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Wenn die Ozeane ein "Bäuerchen" machen

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 11.09.2007 19:31

Die Welt vor 18.000 Jahren: Nach vielen tausend Jahren wirken Flugbahn der Erde um die Sonne und der Neigungswinkel der Erdachse wieder so zusammen, dass genug Sonnenenergie die Erdoberfläche trifft, um den Planeten aus der Kaltzeit zu erlösen - aus der bislang letzten, die ihn traf. Fast 100.000 Jahre hat die Kälte ihn im Griff gehabt, jetzt ziehen sich die Gletscher zurück und eine - relativ - warme Zwischenphase beginnt. Sie dauert noch heute an und ihr verdanken wir Menschen unsere so überaus erfolgreiche Existenz. Doch die Erwärmung ist auch eine Zeit der Instabilität: Faktoren, die vorher von der Kälte verdeckt oder unterdrückt waren, prägen das Klimageschehen. Einen davon, den Einfluss des globalen Tiefseewassers, haben US-Forscher jetzt in Sedimenten von der kalifornischen Halbinsel identifiziert und in der aktuellen "Science" vorgestellt.

Als die Erde aus dem Kühlschrank kommt, beginnt das Klima Kapriolen zu schlagen, die wir noch viele tausend Jahre später aus verschiedenen Klimaarchiven rekonstruieren können. Gleich zweimal schoss in der ausgehenden Kaltphase der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre dramatisch in die Höhe: einmal in der Zeit vor 18.000 bis 15.000 Jahren und einmal in der Zeit vor 13.500 und 12.900 Jahren. Zusammengenommen stieg damals der Kohlendioxidgehalt um rund 90 Teile pro Million an, das ist etwa so viel, wie wir Menschen seit 1750 in die Luft gepustet haben. Wir verbrennen seit 200 Jahren Unmengen an fossilen Brennstoffen, doch was hat vor 18.000 Jahren viele hundert Millionen Tonnen Kohlenstoff in die Luft gebracht? Wo hatte sich das Treibhausgas während der Kaltzeit versteckt?

Am Ende der jüngsten Eiszeit begannen die Meeresströmungen wieder zu arbeiten. Foto: AWI

"Wissenschaftler haben in den vergangenen 25 Jahren versucht, den Grund für die Verringerung des Kohlendioxids in der Atmosphäre während der Kaltphasen zu finden", berichtet Tom Marchitto, Assistant Professor am Institut für Polar- und Hochgebirgsforschung der Universität von Colorado in Boulder. Marchitto hat zusammen mit seinem Kollegen Scott Lehman eine international besetzte Expedition geführt und glaubt die Lösung für dieses Rätsel gefunden zu haben: Das CO2 war in den Tiefen des Ozeans gespeichert und ist in zwei gewaltigen Pulsen an die Oberfläche und in die Atmosphäre gelangt - die Weltmeere haben sozusagen zwei Bäuerchen gemacht.

"Das ganze beruht auf einer Theorie des deutschen Geologen Michael Sarnthein-Lotichius von der Universität Kiel, ihm schulden wir viel", betont Scott Lehman, Associate Professor am selben Institut wie Marchitto. Sarnthein verficht schon seit vielen Jahren die Theorie, dass sich während der Eiszeit die Meeresströmungen so verändern, dass das Tiefenwasser gleichermaßen vom Rest des Ozeans abgekoppelt wird und isoliert in der Tiefsee bleibt - und mit ihm das gespeicherte Kohlendioxid. Mit dem Beginn der Erwärmung ändert sich die Meereszirkulation erneut und das isolierte und kohlendioxidhaltige Tiefenwasser gelangt an die Oberfläche, gast dort aus und verursacht die CO2-Pulse, die man in den Klimaarchiven feststellt.

Faszinierende Theorie brauchte Belege

Die Theorie faszinierte die Fachwelt, blieb aber heftig umstritten, weil es bislang keinerlei Belege gab. Marchitto, Lehman und ihr Team glauben, sie jetzt gefunden zu haben. Sie fanden in Sedimenten vor der kalifornischen Halbinsel im mexikanisch-amerikanischen Grenzgebiet Hinweise darauf, dass genau zu der Zeit, zu der die Atmosphärenchemiker die beiden starken CO2-Pulse in der eiszeitlichen Atmosphäre feststellen, uraltes Tiefenwasser in die oberen Wasserschichten schwappte. Die Forscher datierten die Kalkskelette der Foraminiferen, die sie in den Sedimenten fanden.

