Einfach erklärt
Forschende haben Spuren in alten Meeresablagerungen untersucht und mit 27 Klimamodellen verglichen. Das Ergebnis: Im Winter könnte es in der Arktis weniger Meereis geben, als viele Modelle bisher berechnet haben. Genauere Einschätzungen könnten auch helfen, mögliche Veränderungen bei Schnee und Regen in weit entfernten Regionen besser zu verstehen.
Der arktische Winter betrifft nicht nur die Arktis
Das Meereis bildet eine Art Decke über dem Ozean und trennt das Wasser von der Atmosphäre. Wird diese Decke kleiner, liegen größere Meeresflächen frei. Dadurch verändert sich, wie viel Wärme und Feuchtigkeit vom Meer in die Luft gelangt. Forschende interessieren sich dafür, weil solche Veränderungen mit Wetterverschiebungen in weit entfernten Gebieten zusammenhängen können. Der Einfluss der Arktis auf das lokale Wetter ist allerdings komplex und lässt sich nicht mit einer einfachen Regel beschreiben.
Frühere Studien brachten den Rückgang des arktischen Eises mit kälteren Wintern und mehr Schneefall in Großbritannien, Nordeuropa und Nordamerika in Verbindung. Bessere Schätzungen sind deshalb nicht nur wichtig, um zu verstehen, wie sich der Arktische Ozean verändern könnte. Sie könnten auch ein genaueres Bild bestimmter Klimarisiken für bewohnte Regionen liefern. Die neuen Ergebnisse helfen, solche Zusammenhänge besser zu untersuchen – sie erlauben jedoch keine sichere Vorhersage für das Wetter in einem bestimmten Jahr.
Die Frage ist besonders relevant, weil das winterliche Meereis zuletzt bemerkenswerte Werte erreichte. Im März 2025 war seine jährliche Ausdehnung so gering wie seit Beginn der modernen Beobachtungen nicht mehr. 2026 erreichte die Arktis erneut denselben Rekordwert. Mit der maximalen Ausdehnung ist die Fläche gemeint, die das Eis auf dem Höhepunkt der kalten Jahreszeit bedeckt – nicht die sommerliche Eisfläche und auch nicht die gesamte Eismenge.
Trotz zahlreicher Klimamodelle ist es weiterhin schwierig, Veränderungen des Wintereises vorherzusagen. Gerade bei der Berechnung der Eisfläche in den kalten Monaten weichen die Simulationen stark voneinander ab. Wenn die Modelle zwar einen ähnlichen allgemeinen Trend zeigen, aber unterschiedliche Eisflächen für die Zukunft angeben, bleibt die Bandbreite möglicher Entwicklungen groß. Das erschwert es, die Ergebnisse miteinander zu vergleichen und einzuschätzen, welche Veränderung am wahrscheinlichsten ist.
Spuren aus der Zeit unter dem Meeresboden
Statt sich allein auf moderne Beobachtungsdaten zu stützen, suchte ein Team der University of Cambridge und des mexikanischen Zentrums für mathematische Forschung, bekannt unter der Abkürzung CIMAT, nach Hinweisen aus früheren Klimazeiten, die sich im Meeresboden erhalten haben. Die Forschenden untersuchten Ablagerungen aus dem mittleren Holozän, vor rund 6.000 Jahren. Damals führten kleine Veränderungen der Erdumlaufbahn dazu, dass die Arktis wärmer und weniger stark von Eis bedeckt war als in kälteren Zeiten.
Alte Ablagerungen liefern zwar keine direkte Momentaufnahme des Ozeans, bewahren aber chemische Spuren von Lebewesen, die dort einst lebten. Dazu gehört das Biomolekül IP25, das von Algen gebildet wird, die mit Meereis verbunden sind. Werden die Überreste dieser Algen im Sediment begraben, kann ihre chemische Signatur erhalten bleiben und Hinweise auf frühere Eisverhältnisse geben. Das Team stellte die bislang größte Datenbank zu diesem Indikator zusammen und ergänzte sie um weitere chemische Spuren von Organismen aus dem offenen Meer.
Vergleicht man Hinweise auf Meereis mit solchen auf offenes Wasser, ergibt sich ein ausgewogeneres Bild, als wenn man sich auf einen einzelnen Indikator verlässt. Die Spuren eisgebundener Algen sprechen für Bedingungen mit Meereis; andere chemische Hinweise geben Aufschluss darüber, wie verbreitet offene Meereslebensräume waren. Auf dieser Grundlage rekonstruierten die Forschenden die Eisverhältnisse in Teilen der Arktis vor Tausenden von Jahren. Anschließend nutzten sie diese Rekonstruktion, um zu prüfen, wie gut Klimasimulationen die damaligen Bedingungen abbilden.
