Klimaforscher rechnen mit eisfreier Arktis

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Klimaforscher rechnen mit eisfreier Arktis

Beitrag von mare-mundi Redaktion » 13 Mai 2013 17:06

Bohrkern-Studie in Sibirien: Klimaforscher rechnen mit eisfreier Arktis

In der Arktis herrschten vor Millionen Jahren warme Temperaturen - und sie könnte auch künftig wieder eisfrei sein. Dies ergab die Untersuchung eines Bohrkerns vom Grund eines Sees im Nordosten Sibiriens.

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Bild
UMass/ Brigham-Grette

Unter dem Treppenabsatz des geologischen Instituts der Universität zu Köln liegt - versteckt unter einer dicken Plane - ein Kapitel der Erdgeschichte. Es sind insgesamt 1000 Meter Bohrkerne. Aber die Uni weiß nicht mehr wohin mit solchen Kostbarkeiten. Ihre Kühllager quellen über. Aus der Sahara, aus Albanien, aus Russland werden die steinernen Dokumente angeliefert. Sie alle sollen helfen, das Klima der Vergangenheit zu rekonstruieren.

Die derzeit wohl spektakulärste Beute der Geologen lagert, in Plastikfolie eingeschweißt, im Kühlcontainer vor der Tür. Bei exakt vier Grad wird dort ein Schatz verwahrt, der die Geschichte der Eiszeiten in ein neues Licht rücken könnte. Kölner Geologen um Martin Melles haben ihn, zusammen mit Kollegen aus den USA, in einem sibirischen See geborgen. Jetzt verkünden sie im Fachblatt "Science" die Schlüsse, die sie aus der Analyse dieser Bohrkerne ziehen:
Die Erde ist vor rund zweieinhalb Millionen Jahren nur schrittweise und langsam ins Zeitalter der großen Vereisungen, ins sogenannte Pleistozän, geglitten.
Im Zuge dieser Veränderungen reagierte das Ökosystem der Arktis erstaunlich heftig auf die Veränderung der Treibhausgaskonzentration in der Atmosphäre. Dies könnte bedeuten, dass auch der menschgemachte Klimawandel in den empfindlichen Polregionen drastischer ausfallen wird als bisher angenommen.
Mit dem Anstieg der Treibhausgase könnte der Mensch dem Zeitalter der Vereisungen ein Ende setzen und die Erde damit gleichsam in die voreiszeitliche Ära, ins sogenannte Pliozän, zurück katapultieren.
Die Bohrkerne stammen aus dem Elgygytgyn-See in Ostsibirien. Durch eine Laune der Natur war hier vor 3,6 Millionen Jahren ein Klimalabor ganz nach dem Geschmack der Forscher entstanden: Ein gewaltiger Meteorit hatte ein 18 Kilometer großes Loch in die Erdkruste gerissen, in dem sich schon bald Wasser sammelte. Auf den Boden dieses Kraters rieselte im Laufe der Jahrhunderte, Jahrtausende, Jahrmillionen gut 300 Meter dick Sediment nieder. Pollen in diesem abgelagerten Schlamm am Seegrund geben präzise wider, ob am Ufer Fichten, Heidekraut oder nur karge Flechten wuchsen.

Bohrungen im sibirischen Winter

3,6 Millionen Jahre zusammenhängende Klimageschichte aus der Arktis - so etwas ist einzigartig. Das Archiv des Grönland-Eises reicht gerade einmal 140.000 Jahre zurück. Vor allem aber: Erstmals wird es durch diese Bohrkerne möglich, jenen Moment der Erdgeschichte genauer zu untersuchen, an dem das Klima begann, zwischen Phasen großflächiger Vergletscherungen und weitgehend eisfreien Warmzeiten hin- und herzuoszillieren.

Als Melles von dem Elgygytgyn-See erfuhr, war er sofort fasziniert von der Vorstellung, Bohrkerne daraus zu ziehen. Er beschloss, die Bohrung im Winter auf dem vereisten See niederzubringen - das schien ihm immer noch einfacher, als eine schwimmfähige Bohrinsel per Helikopter in diese Wildnis zu schaffen.

So allerdings mussten Melles und seine Kollegen mit Schlitten die 260 Kilometer von der letzten menschlichen Siedlung überwinden, um dann bei bis zu minus 45 Grad ihr Camp im Schnee einzurichten. Mit Bulldozer-Hilfe quälten sich später die Lkw durch die eisige Polarnacht, um Material und Treibstoff heranzuschaffen.

