11. Sep. 2017

Mount Takahe im westantarktischen Marie-Byrd-Land im Oktober 2012.

Der Einfluss von Vulkanen auf das Klima ist in der Regel beschränkt. Der heftige Ausbruch des Pinatubo 1991 senkte die globale Mitteltemperatur für ein bis zwei Jahre um bis zu 0,4 Grad, die Explosion des Mount St. Helens 1980 hatte keine größeren Konsequenzen. Ein internationales Forscherteam hat jetzt allerdings in einem Eisbohrkern aus der Westantarktis Spuren einer 192 Jahre dauernden Eruptionsfolge gefunden, die sich auf das Ende der jüngsten Kaltzeit auf der Südhalbkugel ausgewirkt haben könnte. In den Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaften berichten sie darüber.

Vor 17.748 Jahren begann der Mount Takahe in der Westantarktis eine ausgedehnte Eruptionsphase, die nicht weniger als 192 Jahre andauern sollte. In feinste Glaskügelchen zersprengtes Magma, Schwermetalle und Seltene Erden, vor allem aber die hochgiftigen Halogene Fluor und Chlor wurden hoch in die Atmosphäre geschleudert. Spuren der Seltenen Erden wurden in Eisbohrkernen aus dem 2800 Kilometer entfernten Taylor-Gletscher gefunden. "Es gibt, glaube ich, keinen Vulkanausbruch, der eine so langanhaltende Zeit und so interessante Phasen zeigt", sagt der Chemiker Michael Sigl vom Schweizer Paul-Scherrer-Institut.

Zur gleichen Zeit brach auf der Südhalbkugel das Ende der jüngsten Kaltzeit an, auf der Nordhemisphäre waren die Signale schon mehr als 1000 Jahre zuvor auf Erwärmung gesprungen. Jetzt legten auch auf Neuseeland und in Patagonien die Gletscher den Rückwärtsgang ein, lösten Regenfälle in Brasilien und Südaustralien die bis dato herrschende kalte Trockenzeit ab. "Da ist natürlich die Frage offensichtlich", so Sigl, "ob das ein zufälliges Zusammentreffen ist, oder ob es einen kausalen Zusammenhang gibt." Der Schweizer hat noch in seiner Zeit als Post-Doc am Desert Research Institute in Reno (DRI) an der Auswertung eines hochauflösenden Eisbohrkerns aus der Antarktis mitgearbeitet. "Er ist 3405 Meter lang und der höchstaufgelöste Eisbohrkern, den es in der Antarktis gibt", sagt Sigl. Der Kern stammt von der Eisscheide des westantarktischen Eisschilds und reicht 68.000 Jahre in die Vergangenheit zurück. In seinen oberen Teilen sind einzelne Jahresschichten erkennbar, weshalb die Forscher auch so genau wissen, dass der Mount Takahe 192 Jahre aktiv war.

"Wir haben zunächst nur extrem hohe Säurekonzentrationen im Eis gemessen und bei eingehenden Analysen die anderen Anomalien gefunden", so Michael Sigl. Dabei fanden sich auch vulkanische Glaskügelchen, aufgrund derer die Arbeitsgruppe schließlich die Ausbrüche mit dem Mount Takahe in Verbindung bringen konnte. Danach hat der Vulkan in den 192 Jahren neun heftigere Eruptionsphasen durchlaufen, die allerdings nur am Anfang auch mit heftigen Lava- und Aschewolken verbunden waren. "Allerdings hat man wirklich über 192 Jahre hinweg hohe Chlorid- und Fluorid-Konzentration gehabt und auch hohe Werte der Schwermetalle Blei, Cadmium, Wismut und Thallium", so Sigl. In ihrem Aufsatz in den Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaften hat sich die Arbeitsgruppe um Joseph McConnell vom DRI nicht auf die Beschreibung des Geschehens beschränkt, sondern auch eine Hypothese vorgestellt, die den Vulkanausbruch mit dem Ende der Kaltzeit auf der Südhemisphäre verknüpft.

Eine Wissenschaftlerin bereitet einen Eisbohrkern für die Analyse vor.
Bild: PNAS
September 2006: Das bislang größte über der Antarktis gemessene Ozonloch.
Bild: NASA/GSFC
Überblick über Mount Takahe im westantarktischen Marie-Byrd-Land.
Bild: US-Navy

"Das ist allerdings mitnichten eine kausale Ursachenkette, sondern erst einmal nur ein Gedankenexperiment mit einem Computermodell", betont Peter Köhler, Physiker am Alfred-Wegener-Institut (AWI) in Bremerhaven. Er und ein Kollege haben mit mehreren Modellläufen untersucht, welche Folgen die Eruptionen des Mount Takahe für das südliche Klima am Ende der Kaltzeit gehabt haben könnten. Wegen der hohen Chlor- und Fluor-Gehalte im Eisbohrkern gehen die Atmosphärenchemiker der Arbeitsgruppe davon aus, dass der Vulkan ein gewaltiges Loch in die Ozonschicht über der Antarktis gerissen hat – und das über den gesamten rund 200 Jahre langen Zeitraum hinweg. Die Modellierer ließen daher ihre globalen kaltzeitlichen Simulation 200 Jahre lang mit einem Ozonloch laufen, wie es zu Hochzeiten des modernen Ozonlochs über der Antarktis geherrscht hatte.

In der simulierten Kaltzeit bedeckte dieses hypothetische Ozonloch den gesamten Südkontinent und den angrenzenden Ozean bis nördlich des 60. Grads südlicher Breite. Im antarktischen Klima verursachte es ähnliche Veränderungen wie das durch die FCKW bedingte Ozonloch in den vergangenen 45 Jahren auch. Niederschlagsmuster veränderten sich, die Westwinde verlagerten sich weiter nach Süden und auch die Temperaturen stiegen leicht an. "In den uns interessierenden Klimagrößen gab es Veränderungen in die gleiche Richtung, wir wir sie dem heutigen Ozonloch zuschreiben, aber insbesondere die simulierte Verschiebung der Westwinde war für das Kaltzeit-Ozonloch quantitativ um den Faktor zehn kleiner", betont AWI-Forscher Peter Köhler.

Gut möglich, dass solche Veränderungen dennoch über die Wechselwirkungen im komplexen Klimasystem Konsequenzen gehabt haben könnten. "Vielleicht war das kaltzeitliche Ozonloch dieser kleine Schubser, um irgendetwas Neues anzustoßen, aber wir wissen es nicht", sagt Köhler. "Die Kaltzeit wäre auch unabhängig von diesem antarktischen Ozonloch zu einem Ende gekommen, die ganzen Erdbahnparameter waren auf dem Weg in Richtung Warmzeit, vielleicht war dieses Ereignis ein zusätzlicher Trigger, der das ganze beschleunigt hat", ergänzt Michael Sigl. Ob das so war, muss weitere Forschung ergeben.