Das mittlere Holozän ist besonders aufschlussreich, weil es ein konkretes Beispiel für eine wärmere und eisärmere Arktis bietet – und nicht nur ein am Computer berechnetes Ergebnis. Zwar ging die damalige Erwärmung auf natürliche Veränderungen der Erdumlaufbahn zurück, während die heutige Erwärmung mit menschlichen Aktivitäten zusammenhängt. Das Team untersuchte jedoch vor allem, wie das Eis auf Wärme reagiert. Die grundlegenden physikalischen Prozesse, durch die sich Eis bildet oder schmilzt, lassen sich auch unter unterschiedlichen Klimabedingungen erforschen.
Wie das Team 27 Klimamodelle überprüfte
Nachdem die Forschenden die früheren Eisverhältnisse rekonstruiert hatten, verglichen sie die Hinweise aus den Ablagerungen mit Simulationen derselben Zeit aus 27 Klimamodellen. Ein Klimamodell ist ein Rechenwerkzeug, das Wechselwirkungen zwischen Faktoren wie Ozean, Atmosphäre und Eis abbildet. Mit solchen Modellen lassen sich vergangene Klimabedingungen simulieren und mögliche Entwicklungen für die Zukunft untersuchen. Die Modelle sind jedoch unterschiedlich leistungsfähig: Einige stellen historische Verhältnisse besser dar als andere.
Das Team verwendete ein statistisches Verfahren namens bayessche Gewichtung. Vereinfacht gesagt erhielten jene Simulationen ein höheres Gewicht, deren Ergebnisse den Hinweisen aus den Ablagerungen näherkamen. Simulationen, die stärker davon abwichen, flossen weniger stark in die Gesamtauswertung ein. Die Forschenden wählten also nicht einfach ein einzelnes Modell aus und verwarfen alle anderen. Stattdessen passten sie den Beitrag der verschiedenen Modelle daran an, wie gut sie mit den alten Klimaspuren übereinstimmten.
Mit diesem Test lässt sich Wissen über die Vergangenheit mit Schätzungen für die Zukunft verbinden. Anstatt jede Simulation als gleichermaßen zuverlässig zu behandeln, nutzten die Forschenden die Klimageschichte, um zu beurteilen, welche Modelle die Reaktion des Eises besser beschreiben. Nachdem sie die Gewichte berechnet hatten, übertrugen sie dasselbe Verfahren auf Simulationen jüngerer Zeiträume und auf Zukunftsszenarien.
Dieser Schritt beruht auf der Annahme, dass sich die physikalischen Prozesse, die das Meereis bestimmen, nicht grundlegend ändern, nur weil sich die Ursache der Erwärmung oder der betrachtete Zeitraum unterscheidet. Deshalb hielt das Team es für sinnvoll, die aus dem Vergleich mit der Vergangenheit abgeleiteten Gewichte auch zur Verbesserung der Einschätzungen für die jüngere Vergangenheit und die Zukunft heranzuziehen. Unsicherheit verschwindet dadurch nicht. Vielmehr werden die einzelnen Modelle anhand unabhängiger Belege neu gewichtet.
Die Modelle rechnen mit zu viel Wintereis
Der Vergleich zeigte, dass die Klimamodelle zusammengenommen dazu neigten, die winterliche Eisfläche größer zu berechnen, als es die alten Klimaspuren nahelegen. Die Modelle überschätzten also die Ausdehnung des Eises: Die Simulationen ließen mehr Eis bestehen, als die Rekonstruktion des mittleren Holozäns vermuten lässt.
Als das Team die Modelle neu gewichtete, verschwand diese Verzerrung in den Simulationen historischer Zeiträume, erklärte die leitende Forscherin Crystal Fu vom Scott Polar Research Institute der University of Cambridge. In den Projektionen für die Zukunft lagen die berechneten Eisflächen anschließend etwa eine Million Quadratkilometer unter früheren Schätzungen. Das bedeutet nicht, dass in einem einzelnen Jahr eine festgelegte Fläche verschwinden wird. Die Zahl beschreibt den Unterschied zwischen den neu gewichteten Zukunftsprojektionen und früheren Schätzungen.