"Wir haben das Alter mit Hilfe von radioaktivem Kohlenstoff bestimmt", erklärt Marchitto, "und danach ist dieses Wasser extrem alt gewesen, es muss für Jahrtausende von der Atmosphäre isoliert gewesen sein.". "Für mich sieht das wie der mögliche Durchbruch aus", kommentiert Ralph Keeling von der Universität von Kalifornien in San Diego die Funde. Heutzutage wird das gesamte Wasser der Weltmeere innerhalb von höchstens 2000 Jahren umgewälzt. Doch das Wasser, dessen Spuren Marchitto und Lehman untersuchten, war mindestens 4000 Jahre lang nicht mit der Oberfläche in Kontakt gekommen

Heutzutage wird das Ozeanwasser durch das weltumspannende System von Meeresströmungen durchmischt. Diese Strömungen tragen die Wassermassen nicht nur rund um die Erde, sondern verbinden auch die Tiefsee mit dem mittleren und dem oberen Stockwerk des Ozeans. Sauerstoff, Salz, Nährstoffe und auch Kohlendioxid werden so über die Weltmeere verteilt. Der Wind an der Oberfläche, Unterschiede im Salzgehalt und Temperaturgefälle sind die Hauptmotoren dieser globalen Strömung. Als Schwungrad, das die Hauptlast der vertikalen Durchmischung trägt und den Rest antreibt, fungiert der Südozean. Er rauscht von Landmassen nahezu ungebremst um die Antarktis und verbindet alle anderen Ozeanbecken miteinander.

Ein weltumspannendes Netz von Meeresströmungen sorgt für Energie-, Sauerstoff- und Nährstofftransport rund um den Globus. Abbildung: NOAA

Während der Eiszeiten kam das Strömungssystem jedoch weitgehend zum Erliegen. Denn da stieß das Meereis so weit vor, dass das Schwungrad nicht mehr richtig funktionierte. Erst als die Eiszeit zu Ende ging, kamen die Meeresströmungen wieder richtig in Gang, freilich zunächst anders, als wir es heute kennen. Lehman: "Wir haben aus dem Nordatlantik Beweise, dass damals plötzlich große Mengen an Schmelzwasser ins Meer flossen." Auf dem nordamerikanischen Kontinent brach ein Gletscherdamm, der einen riesigen Süßwassersee aufgestaut hatte. Dessen Fluten ergossen sich schlagartig in den Atlantik. "Weil Süßwasser leichter ist als Salzwasser", so Lehman weiter, "bleibt es obenauf und 'schaltet' die Tiefenströmungen im Atlantik ab. Aber die Meere stehen miteinander in Verbindung. Deshalb sorgt ein Versiegen der Tiefenströmung im Norden für Reaktionen in den Südozeanen. Dort wurden die Strömungen stärker." Der verstärkte Quirl um die Antarktis mobilisierte das kohlendioxidreiche Tiefenwasser und transportierte es innerhalb von etwa 1000 Jahren an die Meeresoberfläche. Dort gaste das Treibhausgas aus und sorgte in der Atmosphäre für eine Beschleunigung des ohnehin schon ablaufenden Erwärmungsprozesses.

Ein Ende der Diskussion um Sarntheins Hypothese stellt die Veröffentlichung in "Science" sicher noch nicht dar. "Es wird andere Leute geben, die sich andere Erklärungsmöglichkeiten für diese Befunde überlegen werden", erwartet Ralph Keeling. Ergänzende Studien von anderen Teilen der Weltmeere müssen also folgen, damit sich die Entdeckung von Marchitto und Lehman tatsächlich als Fakt und nicht als Artefakt erweisen kann. "Aber das sollte relativ leicht zu bewerkstelligen sein", so Keeling, "denn wenn die beiden recht haben, dann sollte das alte Wasser zur selben Zeit überall im Südpazifik zu finden sein und das Signal sollte man leicht entdecken können, denn es ist nicht klein."