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Blick in die Klimavergangenheit der Antarktis

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 11.09.2007 19:31

Geradezu ewiges Eis bedeckt die Pole der Erde, insbesondere die Antarktis - so mag es erscheinen, wenn man Bilder von kilometerdicken Eispanzern sieht, die Gebirge höher als die Alpen zudecken und einen Kontinent größer als Europa in ein Eishaus verwandeln. Doch die Eiskappen an den Polen sind variabler als es erscheinen mag, und das nicht nur, wenn man in ferne Zeiten vor 55 oder gar 150 Millionen Jahre zurückblickt, als die Pole komplett eisfrei und fast tropisch warm waren. Auch in den vergangenen fünf Millionen Jahren, die für die Erde eine Kaltzeit darstellen, ist das Eis an den Polen unerwartet dynamisch gewesen.

Allein in den vergangenen fünf Millionen Jahren ist das größte Schelfeisgebiet des antarktischen Kontinents, das Ross-Schelf, rund 50 Mal stark geschrumpft, viele Male sogar ganz verschwunden. Das hat das erste Andrill -Bohrprojekt in der Antarktis ergeben. Ein zweites Bohrprojekt soll in diesem antarktischen Sommer weiter südlich im Inneren des Ross-Schelfs durchgeführt werden. "Wir wissen nicht sehr viel über das Verhalten der Schelfe und ihre Bedeutung für das globale Klimasystem insbesondere über längere Zeiträume", erklärt Tim Naish, Professor am Südpolforschungsinstitut der neuseeländischen Victoria Universität und einer der beiden Leiter des Bohrprojektes. Die Antarktis und ihre Schelfe sind aber ein bedeutender Faktor im weltweiten Klimasystem. Wer ihn nicht genau kennt, hat Schwierigkeiten, die Abläufe dieses ungeheuer komplexen Geschehens nachzuvollziehen. "Das hat auch der UN-Klimafolgenrat, der IPCC, so gesehen", so Naish. Daher ist das Bohren von antarktischen Eisbrettern von großem weltweitem Interesse.

In Sichtweite des aktiven Vulkans Mount Erebus bohrten die Mitglieder des ersten Andrill-Bohrprojektes. Foto: NSF/Luke Rutland

Das Ross-Schelf ist ein riesiges Eisdreieck von der Ausdehnung Frankreichs, das teils auf dem Ozean schwimmend teils bis zum Meeresboden herabreichend direkt am Transantarktischen Gebirge, der Nahtstelle von West- und Ostantarktis, liegt. Dabei ist es gleichzeitig das Schelf, das am nächsten an den Südpol heranreicht, sein südlicher Rand ist nur noch rund 800 Kilometer davon entfernt und auch die Stelle, an der Naish und seine Kollegen gebohrt haben, ist nur knapp 1300 Kilometer weit weg. Was hier geschieht oder geschah, dürfte mit ziemlicher Sicherheit auch rings um den antarktischen Kontinent geschehen sein, nur eben wesentlich früher. "Wenn früher das Ross-Schelf aufbrach", so Ross Powell, Geologieprofessor an der US-Amerikanischen Northern Illinois University und Tim Naishs Kollege als Leiter der ersten Andrill-Bohrung, "dann ist es wahrscheinlich, dass die Schelfe in höheren Breiten sich ebenfalls auflösten oder schon früher aufgelöst hatten." In der Gegenwart ist dies bereits bei zwei kleineren Schelfeisgebieten an der antarktischen Halbinsel geschehen. Larsen-A und Larsen-B lösten sich um die Jahrhundertwende auf und verschwanden auf Nimmerwiedersehen im Südatlantik.

Mit einem gewaltigen Bohrschlitten fuhren die Forscher von der nahegelegenen neuseeländischen Scott-Forschungsstation an den Rand des Eisschelfs hinaus - und dieses Bohrunternehmen allein war schon eine technologische Herausforderung. "Wir mussten den Schlitten, der 40 Tonnen schwer war, auf knapp zwei Meter dickes schwimmendes Meereis stellen", erzählt Tim Naish, "und das gelang nur, indem wir unterhalb des Eises riesige Luftsäcke aufpumpten, die die ganze Konstruktion trugen." Denn unter dem zwei Meter dicken Eis kam noch der an dieser Stelle 900 Meter tiefe Ozean, bevor man den Meeresboden erreichte. Wäre der Bohrschlitten eingebrochen, wäre Gerät im Wert von vielen Millionen Dollar im antarktischen Wasser versunken.