Eine Abweichung von rund einer Million Quadratkilometern ist keine kleine Abweichung auf der Karte der Arktis. Wenn frühere Berechnungen dazu tendierten, eine größere Eisdecke anzunehmen, ergibt sich durch die niedrigeren Schätzungen ein anderes Bild davon, in welchen Gebieten das Wintereis zurückgehen könnte. Genauere Karten helfen Forschenden dabei, besonders betroffene Regionen zu erkennen und das erwartete Ausmaß des Wandels auf Grundlage eines historischen Tests zu beschreiben.
Die Ergebnisse sind dennoch keine Gewissheit darüber, wie viel Eis es zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Zukunft geben wird. Die Studie verbesserte den Umgang mit einer Gruppe von Klimamodellen und verringerte bestimmte Unsicherheiten. Aus Klimaprojektionen werden dadurch aber keine Vorhersagen für einzelne Tage oder Jahre. Es bleiben Schätzungen, die auf Beobachtungsdaten und Rechenverfahren gestützt sind. Sowohl die alten Klimaspuren als auch die Simulationen setzen dem, was sich daraus ableiten lässt, Grenzen.
Die Bandbreite der Unsicherheit verkleinern
Bei der Erforschung des früheren Klimas gibt es gleich zwei Herausforderungen: Auch Rekonstruktionen der Vergangenheit sind mit Unsicherheiten behaftet, und Klimamodelle können die Zukunft ebenfalls nicht ohne Unsicherheit abbilden. Deshalb ist es mitunter schwierig, alte geologische Hinweise direkt mit modernen Projektionen zu vergleichen. Fu zufolge haben sich die Archive früherer Klimabedingungen über Jahrzehnte hinweg erweitert. Ihre Verbindung mit Zukunftsprojektionen blieb jedoch kompliziert, weil beide Seiten des Vergleichs eine eigene Unsicherheitsspanne mitbringen.
Die Gewichtungsmethode kann diese beiden Ansätze näher zusammenbringen: Alte Klimaspuren dienen dazu, die Leistung der Simulationen zu beurteilen; diese Bewertung fließt anschließend in die Projektionen ein. Laut der Studie verringerte sich die Bandbreite möglicher Ergebnisse bei einigen Projektionen um bis zu 85 %. Dieser Wert gilt für bestimmte vom Team untersuchte Fälle. Er bedeutet nicht, dass die Unsicherheit bei allen Aspekten des arktischen Klimas gleichermaßen zurückgegangen ist.
Eine kleinere Bandbreite möglicher Entwicklungen ist auch dann hilfreich, wenn die Unsicherheit nicht vollständig verschwindet. Je enger die Ergebnisse beieinanderliegen, desto besser können Forschende einschätzen, in welchen Gebieten das Eis wahrscheinlich zurückgeht und wie sicher diese Einschätzung ist. Der Studienmitautor Marco Aquino-López von CIMAT erklärte, dass sich mithilfe der Hinweise aus der Vergangenheit klarere Karten der Regionen erstellen ließen, in denen das Wintereis verschwinden könnte. Zugleich werde deutlicher, welche Fragen noch offen sind.
Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass geologische Archive nicht bloß von längst vergangenen Ereignissen erzählen. Überreste von Algen und chemische Spuren im Sediment können – zusammen mit statistischen Verfahren und Klimasimulationen – zu einem praktischen Test für Modelle werden, die das heutige Klima untersuchen. So lassen sich frühere Klimabedingungen nutzen, ohne zu vergessen, dass die Ursachen und Rahmenbedingungen damals andere waren als heute.
Was könnte das für Europa bedeuten?
Die Studie betrachtete nicht nur die Fläche des Meereises. Als die Forschenden die neu gewichteten Modelle für Niederschlagsprojektionen nutzten, deuteten die Ergebnisse darauf hin, dass heutige Modelle den künftigen Schneefall im Südosten Grönlands und den Regen im Mittelmeerraum möglicherweise unterschätzen. Dabei handelt es sich um mögliche Entwicklungen aus den Simulationen – nicht um eine Bestätigung, dass es in jeder Region zu jeder Jahreszeit eine bestimmte Zunahme geben wird.
Der Schneefall in Grönland ist wichtig, weil er mit der Massenbilanz des Eisschilds der Insel zusammenhängt. Mehr angesammelter Schnee kann die Stabilität des Eisschilds beeinflussen. Deshalb müssen Forschende besser verstehen, wie sich der Niederschlag dort verändert. Es genügt nicht, nur das Meereis rund um die Arktis zu messen. Die Ergebnisse legen nahe, dass eine genauere Darstellung des Wintereises auch dazu beitragen könnte, einige Klimaschätzungen zum Schneefall in der Region neu zu bewerten.
