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Klimatologie: Kaltes Archiv

Gletscher sind weit mehr als gefrorenes Wasser: Sie speichern auch Gase, Schwermetalle oder Ruß in ihrem Körper und ermöglichen so den Blick auf vergangene Umwelteinflüsse. Nun wurde ihre Chronik um 150 000 Jahre erweitert.
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Es gibt einladendere Orte auf der Erde als Dome Concordia, um Forschung zu betreiben: Wenn die Temperaturen sommers über minus 25 Grad Celsius steigen, darf man schon von einer Hitzewelle sprechen, im Winter können sie dagegen schon einmal unter minus 80 Grad Celsius fallen. Rundum regt sich kein Tier- oder Pflanzenleben, und fast ständig weht ein eisiger Wind. Und wegen der Nähe zum Südpol müssen sich anwesende Wissenschaftler stets vor der harten UV-Strahlung in Acht nehmen, die durch das Ozonloch auf sie niederstrahlt.

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Dünnschliff eines Eisbohrkerns | Dünnschliff eines Eisbohrkerns aus einer Tiefe von 114 Metern. Er zeigt im polarisierten Licht Grenzen der Eiskristalle und Gasblasen.
Doch trotz der unwirtlichen Bedingungen liefert Dome C, so der Kurzname der Station, Meilensteine der Forschung – zumindest der Klimageschichte. Im Rahmen des Epica-Projekts (European Project for Ice Coring in Antarctica) zieht hier ein europäisches Forschungskonsortium Bohrkerne aus dem antarktischen Inlandeis, das an dieser Stelle mehr als 3200 Meter mächtig ist: ein gigantisches Klimaarchiv, mit dem sich die Zusammensetzung der Atmosphäre über Jahrhunderttausende rekonstruieren lässt. Denn im Eis – quasi fast für die Ewigkeit – eingeschlossen liegen kleine Gasbläschen, die für den jeweiligen Zeitraum die typischen Konzentrationen an Kohlendioxid, Aerosolen, bestimmten Sauerstoffisotopen oder Methan gefangen halten.

Langer Blick zurück

Bislang stand der Altersrekord der Auswertungen bei 650 000 Jahren, nun gelang es zwei Forschergruppen um Dieter Lüthi von der Universität Bern und Jérôme Chappellaz von der CNRS-Université Joseph Fourier Grenoble in St. Martin d'Hères den erfassten Zeitraum auf 800 000 Jahre Erdgeschichte auszudehnen. Ihre Daten beinhalten acht vollständige Eiszeitzyklen und die parallel dazu verlaufende Entwicklung der atmosphärischen Methan- und Kohlendioxid-Mengen – beides Treibhausgase, die über ihren jeweiligen Gehalt in der Luft das Klima entscheidend mitbestimmen. Und sie bestätigen die Trends, die sich bereits auf den ersten drei Kilometern des Bohrkerns angedeutet hatten.

Niemals während des abgedeckten Zeitraums waberte beispielsweise mehr Kohlendioxid durch die Gashülle des Planeten als gegenwärtig, schreibt Lüthis Team [1]. Sein Gehalt liegt heute mit mehr als 380 ppm (parts per million) rund 30 Prozent höher als zum Zeitpunkt des letzten Rekordwerts. Dagegen entdeckten die Forscher für ihre Zeitreihe ein absolutes CO2-Mimimum von weniger als 180 ppm, das vor knapp 670 000 Jahren während einer Eiszeit auftrat, als wohl sehr viel Kohlenstoff in den Weltmeeren abgelagert wurde. Stets folgten die antarktischen Temperaturen dabei den Kohlendioxid-Mengen: Lagen sie niedrig, beherrschte sehr kaltes Klima den Südkontinent, stiegen sie anschließend wieder, taute der Eispalast auch wieder etwas auf. Die damaligen Schwankungen ähneln jenen, welche während der letzten Eiszeit zu beobachten waren – extreme Wechsel inklusive.

Rekordverdächtig

Und sie offenbaren eine Dynamik, der sich ebenso das Methan in der Erdatmosphäre unterwirft – ein sehr potentes Treibhausgas, dessen Konzentration gegenwärtig sogar um 124 Prozent höher liegt als an jedem anderen Punkt des bearbeiteten Eises, wie die Paläoklimatologen um Chappellaz maßen [2]. Bevor die Menschheit intensiv über Reisanbau, Viehzucht oder Müllhalden in das CH4-System eingriff, kontrollierten vor allem tropische Feuchtgebiete und Wälder sowie der ausgedehnte Permafrostboden und die Sümpfe Sibiriens und Kanadas die Schwankungen des Methans. Erwärmte sich die Erde, weil sich ihre Bahn der Sonne näherte oder die Schiefe der Erdachse zunahm, trat auch mehr Faulgas aus tauenden Frostböden oder der verrottenden Vegetation aus.

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Zeitliche Entwicklung von Kohlendioxid und Methan im Bohrkern | Verlauf der beiden – neben Wasserdampf – wichtigsten Treibhausgase Kohlendioxid (blau) und Methan (grün) während der letzten 800 000 Jahre und ihr Vergleich mit den Temperaturabschätzungen (rot). Diese Daten wurden aus verschiedenen Antarktischen Eisbohrkernen gewonnen (Vostok Station, Taylor Dome, EPICA Dome C).
Diese Variationen verstärkten sich in oberen Hälfte des Bohrkerns deutlich. Als Ursache vermuten die Gelehrten planetarische Veränderungen der Erdparameter, die seit etwa 450 000 Jahren die Monsun-Strömungen in den Tropen intensiviert haben könnten: Stärkere Niederschläge dehnten in Asien, Afrika und Südamerika Sümpfe und Feuchtwälder aus, die ergiebige Methanquellen bildeten. Endete eine Eiszeit, schalteten sich zudem die von den Gletschern geräumten Gebiete im Norden ein, wo ausgiebige Moore sich neu breit machen konnten. Überhaupt fallen seit damals die Warmzeiten wärmer aus, während sich die Kaltzeiten über alle Zyklen hinweg nicht sonderlich veränderten.

Mit all diesen Daten sollen nun die Computermodelle zum Klimawandel überprüft und verbessert werden, wünschen sich Lüthi, Chappellaz und Co, damit die Voraussagen für die Zukunft genauer werden. Darüber wollen sie den Blick in die Vergangenheit nicht vergessen. Ganz besonders angetan haben es ihnen die außerordentlich niedrigen Kohlendioxid-Werte in den ersten beiden erfassten Eiszeiten. Womöglich spielt hier ebenfalls ein planetarischer Zyklus eine Rolle, meint Lüthis Team: die Exzentrizität – die Abweichung der Erdbahn von einem perfekten Kreiskurs. Sie verändert sich in Abschnitten von 413 000 Jahren, und ihr folgt womöglich das CO2. Dome C vermag dies allerdings nicht mehr zu klären: Die Bohrung stoppte kurz vor dem Festgestein.
15.05.2008

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 15.05.2008

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  • Quellen
[1] Lüthi, D. et al.: High-resolution carbon dioxide concentration record 650 000–800 000 years before present. In: Nature 453, S. 379–382, 2008.
[2] Chappellaz, J. et al.: Orbital and millennial-scale features of atmospheric CH4 over the past 800 000 years. In: Nature 453, S. 383–386, 2008.

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