Archive des Erdklimas

Als die Westwinde drehten

Von Horst Rademacher
25.02.2021
, 13:45
Lagert sich der ostwärts ziehende Staub aus China am Meeresboden ab, archiviert er die Klimageschichte der Erde.
In der Klimageschichte der Erde gab es immer wieder warme und kalte Phasen. Welche Folgen diese für das Erdsystem hatten, können Geowissenschaftler in den Meeressedimenten lesen.
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Wollen Wissenschaftler etwas über das Erdklima der Vorzeit erfahren, sind sie ausschließlich auf indirekte Indizien angewiesen. Viele dieser sogenannten Klimaproxys sind in Ablagerungen an Land – beispielsweise in Höhlen oder Binnenseen – zu finden. Auch die mächtigen Eisschilde in Grönland und in der Antarktis enthalten wichtige Hinweise auf das Klima früherer Zeiten. Ein regelrechter Schatz an solchen Indizien ist aber auf dem Meeresboden und in den darunterliegenden Gesteinsschichten verborgen, die allerdings weitgehend unzugänglich sind. Lediglich die Offshorebohrungen im Rahmen des internationalen Ozeanbohrprogramms (IODP) geben punktuelle Einblicke in dieses vielseitige submarine Klimaarchiv. Bei der Analyse von Bohrkernen, die im Nordpazifik und im polaren Ozean der Südhemisphäre erbohrt wurden, haben zwei Forschergruppen nun überraschende Informationen aus der Klimageschichte der Erde zutage gefördert.

Die erste Gruppe, Forscher um Jordan Abell von der Columbia University in New York, suchte in zwei Bohrkernen aus dem Nordpazifik nach Millionen Jahre altem abgelagertem Staub. Dieser Staub stammte damals – wie übrigens heute auch noch – aus den ariden Landschaften in China, beispielsweise aus der Wüste Gobi. Er wird dort von lokalen Winden aufgewirbelt und treibt anschließend in der Westwindzone der mittleren nördlichen Breiten oft Tausende von Kilometern weit nach Osten, wobei er manchmal sogar den amerikanischen Kontinent erreicht. Unterwegs fallen viele Staubpartikeln aus und lagern sich schließlich auf dem Meeresboden ab.

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Die Westwindzone lag weiter südlich

Wie Abell und seine Kollegen in der Zeitschrift „Nature“ schreiben, wollten sie herausfinden, ob und wie sich die Westwindzone unter dem Einfluss von Klimaänderungen der vergangenen vier Millionen Jahre verschoben hat. Als Proxy nutzten die Forscher die Menge an Staub in den Schichten unterschiedlichen Alters in den Bohrkernen. Je mehr Staub sich in einer Schicht befindet, desto stärker wehten zu dieser Zeit die Westwinde, so die Idee. Eine der jeweils Millionen Jahre alten Bohrproben stammte aus dem Meeresgrund des südlichen Golfs von Alaska in einer geographischen Breite von 44 Grad Nord. Die zweite Probe wurde wesentlich weiter südlich in einer Breite von 36 Grad Nord mitten im Pazifik erbohrt.

Ein Eisberg treibt im Amundsenmeer
Ein Eisberg treibt im Amundsenmeer Bild: AWI/Thomas Ronge

Der meiste Staub in der nördlich gewonnenen Probe fand sich in einer etwas mehr als drei Millionen Jahre alten Schicht. Damals herrschte eine längere Warmphase in der Epoche des Pliozäns. Die mittlere Temperatur der Erde war um etwa zwei bis vier Grad wärmer als in der vorindustriellen Zeit. Die Konzentration an Kohlendioxid in der Erdatmosphäre hatte mit etwa 400 ppm (Anteile pro einer Million Teile) damals in etwa den gleichen Wert wie heute. Nach der Interpretation der Forscher lag das Zentrum der Westwindzone über dem Pazifik zu dieser Zeit also bei etwa 43 bis 45 Grad Nord – und entspricht damit der heutigen Lage.

