15. Mär. 2019
Eis vor Spitzbergen.

Eis vor Spitzbergen.

Das Pliozän vor fünf bis 2,5 Millionen Jahren gilt vielen Klimaforschern als erdgeschichtliche Periode, die dem für Ende des 21. Jahrhunderts vorhergesagten Klima sehr ähnlich war. So waren die Temperaturen am Nordpol damals um mehr als fünf Grad höher als heute, und dennoch soll es Meereis gegeben haben, das bis in die Region von Island hinabdriftete. Polarforscher haben dafür jetzt Indizien in Bohrkernen gefunden. Es gibt die Vermutung, dass die stark angeschwollenen Ströme Sibiriens viel Süßwasser in den Arktischen Ozean transportierten, das schon bei höheren Temperaturen gefriert. Ein großes von Europa geleitetes Meeresbohrprojekt soll in zwei Jahren dazu die Belege liefern.

Das Meereis tauchte schon im warmen Pliozän im Nordatlantik auf. "Damals lagen die Kohlendioxidgehalte der Atmosphäre ungefähr auf dem Niveau von heute und trotzdem finden wir in den Bohrkernen Hinweise auf Eisbedeckung", berichtet Hauptautorin Caroline Clotten, PostDoc am Bjerknes-Klimaforschungszentrum in Bergen. Clotten wertete mit Kollegen aus Norwegen und Deutschland Bohrkerne aus dem Gebiet der Islandsee südlich der Framstraße zwischen Island, Skandinavien, Spitzbergen und Grönland aus. Es stellte zu Beginn des Pliozäns vor rund 5,3 Millionen Jahren die einzige Verbindung zwischen dem Arktischen Ozean und dem Rest der Weltmeere dar. Der Kanadische Archipel westlich von Grönland war noch nicht geflutet. "Und die Beringstraße war zu dieser Zeit trockengefallen und verband als Beringia Nordamerika mit Sibirien", so Co-Autor Rüdiger Stein, Professor für Paläoozeanographie am Bremerhavener Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung.

Meereisschollen mit wachsendem jungen Eis in der Arktis.

Meereisschollen mit wachsendem jungen Eis in der Arktis.

Bild: AWI/Stefan Hendricks
Meereisschollen in der Arktis.

Meereisschollen in der Arktis.

Bild: AWI/S. Arndt
Melosira Arctica, eine der wenigen großen Eisalgen der Arktis.

Melosira Arctica, eine der wenigen großen Eisalgen der Arktis.

Bild: AWI/ J. Gutt
Meereisschollen vom Flugzeug aus gesehen

Meereisschollen vom Flugzeug aus gesehen

Bild: AWI, T. Krumpen
Meereisschollen in der Arktis.

Meereisschollen in der Arktis.

Bild: AWI/Stefan Hendricks
Eis vor Spitzbergen

Eis vor Spitzbergen

Bild: AWI/Jaroslav Obu
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Meereisschollen mit wachsendem jungen Eis in der Arktis.

Bild: AWI/Stefan Hendricks

Meereisschollen in der Arktis.

Bild: AWI/S. Arndt

Melosira Arctica, eine der wenigen großen Eisalgen der Arktis.

Bild: AWI/ J. Gutt

Meereisschollen vom Flugzeug aus gesehen

Bild: AWI, T. Krumpen

Meereisschollen in der Arktis.

Bild: AWI/Stefan Hendricks

Eis vor Spitzbergen

Bild: AWI/Jaroslav Obu

Clotten und ihre Kollegen suchten in Bohrkernen des Internationalen Meerestiefbohrprogramms nach Hinweisen auf Eisbedeckung der Islandsee zu einer Zeit, in der die Temperaturen dort vermutlich bedeutend wärmer waren als heutzutage. Meereis hinterläßt in der Regel keine Spuren in den Sedimenten am Ozeanboden, weder wenn es sich bildet, noch wenn es verschwindet. "Man kann allerdings die Überreste von Eisalgen als Biomarker benutzen", so Stein. Eisalgen sind winzige einzellige Pflanzen, die im Eis oder nahe daran leben und für einen Großteil der Primärproduktion in den polaren Ozeanen verantwortlich sind. Sie bauen charakteristische Fettsäuren auf, an denen man auch dann noch ihre Anwesenheit erkennen kann, wenn sie vor Millionen Jahren starben, auf den Meeresboden sanken und dann im Sediment begraben wurden.

Eis taucht bereits im frühen Pliozän auf

Clotten und ihre Kollegen haben sich diese Biomarker zunutze gemacht und die pliozänen Eisbedingungen in der Islandsee rekonstruiert. Danach gibt es im frühen Pliozän noch keinerlei Spuren von Meereis, nur am Nordrand des Gebietes finden sich hin und wieder die Biomarker, die auf Eis hindeuten. Vor 4,5 Millionen Jahren ist Meereis allerdings unzweifelhaft vorhanden, zumindest im südlichen Bereich der Islandsee. Das Yermak-Plateau nordwestlich von Spitzbergen ist eisfrei, weil es vermutlich von warmem Atlantikwasser, das aus Süden heranströmte, bedeckt war. Vor vier Millionen Jahren etablierte sich dann das Meereisvorkommen im gesamten Bereich von der Islandsee bis in den Arktischen Ozean hinein. "Wir können allerdings nicht sagen, wie lang im Jahr die Eisbedeckung dauerte", so Clotten. Die Auflösung in den Bohrkernen ist schlichtweg nicht hoch genug, um einzelne Jahreszeiten erkennen zu können.

Einher ging die Meereisausdehnung mit einer Temperaturerhöhung. Diese auf den ersten Blick paradoxe Verknüpfung lässt sich durch Klimaänderungen erklären. Seit Ende der 90er Jahre gibt es die Vorstellung, dass damals durch Klimaänderungen feuchte Luftmassen verstärkt nach Sibirien gelangten und dort abregneten. Die sibirischen Ströme transportierten in der Folge derart gewaltige Süsswassermengen in den Arktischen Ozean, dass sich auf dem stark salzigen Ozeanwasser eine riesige Süß- und Brackwasserschicht bildete. Süßwasser jedoch friert schneller als Salzwasser, so dass sich auch unter höheren Lufttemperaturen Meereisschollen bilden konnten. Änderungen in den Meeresströmungen im arktischen Ozean ließen schließlich immer mehr Eis durch die Framstraße in den Nordatlantik driften.

IODP-Projekt soll Theorie erhärten

Die Bohrkerndaten von Clotten und ihren Kollegen sind erste Hinweise, dass diese Theorie die Vorgänge von vor vier Millionen Jahren tatsächlich beschreiben könnte. Ein großangelegtes Bohrprojekt im Rahmen des IODP-Bohrprogramms soll dazu neue Bohrkerne gewinnen. Rüdiger Stein ist zusammen mit Kristen St. John von der James Madison Universität in Virginia Fahrtleiter der Expedition. 2021 sollen mehrere Schiffe, Eisbrecher und ein Bohrschiff zum Lomonossow-Rücken mitten im Arktischen Ozean aufbrechen. Dort, so die Erwartung, haben sich die Spuren aller Ströme von der sibirischen Nordküste konzentriert, sodass man einen Eindruck gewinnen kann, wie stark der Süßwassertransport in den Polarozean des Pliozäns tatsächlich ausfiel.