Klimapuzzle Arktischer Ozean

Von Polarstern ermittelte seismische Daten halfen bei der Vorbereitung der Tiefbohrung. Foto: D. Fütterer, Alfred-Wegener-Institut

Die Klimageschichte der Nordpolarregion konnte erstmals anhand eines arktischen Bohrkerns rekonstruiert werden. Absolut neu und überraschend ist, dass sich die Arktis wesentlich früher abgekühlt hat, als bisher angenommen.

Treibeis erschwerte die Tiefbohrung am Lomonosow Rücken. Foto: Alfred-Wegener-Institut

In der Bohrung auf dem Lomonosow-Rücken hat man eistransportiertes Material in Ablagerungen gefunden, die 45 Millionen Jahre alt sind. Erste Teile der Antarktis begannen ebenfalls vor rund 43 Millionen Jahren zu vereisen. Die Wissenschaftler leiten daraus ab, dass die Abkühlung der Erde seit etwa 50 Millionen Jahren durch entsprechende Prozesse an beiden Polen gesteuert wurde. Die unter Mitarbeit von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven gewonnenen Erkenntnisse wurden jetzt im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht.

Die bisherige Rekonstruktion der Langzeit-Klimageschichte der Erde beruht überwiegend auf geologischen Informationen aus nicht-polaren Breiten. Aufgrund der logistischen Herausforderungen waren entsprechende Archive aus den polaren Gebieten nur schwer zu gewinnen. Im Spätsommer 2004 wurden drei Eisbrecher eingesetzt, um einen 400 Meter langen Sedimentkern vom dem in der zentralen Arktis gelegenen Lomonosow-Rücken zu erhalten.
Bereits vor dieser Tiefbohrung war bekannt, dass sich die Erde vor 100 Millionen Jahren abzukühlen begann. Die vorhandenen Klimadaten suggerierten, dass die Abkühlung durch die Vereisung in der Antarktis gesteuert wurde. Die Arktis kühlte nach diesem Modell erst sehr viel später vor rund zehn Millionen Jahren ab. In der Bohrung auf dem Lomonosow-Rücken fand sich eistransportiertes Material in Ablagerungen, die 45 Millionen Jahre alt sind. Dies bedeutet, dass Meereis in der Arktis wesentlich früher aufgetreten ist, als bisher angenommen. Erste Teile der Antarktis begannen ebenfalls vor rund 43 Millionen Jahren zu vereisen. Die Autoren leiten daraus ab, dass die Abkühlung der Erde seit etwa 50 Millionen Jahren durch entsprechende Prozesse an beiden Polen gesteuert wurde.
Dieser generelle Abkühlungstrend führte dann zur ersten massiven Vereisung der Antarktis vor ungefähr 14 Millionen Jahren. Aufgrund der globalen Abkühlung vor 3,2 Millionen Jahren begann dann ebenfalls Grönland zu vereisen. Aus der zeitlichen Synchronität der Ereignisse in der Arktis und Antarktis leiten die Autoren ab, dass für die generelle Abkühlung der Erde überwiegend Treibhausgase wie Methan und Kohlendioxyd verantwortlich waren. Die Öffnung von Meeresstrassen, wie die Drake Passage im Süden und die Framstrasse im Norden, hatten offensichtlich einen geringeren Einfluss auf das Weltklima als bisher gedacht.

Die erste wissenschaftliche Tiefbohrung im arktischen Ozean fand etwa 225 Kilometer vom Nordpol entfernt statt. Meterdicke Packeisrücken und große Treibeisschollen erschwerten die Arbeiten. Voraussetzung für diese Mission waren seismische Daten, die im Jahr 1991 während einer internationalen Arktisexpedition mit den Eisbrechern Polarstern und Oden entlang des Lomonosow-Rückens erhoben wurden. Bisher standen aus dieser Region nur Kurzkerne von weniger als 15 Metern zur Verfügung. "Die in dem 400 Meter langen Bohrkern enthaltenen Sedimente geben Aufschluss über die Klima- und Umweltgeschichte des Arktischen Beckens während der letzten 55 Millionen Jahre", sagt Prof. Dr. Rüdiger Stein vom Alfred-Wegener-Institut. "Die Kurzkerne lassen keine direkten Aussagen über die längerfristige Klimageschichte zu. Nur anhand des neuen Sedimentkerns können wir den Übergang von einem frühen (alttertiären) eisfreien zu einem eisbedeckten Arktischen Ozean, wie wir ihn heute kennen, erklären." Das Verständnis der Ursachen dieser langfristigen Klimaänderungen ist auch von großer Bedeutung, um die aktuell beobachteten Umweltveränderungen in der Arktis zu verstehen.
Bis zur Tiefbohrung in der Arktis war auch unbekannt, ob das Klima in der Nordpolarregion vor etwa 55 Millionen Jahren erheblich wärmer war als heute., wie es Untersuchungen aus nicht-polaren Regionen für das globale Klima zeigten. Aus den arktischen Sedimenten lässt sich ablesen, dass in diesem Zeitraum etwa 50 Prozent des heutigen arktischen Ozeans noch nicht existierte und die Wassertemperaturen bei maximal 24 Grad Celsius lagen. Vor und nach diesem Klimaoptimum lagen die Wassertemperaturen in der Arktis nur bei 18 Grad Celsius.

Integrated Ocean Drilling Programm - IODP

Die Bohrkampagne wurde im Rahmen des internationalen Bohrprogramms "Integrated Ocean Drilling Program - IODP" durchgeführt. Die wissenschaftliche Leitung dieser Expedition lag bei Prof. Jan Backman von der Universität Stockholm und Prof. Kate Moran von Rhodes Island.
Mehr Informationen zum IODP finden Sie unter www.bgr.de/iodp/home.htm , www.rcom.marum.de/Arktische_Bohrexpedition_2004_ACEX.html oder auf den internationalen Seiten www.iodp.org/ .

Referenz: K. Moran et al., The Cenozoic palaeoenvironment of the Arctic Ocean, Nature 1.06.2006.

Quelle: Pressemitteilung Informationsdienst Wissenschaft e.V.