Ingrid Wenzl
28.04.2012 | 15:00 2

Ganz tief abgetaucht

Klimawandel Wo steckte das Treibhausgas CO2 während der letzten Eiszeit? Forscher bohren nach und werden im Ozean fündig

Ganz tief abgetaucht

Kein Hirn, aber Gedächtnis: Eisbohrkerne schließen in winzigen Luftbläschen jeden Menge Klimainfos ein – über Jahrhunderttausende

Foto. Hans Oerter/Alfred Wegener Institut

Forschung ist immer ein Puzzlespiel, in dem sich die Zusammenhänge nur allmählich zu einem Bild zusammenfügen. Und eines der komplexesten dieser Puzzles ist sicherlich das Klima der Erde: Es bezieht seine Teilchen nicht nur aus den unterschiedlichsten Einflüssen der Gegenwart, sondern zu einem wesentlichen Teil auch aus zurückliegenden Zeitaltern der Erdgeschichte. Erst das Verständnis dieser Prozesse gibt Aufschluss über die Zukunft unseres Planeten; und insbesondere neue Erkenntnisse über den Kohlenstoffkreislauf während des Klimaumbruchs der vergangenen 17.000 Jahre sind nötig, um den heutigen anthropogenen Klimawandel besser erklären und bekämpfen zu können. Wieviel CO2 lenkte das Klima, bevor der Mensch auf den Plan trat? Wo blieb es während der Eiszeiten und warum?

Dass sich während der letzten Eiszeit deutlich weniger CO2 in der Erdatmosphäre befand als in der seither folgenden Warmzeit, ist der Wissenschaft dabei seit rund 20 Jahren bekannt: Erst vor rund 17.000 Jahren stieg der CO2-Gehalt der Atmosphäre binnen 5.000 bis 6.000 Jahren schrittweise an. Der Schweizer Klimaforscher Jochen Schmitt hat mit anderen Wissenschaftlern seines Instituts an der Universität Bern und Forschern der Universität Grenoble und des Alfred Wegener Instituts für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven nun einen weiteren wichtigen Hinweis darauf erbracht, wo sich das Gas während dieser wie auch in den vorangegangenen Eiszeiten der letzten 800.000 Jahre verbarg: in den Tiefen des Ozeans.

Fingerabdruck des CO2

Nach heutigen Erkenntnissen sind alle untersuchten Eiszeiten in der Erdgeschichte zwar durch Änderungen der Umlaufbahn unseres Planeten oder die Neigung seiner Achse ausgelöst worden. „Diese Erdbahnparameter waren die Dirigenten im Orchester“, erklärt Schmitt. „Aber darüber hinaus gibt es auch eine Vielzahl anderer Faktoren wie die Höhe des Eisschildes oder dessen Lage, die das Ende einer Eiszeit um mehrere Tausend Jahre nach hinten verschieben können“. Der globale Kohlenstoffkreislauf und seine Rückkopplungseffekte spielen für das Erdklima dabei eine zentrale Rolle. Eine aktuelle Studie von Forschern um Jeremy D. Shakun von der Havard-University, die jüngst in der Zeitschrift Nature erschien, weist der Zirkulation des Treibhausgases sogar noch eine größere Rolle für die Beendigung der letzten Eiszeit zu als den astronomischen Faktoren. Je stärker die Temperaturen auf der Erdoberfläche sanken, desto mehr CO2 aus der Atmosphäre löste sich im Ozean. Mit steigenden Temperaturen gab der Ozean umgekehrt mehr und mehr davon ab, was sich wiederum auf das Klima auswirkte.

Ihre aktuellen Forschungsergebnisse, die das Wissenschaftsmagazin Science jetzt online vorab veröffentlicht hat, unterstützen die These, dass veränderte Meereswasserströmungen im Südozean das CO2 zum Ende der Eiszeit mit dem Tiefenwasser an die Oberfläche transportierten, wo es in die Atmosphäre entwich. Frühere Funde an Tiefseekorallen weisen außerdem darauf hin, dass dieses Wasser bis zu 5.000 Jahre alt gewesen sein muss – und dass das darin gelöste Kohlendioxid über Jahrtausende dort versteckt war.

Zu ihrem neuen Einblick in den Kohlenstoffkreislauf der Ozeane konnten Schmitt und seine Kollegen dank geochemischer Analysen von Eisbohrkernen gelangen: Das gefrorene Wasser birgt in Luftblasen eingeschlossenes jahrtausendealtes Kohlendioxid – eine Überlieferung des einstigen Klimas. Die Forscher setzten für ihre Analyse von antarktischen Eisbohrkernen ein neues Messverfahren ein, das zeigt, ob die gefundenen Moleküle den leichteren Kohlenstoff C12 oder den schwereren Kohlenstoff C13 enthalten.

Anhand dieser Information lassen sich in Kombination mit anderen Faktoren Rückschlüsse über die Herkunft des Kohlenstoffs ziehen: „Pflanzen an Land und im Ozean bevorzugen während der Photosynthese C12. Deshalb haben sie und Tiere, die sich von ihnen ernährt haben, mehr C12 als C13 in ihren Molekülen eingebaut. Umgekehrt bleibt mehr C13 in Atmosphäre und Ozean zurück. Daraus können wir schließen, wie viel Biomasse aufgebaut wurde“, erklärt Schmitt. Darüber hinaus ist „das Kohlenstoff-Muster im Weltmeer ein Abbild der Ozeanzirkulation, der Durchlüftung und der Nährstoffkonzentrationen in den Wassermassen“, erklären Forscher des Kieler Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung, GEOMAR.

