Klimabohrung am nördlichen Polarkreis

Eisbohrkern wird aus dem Hohlkernbohrer entnommen

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Während der vergangenen 2,8 Millionen Jahre traten in der Arktis in unregelmäßigen Abständen teils extreme Warmzeiten auf. Analyseergebnisse vom längsten Sedimentkern, der jemals in Landgebieten der Arktis erbohrt wurde, ergaben für den nördlichen Polarkreis bisher nicht für möglich gehaltene Temperaturen.

Darüber hinaus deutet eine auffällige Übereinstimmung der Warmzeiten in der Arktis mit großen Abschmelzereignissen in der Antarktis auf bisher unbekannte Wechselwirkungen zwischen den Polargebieten hin. Dieses berichtet eine internationale Forschergruppe unter der Leitung von Prof. Martin Melles von der Universität Köln in der neuesten Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Science“.

Die Erkenntnisse stammen aus einem Sedimentkern, der 2009 im Rahmen einer aufwendigen Winterexpedition aus dem El‘gygytgynsee im äußersten Nordosten Sibiriens erbohrt wurde. Dieser See wurde vor 3,6 Millionen Jahren gebildet, als ein Meteoriteneinschlag einen Krater von 18 km Durchmesser in die Erdkruste geschlagen hat. Seitdem nimmt er kontinuierlich, Jahr für Jahr, Sedimente auf. Außerdem ist der Meteorit ausgerechnet in einer der wenigen Regionen in der Arktis niedergegangen, die von den Vereisungen während der Kaltzeiten nicht erreicht wurden. Daher ist die mächtige Sedimentabfolge fast ungestört und lückenlos überliefert. „Die Einzigartigkeit des Klimaarchivs wird deutlich, wenn man sich vor Augen führt, dass mit den Bohrkernen etwa 30 mal tiefer in die Erdgeschichte vorgestoßen wurde, als das mit den längsten Bohrkernen von der grönländischen Eiskappe der Fall ist,“ erläutert Martin Melles.

Das Alter jeder Sedimentlage aus dem El'gygytgynsee musste dafür präzise bestimmt werden. Die Aufgabe übernahmen Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ (Helmholtz-Gemeinschaft). Die Wissenschaftlerin Eeva Haltia-Hovi ( GFZ, jetzt Uni Lund, Schweden) benutzte dazu die magnetischen Eigenschaften der Minerale in den Sedimenten: das Erdmagnetfeld hat sich in den letzten Jahrmillionen mehrfach umgepolt, diese Umpolungen finden sich in den Sedimenten wieder. Voraussetzung für die präzise Alterdatierung ist die millimeterweise Erfassung des Farbspektrums und der magnetischen Suszeptibilität der erbohrten Sedimente über die gesamte Länge des Kernprofils von 318 m. Dafür entwickelte der GFZ-Wissenschaftler Norbert Nowaczyk einen eigenen Bohrkernscanner. Zudem entwarf er ein Softwarepaket, mit dem die umfangreichen Datensätze aller Partner verarbeitet werden konnten. Die vielfältigen sedimentologischen, geochemischen, magneto- und biostratigraphische Datensätze konnten so mit den bereits bekannten Klimazyklen der letzten 3,6 Mio Jahre in hochaufgelöst in Beziehung gesetzt werden. Insgesamt umfasst das so erstellte Altersmodell für die Seesedimente aus dem El'gygytgynsee über 600 Stützstellen.

Das „El'gygytgyn Drilling Project“ brachte die Bohrung im Rahmen des „Internationalen Wissenschaftsbohrprogramm ICDP“ (International Continental Scientific Drilling Program) nieder, dessen Koordinierung über das GeoForschungsZentrum läuft. Die GFZ- Operational Support Group des ICDP lieferte mit geophysikalischen Messungen in zwei Bohrlöchern wertvolle Daten zu verschiedenen in-situ Parametern (Temperatur, natürliche Gammastrahlung, u.a.). Der Vergleich von Bohrlochmessungen mit Messungen, die vor Ort an Bohrkernen durchgeführt wurden, ermöglichte eine Teufenkorrelation sowie die Auffüllung von Lücken im Bohrkern, eine wichtige Grundvoraussetzung für weitere Untersuchungen.

Quelle: Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ (idw)