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Paläoklima: Extrem warme Arktis zwischen den letzten Eiszeiten

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Elgygytgyn-See | Der Elgygytgyn-See im äußersten Nordosten Russlands birgt in seinen Sedimenten ein lückenloses Klimaarchiv der letzten 2,6 Millionen Jahre.

Das arktische Klima der letzten drei Millionen Jahre ist nur lückenhaft bekannt: Die Rekonstruktionen beruhen vor allem auf Daten von grönländischen Eisbohrkernen, die allerdings nur etwa 120 000 Jahre zurückreichen. Bohrungen am Meeresgrund oder im Grenzbereich der Arktis bieten ältere Einblicke, deren zeitliche Auflösung aber schwieriger ist. Ein Sedimentbohrkern aus einem sibirischen See liefert nun nicht nur einen weiten, sondern auch detaillierten Blick zurück. Demnach war die Arktis zu manchen Zeiten deutlich wärmer als erwartet.

Der See Elgygytgyn, etwa 100 Kilometer nördlich des Polarkreises gelegen, entstand durch einen Meteoriteneinschlag vor 3,6 Millionen Jahren. Da die Region auch während der Eiszeiten gletscherfrei blieb, sammelte sich in 135 Metern Sedimentschicht ein lückenloses Klimaarchiv an, das ein internationales Forscherteam um Martin Melles von der Universität zu Köln im Winter 2008/2009 beprobte.

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Geografische Lage des Sees | Der Elgygytgyn-See liegt im Nordosten Russlands, einem Gebiet, das auch während der Eiszeiten frei von Gletschern war. So konnten sich über die Jahrtausende kontinuierlich Sedimente ansammeln.

In den Ablagerungen stießen die Wissenschaftler mehrmals auf sehr feinkörnige, rötlichbraune und deutlich geschichtete Abfolgen. Verschiedene Isotopenverhältnisse und der schichtweise hohe Gehalt an organischem Kohlenstoff weisen auf einst sehr warme Zeiten hin: Im Frühjahr und Sommer blühte im See reiches Leben, während eine Eisdecke im Winter den Abbau der bis dahin abgesunkenen Biomasse bremste. Weiterhin finden sich anders als in den sonstigen Sedimenten aus den Zwischeneiszeiten Fichtenpollen zusätzlich zu den sonst üblichen Busch- und Baumpollen.

Mithilfe moderner Klimamodelle ermittelten Melles und seine Kollegen, dass die Sommertemperaturen in diesen "Superinterglazialen" wohl um bis zu fünf Grad höher waren als in anderen Zwischeneiszeiten. Außerdem fiel im Vergleich dazu etwa 300 Millimeter mehr Niederschlag.

Veränderungen in den Erdbahnparametern, die die Sonneneinstrahlung beeinflussen, und Treibhausgase in der Atmosphäre erklären aber nur einen Teil des Temperaturanstiegs. Sie reichen nicht aus, um die gesamte Erwärmung verursacht zu haben. Auffällig ist jedoch, dass bei zwei näher untersuchten extrem warmen Zeiten auch in der Antarktis deutliches Tauwetter herrschte: Bohrkerne von dort belegen, dass damals zeitlich passend das westantarktische Eisschelf erheblich geschrumpft und das Rossmeer teilweise eisfrei war.

Die Forscher liefern zwei Alternativen, wie das Klimageschehen in den Polregionen zusammenhängen könnte. Zum einen könnte in warmen Phasen der Antarktis die dortige Tiefenwasserneubildung verringert sein, während gleichzeitig mehr Süßwasser in das Südpolarmeer strömt. Beides wirkt sich über die globale Meereszirkulation bis in den nördlichen Nordpazifik aus, wo dadurch gegebenenfalls weniger kaltes Wasser aus der Tiefe aufsteigt. Die Konsequenz: wärmeres Wasser an der Oberfläche, dadurch höhere Lufttemperaturen und mehr Niederschläge über den angrenzenden Landmassen, darunter Nordostsibirien mit dem Elgygytgyn-See.

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Bohrplattform | Im Winter 2008/2009 nahmen die Wissenschaftler um Martin Melles von der Universität zu Köln Bohrkerne aus den Sedimentschichten. Die Straße im Hintergrund führt zum Camp der Forscher in sieben Kilometer Entfernung am Seeufer.

Das andere Szenario zieht einen höheren Meeresspiegel auf Grund des Eisrückgangs in der Westantarktis und dem grönländischen Eisschild in Betracht, wodurch mehr warmes Wasser in den arktischen Ozean eindringen konnte. In den Modellen brachte das allerdings nur einen geringen Temperaturanstieg im Bereich des Beringmeers. Genauere Modelle seien nötig, um die Ursachen letztlich zu klären, so die Forscher. Die enge Verknüpfung mit Ereignissen in der Antarktis zeige allerdings, dass das Klima der Arktis wesentlicher verletzlicher sei als bisher angenommen, sagt Melles.

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