Gesundheit : Die Eiszeit fällt aus – vorerst

Frostiges Archiv: Das Eis der Antarktis erlaubt es, das Klima der letzten 890000 Jahre zu rekonstruieren

Thomas de Padova

Hätte der Mensch seine Finger nicht im Spiel, das Klima von morgen wäre Schnee von gestern. Was uns in den nächsten Jahrhunderten und Jahrtausenden erwartet, ließe sich dann recht zuverlässig aus dem Eis der Antarktis ablesen. Die Zusammensetzung des Schnees, der dort Jahr für Jahr übereinander geschichtet liegt, und die darin eingeschlossenen Luftblasen geben preis, dass Kalt- und Warmzeiten in den vergangenen 890000 Jahren im Rhythmus von 100000 Jahren wechselten. Ausschlaggebend dafür sind astronomische Abläufe wie periodische Schwankungen der Bahn der Erde um die Sonne.

Vor fünf Jahren diskutierten Forscher noch darüber, ob in Kürze eine neue Eiszeit hereinbrechen könnte. Damit rechnet heute kaum noch jemand. Die Warmzeit, in der sich die Erde seit 13000 Jahren befindet, lasse sich, was die astronomischen Konstellationen betrifft, am besten mit jener vor 400000 Jahren vergleichen, sagt der Klimaexperte Thomas Stocker von der Universität Bern. Damals trat die Erde in eine warme Phase ein, die 28000 Jahre anhielt. Und demnach sollte die jetzige Warmzeit noch etwa 15000 Jahre andauern, ehe wir mit der nächsten Eiszeit rechnen müssten.

Welche Sprünge das Klima in den nächsten Jahrhunderten machen wird, ist trotzdem schwer vorherzusagen. In der Vergangenheit waren die Temperatur und der Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre stets aneinander gekoppelt. Stieg die eine Größe, schnellte auch die andere nach oben. Es ist daher zu befürchten, dass der Ausstoß von Treibhausgasen die jetzige Warmzeit zu neuen Temperaturrekorden führen wird. „Heute ist die atmosphärische Konzentration von Kohlendioxid um 27 Prozent höher als je zuvor in den letzten 650000 Jahren“, fasst Stocker die neuesten Messergebnisse des europäischen Eisbohrprogramms in der Antarktis zusammen. „Und sie steigt immer noch an.“

Das Eis der Antarktis ist in der Mitte des Kontinents am mächtigsten. Dort drücken die Schneemassen am stärksten nach unten, und das Eis fließt im Laufe von Jahrhunderttausenden langsam zu den Rändern, zum Meer hin ab.

Seit 1996 bohren europäische Wissenschaftler in der Antarktis an zwei Standorten und holen die Klimageschichte in Form einer dünnen Eissäule Meter für Meter nach oben. Die „Kohnen-Station“ in der Ostantarktis liegt 2892 Meter über dem Meeresspiegel, das Eis ist 2750 Meter dick. Die Station „Dome Concordia“, ebenfalls in der Ostantarktis gelegen, befindet sich 3233 Meter über dem Meeresspiegel; bei durchschnittlich minus 54 Grad Kälte ist es dort noch trockener.

Am 21. Dezember zogen die Forscher am „Dome Concordia“ mit einem Stahlseil aus 3270,2 Metern Tiefe den ältesten Eisklotz an die Oberfläche, der je mit einer Tiefbohrung gewonnen wurde. „Hier haben wir das Felsbett inzwischen erreicht“, sagt Stocker. Wenige Meter über dem Gestein hörte man auf zu bohren, um den Bohrkopf nicht zu beschädigen. „Insgesamt haben wir 5,8 Kilometer Eis im Labor“, sagt Stocker. „Es enthält die Klimageschichte von 890000 Jahren.“

Im Eis finden sich kleine Luftblasen. Die Luft kann jeweils in obersten Eisschichten der Antarktis eindringen. Sie seien sehr porös, erläutert sein Kollege Jakob Schwander, der in diesem Winter wieder in der Antarktis war und die Feldarbeiten leitete. Doch in 80 bis 100 Metern Tiefe verschließen sich die Luftkanäle. „Dann bilden sich kleine Blasen, und die Luft ist von der Atmosphäre getrennt“, sagt der Physiker. Mit zunehmender Tiefe und steigendem Druck werden die Bläschen kleiner und schließlich ins Eis hineingepresst. Es entstehen neue Kristalle, in denen die Luftmoleküle wie in einem Käfig sitzen.

Die Luftmoleküle aus den jeweiligen Eistiefen geben Aufschluss über die atmosphärische Zusammensetzung der Vergangenheit. „Wir können das Eis schmelzen und zum Beispiel 100 Prozent des Methangases zurückgewinnen“, sagt Schwander. Das noch wichtigere Treibhausgas Kohlendioxid ist ein bisschen kniffliger zu quantifizieren, weil es im Wasser sehr schnell chemische Verbindungen eingeht. Für eine genaue Messung muss das Eis trocken bleiben und in einer geschlossenen Vakuumapparatur gemahlen und zerkleinert werden.

Am schwierigsten gestaltet sich jedoch die Rekonstruktion der Temperatur. Dazu suchen Forscher nach anderen Fingerabdrücken: Eis ist nicht einfach gefrorenes Wasser, entstand nicht aus immergleichen Wassermolekülen, die je aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom aufgebaut sind. Neben normalem Wasserstoff existiert auch schwerer Wasserstoff (Deuterium). Und vom Sauerstoff gibt es ebenfalls unterschiedlich schwere Spielarten (Isotope).

Verdunstet Wasser an der Meeresoberfläche, steigen bevorzugt leichtere Komponenten auf. Kondensiert der Wasserdampf dagegen, so sind die entstandenen Tröpfchen reicher an schweren Bestandteilen. In welchem Maße sich diese Trennung vollzieht, hängt auch von der Temperatur ab: Je kälter es ist, umso leichter ist der Niederschlag.

Die Forscher haben festgestellt, dass sich die Wasserstoff- und Sauerstoff-Zusammensetzung und damit die Temperatur, im 100000-Jahre-Rhythmus ändert. Die Messkurve für den Kohlendioxid-Gehalt sieht nahezu identisch aus.

Dabei ist jedoch deutlich geworden, dass sich zu Beginn einer neuen Warmzeit zunächst die Temperatur änderte und erst danach der Kohlendioxid-Gehalt der Luft – weil etwa in der Hitze mehr Kohlendioxid aus den Ozeanen entweicht. Dieses Kohlendioxid verstärkt dann aber die Erwärmung in einer Hitzespirale weiter. Die geringe Änderung der astronomischen Parameter alleine würde jedenfalls nicht ausreichen, um Eis- und Warmzeiten mit Temperaturwechseln von zehn oder zwölf Grad zu erklären.

„In unserer heutigen Situation ist Kohlendioxid der Treiber", sagt Stocker. Der vom Menschen verursachte Treibhauseffekt führe zu einer neuen Temperaturspitze der gegenwärtigen Warmzeit.

Traut man den Eisbohrungen, kann das Klima sehr schnell umschlagen. Das jedenfalls haben Forscher in Grönland herausgefunden, wo das Klimaarchiv nicht ganz so weit zurückreicht, die Daten aber noch präziser sind. Land und Wasser sind auf der Nordhalbkugel kleinräumiger verteilt, die Klimaverhältnisse weniger stabil. Das Klima ändert sich dort rascher als in der Antarktis. „Nach einer Eiszeit wurde es innerhalb von Dekaden warm, nicht innerhalb von Jahrhunderten“, sagt Hans Oerter, Glaziologe am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven.

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