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In der südlichen Probe fand sich der meiste Staub dagegen in wesentlich jüngeren Schichten, nämlich in jenen, die sich vor eineinhalb bis zwei Millionen Jahren während der Eiszeiten des Pleistozäns abgelagert hatten. Demnach lag das Zentrum der Westwindzone in diesen kühleren Epochen der Erdgeschichte wesentlich weiter südlich als in den wärmeren Zeiträumen. Mit diesen Untersuchungen konnten die Forscher um Abell erstmals bestätigen, was Klimatologen schon seit langem vermuten, dass nämlich bei zunehmender globaler Erwärmung die Westwindzone immer weiter nach Norden in höhere Breiten wandert. Das würde zu einer dramatischen Verschiebung der Niederschläge führen, denn die Westwindzone bestimmt die Route der Tiefdruckgebiete und damit jene Zonen, in denen diese Stürme die Kontinente wie Nordamerika oder Europa erreichen.

Anhand der Schichten eines Bohrkerns können Forscher die Klimageschichte der Erde lesen.
Anhand der Schichten eines Bohrkerns können Forscher die Klimageschichte der Erde lesen. Bild: AWI/Jens Gruetzner

Einer völlig anderen Frage ist die zweite Forschergruppe nachgegangen, an der auch Mitarbeiter des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven beteiligt waren. Aidan Starr von der Cardiff University und seine Kollegen suchten in Bohrkernen, die an zwei Stellen im Südozean weit vor dem Kap der Guten Hoffnung erbohrt wurden, nach Spuren aus der Antarktis. Neben den typischen Meeressedimenten finden sich nämlich in diesen Bohrkernen auch viele Gesteine, die ursprünglich vom Südpolarkontinent stammen. Wie die Forscher ebenfalls in „Nature“ berichten, wurden diese Landgesteine von driftenden Eisbergen weit nach Norden verfrachtet

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Gestein aus der Antarktis erbohrt

Wie konnten diese Eisberge aber überhaupt als Gesteinsfrachter dienen? Jeder Gletscher, darunter auch die Eisschilde der Antarktis, fräst auf seinem Weg ins Tal das unter ihm liegende Gestein ab. Die dabei entstehenden Gesteinsfragmente werden an Land als Geschiebemergel bezeichnet und lagern sich, wie beispielsweise am Fuß der Alpengletscher, in großen Moränen ab. Auch die Gletscher der Antarktis erzeugen solchen Geschiebemergel. Da sie aber ausschließlich im Meer enden, bleibt das Gestein in den dort abbrechenden Eisbergen gefangen. Wenn diese dann vom Kontinent nach Norden driften, schleppen sie den Mergel mit. Schmilzt der Eisberg, sinken die Gesteinsfragmente auf den Meeresboden.

Ein Bohrturm mit Bohrgestänge.
Ein Bohrturm mit Bohrgestänge. Bild: AWI/Jens Gruetzne

Die Forscher haben festgestellt, dass in den verschiedenen Schichten der erbohrten Meeressedimente die Menge an Gestein schwankte, das aus der Antarktis stammt. In Sedimenten aus den Eiszeiten war der Anteil von Geschiebemergel wesentlich höher als in wärmeren Epochen. Daraus schlossen die Forscher, dass während der jeweiligen Hochphase der Eiszeiten die antarktischen Eisberge viel weiter nach Norden gedriftet waren als in wärmeren Zeiten.

Diese Erkenntnis hat weitreichende Folgen, denn Eisberge bestehen aus Süßwasser. Der Salzgehalt des Wassers bestimmt die sogenannte thermohaline Zirkulation, die wiederum Ozeanströme und die Oberflächentemperatur des Meerwassers beeinflusst. Driften Eisberge weiter nach Norden und schmelzen dort, transportieren sie mehr Süßwasser in den Südatlantik, was Auswirkung auf die Meeresströmung hat. In wärmeren Zeiten versiegt diese Zufuhr an Süßwasser, wodurch sich auch die Strömungsverhältnisse im Atlantik ändern. Und das wiederum führt zu großräumigen Klimaänderungen.

Quelle: F.A.Z.
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