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Eis im Treibhaus

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 11.01.2008 12:41

Die Dinosaurier in der späten Kreidezeit erlebten Treibhausperioden, die selbst die drastischsten Klimaszenarien für unsere Zukunft fast wie Kaltperioden dastehen lassen. Im Turon, einer Epoche, die vor 94 Millionen Jahren begann und vor 90 Millionen Jahren endete, lag etwa die durchschnittliche Jahreswassertemperatur fünf bis neun Grad über der heutigen. Und dennoch, das belegt eine Studie in der aktuellen „Science“, hat es damals auf dem antarktischen Kontinent für einige Jahrzehntausende eine Eiskappe gegeben.

Das Turon war eine der heißesten Perioden auf unserem Planeten, seit er von höherem Leben bewohnt wird, und selbst am Nordpol lebten Krokodile. Und dennoch hat es in diesem Supertreibhaus offenbar eine Eiskappe auf dem antarktischen Kontinent gegeben. „Wir haben das Paradoxon, dass wir in bei diesen Umgebungstemperaturen Gletscher am Südpol hatten“, erklärt Dr. André Bornemann, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Geophysik und Geologie in Leipzig, „aber wir wissen nicht, wie sie zustandekamen.“

Bornemann ist Hauptautor einer Studie in der aktuellen „Science“, die einen speziellen Bohrkern aus dem Meer vor Surinam ausgewertet hat. Er stammt vom Demarara-Plateau, einer untermeerischen Erhebung vor der Küste des karibischen Staates, die nur rund 700 Meter unterhalb des Meeresspiegels liegt, während der Boden zu beiden Seiten der Anhöhe steil auf bis zu 4000 Meter abfällt. Hier hat das Ozeanische Tiefbohrprogramm im Jahr 2003 vier Bohrkerne aus dem Sediment geborgen, die bis in die jüngste Phase der unteren Kreidezeit zurückreichen. „Die Foraminiferen darin sind exzellent erhalten“, erklärt Bornemann, der für seine Studie rund 40 Meter Bohrkern untersucht hat. Dank der fein geschichteten Proben konnte Bornemann den fraglichen Zeitraum vor 95 bis 90 Millionen Jahren in Intervallen von 5000 bis 10.000 Jahren untersuchen und eine Chronologie von bisher unbekannter Auflösung erstellen.

Foraminiferen sind winzige Einzeller, die sich mit Kalkschalen gegen ihre Feinde schützen. Da sie diesen Kalk aus dem umgebenden Meerwasser aufbauen und ihre Schalen auch Millionen von Jahren gut überdauern, benutzen Paläoklimatologen sie als Thermometer für die jeweiligen Ozeane, in denen die Tiere lebten. Bornemann und seine Kollegen haben für ihre Untersuchung das Verhältnis von leichtem Sauerstoff-16 zum schwereren Isotop Sauerstoff-18 bestimmt. Der Gehalt an schwerem Sauerstoff wird gemeinhin als Zeichen für die Stärke der Seewasserverdunstung gewertet, denn aus physikalischen Gründen verdunstet mehr Wasser mit dem leichten Sauerstoff-Isotop als solches mit schwerem. Allerdings verändert nicht nur die Wassertemperatur das Isotopenverhältnis, sondern beispielsweise auch das Wachsen der Polareiskappen, die ebenfalls leichten Sauerstoff speichern. Die Forscher benutzten daher eine ganz neue Messmethode namens TEX-86, die sich auf Membranbestandteile der fossilen Einzeller, so genannte Lipide, stützt und ausschließlich temperaturabhängig sein soll. Mit ihr kontrollierten sie die Sauerstoffmessungen.