Wettlauf mit der Zeit

Damit die Eisdecke den 100 Tonnen schweren Bohrturm tragen konnte, verdickten die Forscher zunächst den Eispanzer mit emporgepumptem Seewasser. Dann schließlich senkten sie den Bohrzylinder ab. In 170 Meter Wassertiefe drang er ins Sediment.

Melles wusste: Eine solche Bohrung ist ein Wagnis. 10 Millionen Dollar hatte das Unterfangen gekostet. Nun musste es auch klappen. Und anfangs sah es nicht so aus: Zweimal verkantete sich der Bohrer und brach. Dann begann ein Wettlauf mit der Zeit. Denn bis zum Beginn der Schmelze im Mai mussten die Arbeiten abgeschlossen sein.

Der dritte Versuch schließlich glückte. 318 Meter Bohrkern hatte der Wissenschaftlertrupp gefördert. 318 Meter Erdgeschichte. Schon ein erster Blick auf das Sediment offenbart die spezielle Eigenheit des Eiszeitalters: Dicke grünlich-graue Schichten wechseln sich ab mit dünneren, rötlich-beige-farbenen. Erstere haben sich während kalter Episoden gebildet, in denen der See ganzjährig zugefroren war. Rötliche Färbung dagegen ist ein Indiz für wärmeres Klima, in dem der See im Sommer eisfrei blieb.

Eiszeit, Warmzeit, Eiszeit, Warmzeit - so können die Forscher entlang ihres Bohrkerns immer tiefer in die Vergangenheit vordringen. In Schichten, die sich vor mehr als 1,8 Millionen Jahren gebildet haben, verändert sich jedoch das Bild: Allmählich werden die grünen Schichten dünner und seltener. Zwar gab es auch hier noch Phasen der Vereisung, doch waren sie weniger ausgeprägt. "Der Übergang hat sich offenbar in mehreren Schritten vollzogen", erklärt Melles.

Welche Rolle spielt CO2?

Die am Seegrund abgelagerten Pollen erlauben es, diesen Übergang detailliert nachzuvollziehen: In mehr als 2,7 Millionen Jahre alten Schichten haben die Forscher das Zeitalter des Pliozäns erreicht. Hier herrschten erstaunlich milde Bedingungen: Um volle acht Grad wärmer als heute waren die Temperaturen, gleichzeitig regnete es etwa dreimal mehr. Die Frage ist nur: warum? Warum war die Welt des Pliozäns so viel wärmer und feuchter? Warum ist die Arktis der Gegenwart so unwirtlich? Die Antwort kennen die Forscher nicht.

Die Einstrahlung der Sonne, so scheint es, unterschied sich nicht wesentlich von derjenigen der Gegenwart. Und auch die Meeresströmungen dürften sich seither nicht grundlegend verändert haben. Was sonst kann den Wandel verursacht haben?

Die Forscher vom Elgygytgyn-See haben besonders einen Akteur im Klimageschehen unter Verdacht: das Treibhausgas Kohlendioxid. Dieses nämlich hat sich im Pliozän auf natürliche Weise in der Luft angereichert. Kann das der Grund für das vergleichsweise milde Klima der Arktis sein? Wenn diese Vermutung stimmt, dann bedeutet dies, dass die Arktis noch weitaus sensibler auf Treibhausgase reagiert, als es die Wissenschaft bisher angenommen hat.
Das Forscherteam, das die Bohrkerne gezogen hatte, wollte das genauer wissen und simulierte deshalb das Pliozän im Computermodell. Der Verdacht bestätigte sich: "Das System Erde reagiert auf geringe Veränderungen des Kohlendioxid-Gehalts stärker als in früheren Klimamodellen vorhergesagt."

Diese Schlussfolgerung ist kühn, aber sie könnte für die Klimazukunft von erheblicher Bedeutung sein: Wenn die These der Forscher vom Elgygytgyn-See richtig ist, dann ist der Planet Erde bereits aufgebrochen zu einer Zeitreise zurück ins Pliozän. Der Klimawandel, den die Treibhausgase in der Atmosphäre angestoßen haben, hat dann gerade erst begonnen. Und nirgendwo werden die Auswirkungen dieses Wandels so dramatisch sein, wie in den empfindlichen Polregionen.

Von Johann Grolle

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