Mainz, Germany
March 15, 2021
Recent summer droughts in Europe are far more severe than anything in the past 2,100 years, according to a new study.
Reconstructed central European summer variability over the past 2,110 years
Recent summer droughts in Europe are far more severe than anything in the past 2,100 years, according to a new study. An international team studied the chemical fingerprints in European oak trees to reconstruct summer climate over 2,110 years. They found that after a long-term drying trend, drought conditions since 2015 suddenly intensified, beyond anything in the past two thousand years. This anomaly is likely the result of human-caused climate change and associated shifts in the jet stream. The results are reported in the journal Nature Geoscience.
Recent summer droughts and heatwaves in Europe have had devastating ecological and economic consequences, which will worsen as the global climate continues to warm. "We are all aware of the cluster of exceptionally hot and dry summers we have had over the past few years, but we needed precise reconstructions of historical conditions to see how these recent extremes compare to previous years," said first author Professor Ulf Büntgen from the Department of Geography at the University of Cambridge and also senior researcher at the CzechGlobe Centre in Brno in the Czech Republic. "Our results show that what we have experienced over the past five summers is extraordinary for central Europe, in terms of how dry it has been consecutively."
Most studies attempting to reconstruct past climates are restricted to temperature, but stable isotopes in tree rings can provide annually-resolved and absolutely-dated information about hydroclimatic changes over long periods of time. Büntgen and his colleagues from the Czech Republic, Germany and Switzerland studied more than 27,000 measurements of carbon and oxygen isotopic ratios from 147 living and dead European oak trees, covering a period of 2,110 years. The samples came from archaeological remains, subfossil materials, historical constructions, and living trees from what is now the Czech Republic and parts of south-eastern Bavaria.
"Generally, our understanding is worse the further back we go back in time, as datasets looking at past drought conditions are rare," said Büntgen, a specialist in dendrochronology, the study of data from tree-ring growth. "However, insights before medieval times are particularly vital, because they enable us to get a more complete picture of past drought variations, which were essential for the functioning and productivity of ecosystems and societies."
Cross-section of European oak
For each ring in each tree, researchers at the CzechGlobe Centre in Brno extracted and analysed carbon and oxygen isotopes independently, enabling them to build the largest and most detailed dataset of summer hydroclimate conditions in central Europe from Roman times to the present. "These tree-ring stable isotopes give us a far more accurate archive to reconstruct hydroclimate conditions in temperate areas where conventional tree-ring studies often fail," said co-author Professor Jan Esper from Johannes Gutenberg University Mainz (JGU).
Magnified European oak
Stable tree-ring isotopes differ from the more classical dendrochronological parameters of ring width and wood density, as they reflect physical conditions and tree responses rather than net stem growth. "While carbon values depend on the photosynthetic activity, oxygen values are affected by the source water. Together, they closely correlate with the hydroclimatic conditions of the growing season," said co-author Professor Paolo Cherubini from the Federal Research Institute WSL in Birmensdorf, Switzerland.
Over the 2,110-year period, there were very wet summers, such as 200, 720 and 1100 CE, and very dry summers, such as 40, 590, 950 and 1510 CE. Despite these "out of the ordinary years", the results show that for the past two millennia, Europe has been slowly getting drier. The samples from 2015 to 2018, however, show that drought conditions in recent summers far exceed anything in the 2,110 years: "We have seen a sharp drop following centuries of a slow, significant decline, which is particularly alarming for agriculture and forestry. Unprecedented forest dieback across much of central Europe corroborates our results," said co-author Professor Mirek Trnka from the CzechGlobe Research Centre in Brno.
The researchers say that the recent cluster of abnormally dry summers is most likely the result of anthropogenic climate warming, and the associated changes in the jet stream position. "Climate change does not mean that it will get drier everywhere: some places may get wetter or colder, but extreme conditions will become more frequent, which could be devastating for agriculture, ecosystems and societies as a whole," said Büntgen.
Original publication:
U. Büntgen et al., Recent European drought extremes beyond Common Era background variability, Nature Geoscience, 15 March 2021,
DOI: 10.1038/s41561-021-00698-0
https://www.nature.com/articles/s41561-021-00698-0
Europa erlebt seit 2015 die schlimmste Sommer-Trockenperiode der letzten zwei Jahrtausende
Ergebnisse von Baumringanalysen zeigen historisch außergewöhnliche Sommer-Trockenheit in den letzten Jahren – Ursache ist wahrscheinlich der vom Menschen verursachte Klimawandel
Die Trockenheit der vergangenen Sommer war in Europa schlimmer als je zuvor in den letzten 2100 Jahren. Zu diesem Ergebnis kommt eine neue Studie, die ein internationales Forschungsteam erstellt hat. Das Team untersuchte den chemischen Fingerabdruck von europäischen Eichen, um das Sommerklima während 2110 Jahren zu rekonstruieren. Demnach bestand ein langfristiger Trend zur Trockenheit, aber seit 2015 hat sich die Dürresituation plötzlich verschärft – weit heftiger als in den 2000 Jahren zuvor. Diese Abweichung ist vermutlich das Ergebnis des vom Menschen verursachten Klimawandels und den damit verbundenen Veränderungen des Jetstreams in der Atmosphäre. Die Ergebnisse der Studie wurden in dem Fachjournal Nature Geoscience veröffentlicht.
