Die grafische Zusammenfassung der Arbeit, Nature Communications im Jahr 2026 zugeschrieben, zeigt Vulnerabilitätswerte neben den fünf Haggis bins, dargestellt als graue und weiße Balken im Hintergrund. Die Massenaussterbeereignisse erscheinen als Schädel, die die schwersten biologischen Krisen im Bericht markieren.

Was die Studie behauptet und was nicht

Die zentrale Aussage der Arbeit ist deskriptiv und strukturell: Das CO2- und Temperaturverhalten über das Phanerozoikum lässt sich als Bewegung zwischen fünf persistenten Zuständen annähern, und erhöhte Biosphären-Vulnerabilität fällt mit den Übergängen zusammen. Das ist eine andere Aussage als zu sagen, der Planet sei in einen festen Zyklus eingeschlossen oder zukünftige Verschiebungen ließen sich im Voraus planen.

Sie rahmt auch eine ältere Annahme neu. Das Klima der Erde hat sich im Laufe ihrer Geschichte dramatisch verändert, doch die neue Forschung legt nahe, dass diese Veränderungen möglicherweise nicht so zufällig waren wie bisher angenommen. Wenn das System dazu neigt, eine Handvoll wiederkehrender Konfigurationen zu besetzen, dann werden die interessanten Fragen: Was drängt es aus einem bin heraus, und was bestimmt, in welchem bin es als Nächstes landet?

Für Paläobiologen und Klimawissenschaftler bietet die Arbeit einen gemeinsamen Rahmen. Klimaforschende erhalten eine Möglichkeit, das Kohlenstoff- und Temperaturverhalten der tiefen Zeit in Begriffen von Regimen und Übergängen zu beschreiben. Biologen erhalten eine Karte, wann die Biosphäre am fragilsten war, die mit dem Timing von Diversifizierung, Aussterben und Erholung im Fossilbericht verglichen werden kann.

Wichtigste Erkenntnisse

• Ein internationales Team unter Leitung von Forschenden einschließlich der UNM-Paläobiologin Corinne „Cori" Myers analysierte Klima- und Kohlenstoffverhalten über das 539 Millionen Jahre umfassende Phanerozoikum.
• Die Analyse identifizierte fünf große „Mega-Klima"-Zustände mit relativ abrupten Übergängen zwischen ihnen.
• Phasen erhöhten Aussterbens, einschließlich aller fünf großen Massenaussterben, traten häufig auf, als sich der Planet zwischen diesen Zuständen bewegte.
• Vulnerabilitätswerte über null deuten auf eine Biosphäre unter Stress hin, und die Massenaussterben fallen in diesen Bereich der Daten.
• Die Methoden kombinierten Rekurrenzanalyse, dynamische mathematische Modellierung und Analyse von Frühwarnsignalen.
• Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht (DOI: 10.1038/s41467-026-75655-9).

Die Studie schließt das Buch nicht darüber, warum diese Übergänge geschehen oder wie eng Klimawandel und Aussterben gekoppelt sind. Aber sie legt nahe, dass die langfristige Gewohnheit des Planeten Persistenz gefolgt von Reorganisation ist – und dass einige der schlimmsten Momente für das Leben während der Reorganisationen kamen.

Dieser Artikel basiert auf einer Berichterstattung von Phys.org. Lesen Sie den Originalartikel.