Anhand der aktuellen Messergebnisse der Universitäten Bern und Grenoble wie auch des AWI allein lässt sich der geografische Ursprung des gefundenen CO2 zwar noch nicht endgültig festmachen. Doch in Kombination mit Daten aus den Sedimentkernen und anderen Erkenntnissen deuten sie klar darauf hin, dass das CO2, als es zum Ende der Eiszeit in die Atmosphäre aufstieg, aus dem Südozean kam, weil sich dort die Zirkulation geändert hatte. Damit knüpfen Schmitt und sein Team an die Ergebnisse einer 2007 in Nature erschienenen Studie Schweizer, US-amerikanischer und kanadischer Wissenschaftler an. Laut dieser Veröffentlichung speicherte der tiefe Pazifik während der Eiszeiten deutlich mehr CO2 als heute. Außerdem waren die Ozeanströmungen sehr viel langsamer als heute, sodass die Weltmeere mehr CO2 aus der Atmosphäre aufnehmen konnten.

Eine saure Reaktion

Der Südozean ist schon seit Längerem im Fokus der Paläo- und Klimaforscher. „Polarmeere und der Südozean im Besonderen sind Fenster, durch die der innere Ozean mit der Atmosphäre Gase austauscht“, beschreibt Samuel Jaccard, der für die Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich an Sedimentkernen des Südozeans forscht, dessen Bedeutung. „Es ist anerkannt, dass sich der Austausch vom tiefen Ozean und der Atmosphäre zum Ende der Eiszeiten deutlich intensiviert hat, was die Freisetzung des in der Tiefe gespeicherten Kohlenstoffs erlaubte. Oder in anderen Worten: Das Fenster des Südozeans wurde ganz plötzlich aufgestoßen.“

Aber was bedeuten die neuen Erkenntnisse der europäischen Forscher für uns und den derzeitigen, vom Menschen maßgeblich beförderten Klimawandel, der sich immer deutlicher bemerkbar macht? Die Ozeane spielen auch heute noch eine zentrale Rolle für den CO2-Haushalt, denn sie sind die größten Kohlenstoffsenken der Erde. Laut Jaccard nehmen sie zur Zeit etwa die Hälfte des aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstandenen Kohlendioxids auf und federn damit die Folgen menschlichen Handelns für das Weltklima deutlich ab. Doch ihre Speicherkapazität ist nicht unendlich: „In den vergangenen 50 Jahren hat der Anteil der CO2-Emissionen, die jährlich in der Atmosphäre verbleiben, zugenommen, und Modellsimulationen legen nahe, dass dieser Trend (…) einer schrittweisen Sättigung der Kohlenstoffsenken der Ozeane aufgrund des Klimawandels geschuldet ist“, warnt Jaccard. Mit dem Temperaturanstieg und einer CO2-Sättigung könnte sich zudem die Intensität der Meeresströmungen ändern und die Erd­erwärmung noch verstärken: „Es ist möglich, dass, wenn die Ozeanzirkulation sich verändert, seine Aufnahmekapazität für CO2 abnimmt“, erklärt Schmitt.

Je mehr CO2 die Menschen durch Industrie, Verkehr und Brandrodung der Regenwälder in die Atmosphäre entlassen, desto mehr löst sich auch im Ozean zu der leicht sauren Kohlensäure. In einigen Regionen der Weltmeere – besonders betroffen sind die kalten Gewässer – ist der pH-Wert inzwischen stark gesunken, sagen Experten. Diese Versauerung geht zu Lasten all derjenigen Lebewesen, die ihre Schalen aus Kalk bilden wie Muscheln oder Krebse. Mit den Korallenriffen sind zudem die artenreichsten Lebensräume im Wasser bedroht.

Schmitt und Jaccard sind sich darin einig, wie wichtig ihre neuen Forschungsergebnisse für ein besseres Verständnis der Rückkopplungseffekte des globalen Kohlenstoffkreislaufes sind. „Dieses Verständnis brauchen wir, um die richtigen Entscheidungen treffen zu können, wie wir unsere Gesellschaft und Wirtschaft umbauen können“, versichert Schmitt. Denn nach bisherigem Forschungsstand befand sich zu keinem Zeitpunkt innerhalb der vergangenen 800.000 Jahre so viel CO2 in der Atmosphäre wie heute, und Prozesse, die in der Vergangenheit Hunderte oder Tausende von Jahren brauchten, laufen heute in Dekaden ab.

Die Sättigung und Versauerung der Ozeane ist dabei nur ein Faktor: Maßgeblich bleibt, wie viel CO2 überhaupt in die Atmosphäre gelangt. Das hat gerade auch eine weitere Studie an Eisbohrkernen und Baumringen mit Blick auf die Veränderungen des asiatischen Monsuns belegt: Der angebliche Einfluss der Sonne ist fast nicht nachweisbar. Wieder deutet alles auf den Menschen als Ursache hin. Da die Zeit drängt, wird nicht mehr jedes Detail zu entschlüsseln sein. Entscheidend ist, dass die wichtigsten Prozesse verstanden sind, bevor es zum Handeln zu spät ist.

Inge Wenzl schreibt für den Freitag vor allem über Ökologie und Klimaforschung

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