Von dieser Bohrplattform aus schmolz sich der Bohrer erst einmal durch das zwei Meter dicke Eis. "Wir haben dafür ein Heißwasser-Bohrsystem integriert", so Naish, "das ist im Grund ein Ring aus Heißwasser-Düsen, der sich während der gesamten Bohrung die ganzen zwei Meter Eis auf und abbewegt und so das Bohrgestänge eisfrei hält." Die folgenden 900 Meter Wasser waren nach seiner Auskunft ebenfalls nicht ohne, weil sich die Eisdecke sowohl mit dem Tidenhub auf und ab, als auch mit der Strömung seitwärts bewegte. "Diese Drift betrug einen halben Meter am Tag, und bei dieser Wassertiefe durfte sich das Bohrgestänge nur wenig durchbiegen", so Naish. Insgesamt hatte die Bohrmannschaft nur 60 Tage Zeit, um möglichst tief in den Meeresboden zu kommen.

Auf dem flachen Schelfeis bohrte das multinationale Andrill-Konsortium. Foto: NSF/Steve Pekar

Und das gelang auch. 1300 Meter tief konnte das Bohrteam in den Meeresboden eindringen. Das entspricht etwa einem Archiv der vergangenen zehn Millionen Jahre, doch erst die oberen 600 Meter sind bisher grob analysiert worden, was etwa den vergangenen fünf Millionen Jahren entspricht. In diesen 600 Metern aus stark verdichtetem und steinhartem Schlamm fanden die Forscher Belege dafür, dass das riesige Ross-Schelf mindestens 50 Mal geschrumpft und danach wieder gewachsen war. In den letzten knapp zwei Millionen Jahren blieb das Eisschelf allerdings stabil. "Aber davor gab es ziemlich lange Intervalle, in denen das Schelf nicht da war und auch weit entfernt sein musste", erzählt Ross Powell, "denn wir hatten hier die Bedingungen der offenen See mit einer großen Bioproduktivität. Es gab also lange Perioden, in denen das Wasser hier am antarktischen Kontinent wesentlich warmer war als heute."

Hauptzeugen für diese Aussagen sind die so genannten Diatomeen, winzige Algen, die von einer festen Hülle aus Siliziumdioxid umgeben sind. Es gibt sie in zahllosen Formen, von denen viele an ganz spezielle Bedingungen angepasst sind und nur dort vorkommen. Das ist für die Paläoklimatologen ein großer Glücksfall, denn so können sie von den Diatomeen relativ unkompliziert auf die Umgebungsbedingungen schließen. Das gilt auch für den Andrill-Bohrkern. Eine genaue Analyse der Algenfossilien steht zwar noch aus, "aber schon jetzt können wir eine Reihe von Zeiträumen erkennen", so Tim Naish, "in denen sich die Südpolarfront im Ozean bis zur antarktischen Küste zurückgezogen haben muss, und das Schelf folglich komplett verschwunden war". Die Südpolarfront liegt heutzutage zwischen dem 50. und dem 60. Breitengrad, gut 2500 Kilometer nördlich des Andrill-Bohrloches. "Damals müssen die Gletscher in der Westantarktis in großem Maße abgeschmolzen sein", ergänzt Powell. Der Finger aus Fels und Eis, der heutzutage in Richtung Südamerika zeigt, muss eher ausgesehen haben wie ein Archipel von eisbedeckten Inseln, durch den natürlich ganz andere Strömungen flossen als heutzutage um die Antarktis herum.

Antarktisküste auch in jüngerer geologischer Vergangenheit stellenweise bewaldet

Möglicherweise hat es an den antarktischen Küsten sogar noch vor fünf Millionen Jahren Wälder gegeben. An einigen Stellen der Antarktis gibt es Pollenfunde von Northophagus-Bäumen in Gesteinsfunden aus dem Pliozän, der Zeit, die vor 5,3 Millionen Jahren das relativ warme Miozän ablöste. Allerdings sind diese Gesteine umstritten, weil sie nicht eindeutig datiert werden können. Sie könnten theoretisch von den antarktischen Gletschern aus wesentlich älterem Gestein, als es unbestritten noch Wälder auf der Antarktis gab, herausgelöst und in die junge pliozänische Umgebung eingebettet worden sein. "Wenn wir also Northophagus-Pollen in unseren Bohrkernen fänden, wäre das sicher eine Sensation, aber die Chancen stehen nicht sehr gut", so Tim Naish.

Ebenfalls soll der Bohrkern berichten, wie schnell die Veränderungen am Ross-Schelf vor sich gingen. Die Frage ist allerdings nicht leicht zu beantworten, denn je weiter die Geowissenschaftler zurück in die Zeit blicken, desto schwieriger wird es für sie, genau zu bestimmen wie viel Jahre sich in einem Zentimeter Bohrkern widerspiegeln. "Um rapide Veränderungen festzustellen, fehlen uns einfach die Methoden", muss Tim Naish da zugeben. Da kann ihnen in den kommenden Jahren der Analyse nur ein bisschen Erfindungsgeist und Kombinationsgabe helfen.