Eine mögliche Zunahme des Regens im Mittelmeerraum ist für Regionen Südeuropas relevant, die von Überschwemmungen bedroht sind. Die Studie allein kann weder vorhersagen, wann es regnen wird, noch wie stark der Regen an einem bestimmten Ort ausfällt. Sie liefert aber einen zusätzlichen Grund, die Modelle zu verbessern, mit denen der Zusammenhang zwischen Veränderungen in der Arktis und Niederschlägen in weiter entfernten Gebieten untersucht wird. Das regionale Wetter hängt von vielen Faktoren ab. Eine genauere Einschätzung des Einflusses der Arktis kann dennoch helfen, das Gesamtbild zu vervollständigen.
Die Frage reicht damit über die Arktis hinaus, ohne den Blick auf sie zu verlieren: Zu wissen, wie viel Eis es im Winter gibt, gehört zum Verständnis möglicher Folgen der Erwärmung in anderen Regionen. Die neuen Ergebnisse beweisen nicht, dass jede Veränderung bei Schnee oder Regen in Europa durch den Rückgang des Meereises verursacht wird. Sie deuten jedoch darauf hin, dass einige heutige Projektionen das gesamte Spektrum möglicher Veränderungen womöglich nicht erfassen.
Mit der Vergangenheit die Zukunft besser einschätzen
Eine besondere Stärke der Studie ist, dass sie nicht nur niedrigere Eiswerte für die Zukunft nennt, sondern auch zeigt, wie sich Projektionen überprüfen lassen. Der Ansatz beginnt mit natürlich erhaltenem Material vom Meeresboden. Daraus rekonstruieren die Forschenden frühere Umweltbedingungen und vergleichen sie anschließend mit den Simulationen aus 27 Klimamodellen. Die Ergebnisse dieses Tests nutzen sie dann, um den Modellen bei Schätzungen für das heutige und künftige Klima unterschiedliches Gewicht zu geben.
Dass die Erwärmung im mittleren Holozän eine andere Ursache hatte als die heutige, macht es wichtig, zwischen Auslöser und Reaktion zu unterscheiden. Die frühere Erwärmung hing mit Veränderungen der Erdumlaufbahn zusammen, die aktuelle mit menschlichen Aktivitäten. Fu betonte jedoch, dass Eis bei steigenden Temperaturen schmilzt, unabhängig davon, wodurch die Erwärmung ausgelöst wird. Das heißt nicht, dass sich alle Einzelheiten des früheren Klimas direkt auf die Gegenwart übertragen lassen. Vielmehr kann der alte Klimadatensatz zeigen, wie gut Modelle die Reaktion des Eises abbilden.
Die Studie erschien in der Fachzeitschrift Nature Geoscience. Finanziert wurde die Forschung teilweise von der US-amerikanischen National Science Foundation und einem Cambridge-Fonds. Crystal Fu ist Mitglied des Girton College an der University of Cambridge. Die Arbeit rückt alte Sedimentdaten ins Zentrum der Diskussion über die Zuverlässigkeit von Schätzungen zum arktischen Meereis, statt sie als Informationen zu behandeln, die von Klimaprojektionen getrennt sind.
Fazit
Der Vergleich zwischen Spuren am Meeresboden und Simulationen aus 27 Klimamodellen legt nahe, dass die Modelle die winterliche Eisfläche der Arktis größer einschätzen, als es die Belege stützen. Chemische Indikatoren wie IP25, das von mit Meereis verbundenen Algen gebildet wird, ermöglichten es, die Modelle an Klimabedingungen vor rund 6.000 Jahren zu testen. Damals war die Arktis wegen Veränderungen der Erdumlaufbahn wärmer und weniger stark von Eis bedeckt.
Nachdem die Forschenden jene Modelle stärker gewichteten, die besser mit den Hinweisen aus der Vergangenheit übereinstimmten, verschwand die Verzerrung bei den historischen Simulationen. Die Zukunftsprojektionen fielen im Vergleich zu früheren Schätzungen um etwa eine Million Quadratkilometer niedriger aus. Bei einigen Ergebnissen verringerte sich die Bandbreite möglicher Entwicklungen um bis zu 85 %. Die verbesserte Methode könnte auch für Schätzungen zum Schneefall im Südosten Grönlands und zum Regen im Mittelmeerraum wichtig sein – und damit für den grönländischen Eisschild und das Überschwemmungsrisiko. Es sind Hinweise aus Modellen, keine sicheren Vorhersagen für einzelne Orte. Doch sie zeigen, wie der Blick in die Erdgeschichte zu ausgewogeneren Einschätzungen der Zukunft beitragen kann.