Die jüngsten sommerlichen Dürreperioden und Hitzewellen hatten in Europa verheerende ökologische und ökonomische Folgen, die sich verschlimmern werden, wenn die globale Erwärmung weiter zunimmt. „Wir sind uns alle dieser Anhäufung von außergewöhnlich heißen und trockenen Sommern in den letzten Jahren bewusst, aber wir brauchen eine präzise Rekonstruktion der historischen Situation. Dann erst sehen wir, wie sich die jüngsten Extremereignisse im Vergleich zu früheren Zeiten darstellen“, sagt Erstautor Prof. Dr. Ulf Büntgen von der Universität Cambridge in England und Seniorforscher am CzechGlobe – Global Change Research Institute der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik (GCRI). „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die letzten fünf Sommer für Mitteleuropa außergewöhnlich waren im Hinblick darauf, wie stark die wiederkehrende Trockenheit gewesen ist.“
Analyse stabiler Isotope in Baumringen gibt Aufschluss über Hydroklima der Vergangenheit
Die meisten Studien, die das Klima der Vergangenheit rekonstruieren, beschränken sich auf die Temperatur. Stabile Isotope in Baumringen liefern jedoch jährlich aufgelöste und kalendergenau datierte Informationen über die hydroklimatischen Veränderungen über lange Zeiträume hinweg. Büntgen und seine Kolleginnen und Kollegen aus Tschechien, Deutschland und der Schweiz, darunter auch Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), haben mehr als 27.000 Messungen der Isotopenverhältnisse von Sauerstoff und Kohlenstoff von 147 europäischen Eichen analysiert – und dabei eine Periode von 2110 Jahren abgedeckt. Die Baumproben stammen von historischen Brunnen, Gebäuden und Pfahlbauten sowie von Ufersedimenten und lebenden Bäumen aus den heutigen Gebieten der Tschechischen Republik und Regionen in Südost-Bayern.
„Generell wird unser Verständnis umso schlechter, je weiter wir in die Vergangenheit zurückgehen, weil die Datensätze über vergangene Dürreperioden selten sind“, sagt Büntgen. Der Wissenschaftler ist Experte für Dendrochronologie, also der Datierung von Baumringen. „Allerdings sind gerade die Erkenntnisse über die Zeit vor dem Mittelalter besonders wichtig, weil sie uns ein vollständigeres Bild der Trockenheitsschwankungen geben, was für die Funktion und Produktivität von Ökosystemen und Gesellschaften entscheidend war.“
Datenarchiv deckt über 2000 Jahre seit dem Römischen Reich ab
Die Wissenschaftler haben die Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope für jeden Ring eines jeden Baumes extrahiert und analysiert. Damit konnten sie die größte und detaillierteste Datensammlung über die hydroklimatischen Bedingungen in Mitteleuropa seit dem Römischen Reich bis heute erstellen. „Diese stabilen Isotope von Baumringen liefern uns ein viel genaueres Archiv, um die hydroklimatischen Bedingungen in gemäßigten Zonen zu rekonstruieren. Hier versagen die herkömmlichen Baumringstudien häufig“, teilt Co-Autor und Paläoklimaforscher Prof. Dr. Jan Esper von der JGU mit. Esper erhielt 2020 einen ERC Advanced Grant für Arbeiten, die zur Verbesserung der Klimarekonstruktion anhand von Baumringen beitragen.
Stabile Baumringisotope unterscheiden sich von den eher klassischen dendrochronologischen Parametern – das sind die Breite der Baumringe und die Holzdichte –, weil sie die Umwelteinflüsse auf die Bäume widerspiegeln anstelle des Nettostammwachstums. „Während die Kohlenstoffwerte von der Photosynthese abhängen, werden die Sauerstoffwerte von der Wasserversorgung beeinflusst. Zusammen zeigen die beiden Werte eine enge Korrelation mit den hydroklimatischen Bedingungen in der Vegetationsperiode“, erklärt Co-Autor Prof. Dr. Paolo Cherubini von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) in der Schweiz.
Jüngstes Waldsterben in Mitteleuropa bestätigt Resultate der Dendrochronologie
In dem Zeitraum von 2110 Jahren gab es sehr feuchte Sommer wie in den Jahren 200, 720 und 1100, aber auch sehr trockene Sommer wie etwa 40, 590, 950 und 1510 n.Chr. Trotz dieser „außergewöhnlichen Jahre“ zeigen die Ergebnisse, dass Europa in den letzten zwei Jahrtausenden allmählich trockener geworden ist. Die Baumproben von 2015 bis 2018 allerdings machen klar, dass die Trockenheit in den vergangenen Sommern alle anderen Schwankungen der letzten 2000 Jahre übertrifft. „Auf Jahrhunderte mit einem langsamen, deutlichen Rückgang folgte ein steiler Abfall, was für die Land- und Forstwirtschaft besonders alarmierend ist. Das noch nie da gewesene Waldsterben in weiten Teilen Mitteleuropas unterstreicht unsere Resultate“, merkt Co-Autor Prof. Dr. Mirek Trnka vom CzechGlobe in Tschechien an.
Die Forschenden gehen davon aus, dass die jüngste Häufung von ungewöhnlich trockenen Sommern sehr wahrscheinlich ein Ergebnis der menschengemachten Klimaerwärmung ist und der damit einhergehenden Veränderungen in der Position des Jetstreams. „Klimawandel bedeutet nicht, dass es überall trockener wird. Manche Orte werden vielleicht feuchter oder kälter, aber Extremereignisse werden häufiger. Das könnte für die Landwirtschaft, für die Ökosysteme und die Gesellschaft insgesamt verheerend sein“, sagt Büntgen.
Originalpublikation:
Ulf Büntgen et al.
Recent European drought extremes beyond Common Era background variability
Nature Geoscience, 15. März 2021
DOI: 10.1038/s41561-021-00698-0
https://www.nature.com/articles/s41561-021-00698-0
Topics
Species
