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Eiszeitforschung: Ein Kiesel macht Karriere

Arktis und Antarktis waren nicht immer eisig und unwirtlich. Sie haben sich erst in den vergangenen 55 Millionen Jahren vom Treibhaus zum Kühlschrank gemausert. Ein internationales Forscherteam hat nun einige Geheimnisse dieses Übergangs gelüftet.
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35 Millionen Jahre sind auch für Geologen kein Pappenstiel. Insbesondere Klimaforscher rechnen und denken durchaus in kürzeren Zeiträumen. Trotzdem mussten sie Jahrzehntelang einen recht unplausiblen Zeitversatz von 35 Millionen durch alle globalen Klimamodelle und Erklärungsansätze mitschleppen: Der Nordpol sollte erst seit drei Millionen Jahren vereist sein, die Antarktis dagegen schon 38 Millionen Jahre. Die Klimauhr müsste sich im Norden also anders gedreht haben als im Süden, und das, obwohl fossile Klimazeugen auf einen dramatisch gesunkenen CO2-Gehalt der Atmosphäre zwischen 45 und 25 Millionen Jahren vor heute hinweisen – gut mit dem Beginn der Südpolvereisung zusammenpassend.

Doch gab es keine aussagekräftigen Geländebefunde, die eine Vereisung der Arktischen See stützten. Die Hinweise glichen eher einem Flickenteppich, und die vorhandenen Erkenntnisse zum Klimaübergang am Nordpol stammten aus Bohrkernen und Aufschlüssen Tausende von Kilometern entfernt. Also erklärten Klimaforscher die frühere Vereisung der Antarktis mehr schlecht als recht mit regionalen Veränderungen, die den Kontinent von warmen Meeresströmungen abschnitten. Modellieren konnten sie diese Effekte aber nicht – der Einfluss war zu gering, um die frühe antarktische Vereisung zu erklärten. Das Klimapuzzle passte vorn und hinten nicht zusammen.

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Route IODP 302 | Mehrere tausend Kilometer durch den Arktischen Ozean ging die Expedition 302 der drei Forschungsschiffe.
Nun hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Kathryn Moran von der Universität von Rhode Island und Jan Beckman von der Universität Stockholm endlich diese Datenlücke geschlossen. Die Forscher zogen mit drei Eisbrechern gen Norden und brachten mehrere Bohrkerne an die Oberfläche, die sie schließlich zu einem über 400 Meter mächtigen Klimaarchiv zusammensetzten, das die vergangenen 55 Millionen Jahre der zentralen Arktis enthält. Kein leichtes Unterfangen in dem sich mit mehreren Zentimetern pro Sekunde voranschiebenden Eis – hier das Schiff beständig über dem Bohrloch zu halten, damit sich das Bohrgestänge nicht verkeilt oder gar bricht, ist eine wahre Herausforderung. "Wir wollten mindestens zwei Tage über den einzelnen Punkten bleiben. Das hat wunderbar geklappt. Einmal gelang es uns sogar, das Schiff neun Tage lang über einem Bohrloch zu halten", freut sich Moran. Das hatte noch niemand vor ihnen geschafft.

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Seismisches Profil | Dieses seismische Profil einer früheren Expedition verriet den Forschern, dass sie auf dem Lomonosov-Rücken mächtige Klimaarchive finden würden.
Und siehe da: Die Sedimente zeigen, dass die Arktis doch bereits vor rund 45 Millionen Jahren zeitweise vereist war [1]. Corpus delicti ist ein etwa ein Zentimeter großer Kieselstein, den die Forscher in einer feinen Schlammschicht aus dieser Zeit entdeckten. "Nur schwimmendes Eis kann diesen Stein aus Gneis hierher geschafft haben. Der Fundort ist weit entfernt von der sibirischen Küste und zudem durch ein untermeerisches Gebirge von ihr getrennt", argumentiert Moran. Ihrer Meinung nach trieben spätestens seitdem zumindest im Winter Eisberge auf dem Nordmeer, und der Übergang von der Treibhauswelt in die Eishauswelt war bereit in vollem Gange.

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Drei Schiffe im Eismeer | Drei Schiffe für ein ehrgeiziges Projekt: Die Sovetskiy Soyuz am oberen Bildrand zerbricht die größten Eisplatten. Die kleineren übernimmt das Schiff Oden in der Bildmitte. Das Bohrschiff Vidar Viking ist am unteren Bildrand zu sehen.
Doch die Bohrkerne brachten noch mehr Licht ins Dunkel der arktischen Klimageschichte. Noch zehn Millionen Jahren vor diesen Eisspuren war es im hohen Norden subtropisch warm: Das Wasser war damals mit 18 Grad Celsius vergleichsweise kuschelig warm. Zu Zeiten des thermalen Maximums am Übergang vom Paleozän zum Eozän kletterten sie sogar auf fast 24 Grad Celsius [2]. Werte, die kein Klimamodell bislang ausspuckte – selbst dann nicht, wenn die Kohlendioxid-Schraube auf solch unwahrscheinliche Konzentrationen wie 2000 parts per million (ppm) gedreht und alle kühlende Reflexion von Schnee- und Eisflächen ausgeklammert wurde. Forscher um Appy Sluijs von der Universität Utrecht vermuten daher, dass Eiswolken in der unteren Stratosphäre das Treibhausklima verstärkten – sie könnten einiges an Wärmestrahlung von der Erde zurück und damit die arktischen Regionen warm gehalten haben.

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Treibeis-Wege | Die Wege des Treibeises aus der Arktischen See: Bis zu sechs Jahre vergehen (rote Linien), bevor die Eisberge durch die Fram-Straße in den Nordatlantik abdriften. Die schwarzen Pfeile geben die Geschwindigkeit an.
In den Sedimenten fanden die Wissenschaftler um Henk Brinkhuis von der Universität Utrecht auch Hinweise, dass die Arktis nicht immer salzig war: Winzige Überreste von Azolla-Schwimmfarnen, absoluten Süßwasserliebhabern, zeigen eine süße Periode von 800 000 Jahren vor 49 Millionen Jahren [3]. Offenbar fehlte hier der salzige Zustrom aus dem Süden – und mit ihm kamen auch kühlere Temperaturen: Nur noch auf etwa 10 Grad Celsius kletterte wohl das Thermometer. Mit dem abrupten Ende der dieser Periode wurde es dann noch einmal etwas wärmer, bevor die Region schließlich wirklich in die Eiszeit schlitterte.

Die neuen Erkenntnissen von Moran und ihrem Team lösen also zumindest ein Klimapuzzle: Die späte Vereisung der Arktis war gar nicht spät, sondern zeitglich mit der Antarktis und sinkenden CO2-Gehalten der Atmosphäre. Trotzdem bleibt noch manche Frage: Was trieb die Temperaturen am Übergang Paleozän zu Eozän dermaßen in die Höhe? Und was löste die beiden Vereisungsschübe vor 14 Millionen Jahren und 3,2 Millionen Jahren aus? Sie finden sich zwar in den Sedimenten, nicht aber in vergangenen Kohlendioxid-Konzentrationen. Sind auch ein paar enthüllt, die Arktis birgt noch viele Geheimnisse.
02.06.2006

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 02.06.2006

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