An einer bestimmten Stelle des Bohrkerns mitten im besonders heißen Turon fanden die Forscher einen besonders auffälligen Anstieg des Gehalts an schwerem Sauerstoff-18, der rund 200.000 Jahre lang anhielt und sowohl bei den Foraminiferen an der Wasseroberfläche als auch bei denjenigen am Meeresboden zu sehen war. „Das spricht für ein gleichmäßiges Phänomen durch die gesamte Wassersäule hindurch“, so Bornemann. Seine Stärke legte einen Temperaturanstieg im Ozeanwasser von fünf bis 5,5 Grad nahe. „Die TEX-86-Messungen zeigten uns aber nur einen Temperaturanstieg von etwa einem Grad“, erklärte Bornemann.

Als Lösung für dieses Rätsel schlagen Bornemann und seine Kollegen daher vor, dass die verbleibende Menge von leichtem Sauerstoff in einer Poleiskappe auf dem Antarktischen Kontinent gespeichert worden sei. „Wir sehen Anzeichen für einen beschleunigten hydrologischen Kreislauf“, so Bornemann, „der vermehrt Wasserdampf in die Atmosphäre und in höhere Breiten trug.“ Am Südpol soll sich der Wasserdampf dann als Eis niedergeschlagen haben, das immerhin bis zu 60 Prozent des heutigen Eisvolumens umfasst haben könnte. „Allerdings haben wir dann das Paradoxon, dass wir nicht wissen, wie sich Gletscher in einer derart warmen Zeit gebildet und gehalten haben könnten“, gibt Bornemann offen zu.

Die Gletscher auf dem Höhepunkt des kreidezeitlichen Treibhauses sind schon seit einigen Jahren ein heftig diskutiertes Phänomen, seit Wissenschaftler gleich an mehreren Stellen Zeichen für einen drastischen Abfall des globalen Meeresspiegels fanden. Im Turon soll er zeitweise um 25 bis 40 Meter gefallen sein. Mit regionalen Schwankungen ist dieses offenbar weltweite Phänomen ebenso wenig zu erklären wie mit großen Seen im Inneren der Kontinente, die entsprechende Wassermengen von den Weltmeeren ferngehalten hätten. Als letzte Erklärungsmöglichkeit blieben da Eiskappen.

Wenn es denn damals Eiskappen gab, dann waren sie jedoch nur kurzlebige Erscheinungen. Vor einigen Monaten hat eine andere Forschergruppe, an der unter anderem Wissenschaftler der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe in Hannover beteiligt waren, für die dem Turon vorhergehende Periode, das Cenoman, analoge Untersuchungen durchgeführt und in „Geology“ publiziert. „Wir haben damals Eiskappen als Ursache der Messwerte ausgeschlossen“, berichtet der Geologe Oliver Friedrich, der zurzeit am britischen Meeresforschungsinstitut in Southampton arbeitet. Friedrich ist auch Co-Autor der jüngeren Studie über das Turon. Auch im Cenoman vor 99 bis 94 Millionen Jahren fiel der Meeresspiegel mehrfach um 20 bis 25 Meter, doch Eis auf dem antarktischen Kontinent scheint hier nicht die Ursache gewesen zu sein. Stattdessen könnten gewaltige Seen auf den Kontinenten zu einer Veränderung der Messwerte geführt haben. „Das müssten Seen vom Ausmaß der Großen Seen Nordamerikas kurz nach dem Ende der Eiszeit gewesen sein“, so Friedrich. Damals bedeckten diese weite Teile des Mittleren Westens.

Mit Bohrkernen wie dem vom Demerara-Plateau können die Wissenschaftler sehr genau in die Vergangenheit blicken und selbst relativ kurze Ereignisse wie die 200.000 Jahre dauernde Vergletscherung Antarktikas erkennen. „Demerara ist in Punkto Erhaltung das beste, was wir auf der Welt haben“, erklärt Friedrich Bornemanns Studie liefert aufgrund des Bohrkerns ein besonders genaues Bild der damaligen Zeit, doch eine Erklärung für die Eiskappe auf der Antarktis hat auch er nicht. „Das ist jetzt der nächste Schritt“, erklärt der Geologe aus Leipzig. Geophysikalische Modelle sollen jetzt mit den verfügbaren Daten gefüttert werden und darstellen, unter welchen Bedingungen sich Eis am Südpol hätte bilden und halten können.