Universität zu Köln 

Arktisches Klimarchiv

Von Robert Hahn

Das Klima der Arktis ist verletzlicher als gedacht. Die Ursachen dafür liegen in der Antarktis.

In der Arktis sind während der vergangenen 2,8 Millionen Jahre in unregelmäßigen Abständen Warmzeiten aufgetreten, in denen bisher nicht für möglich gehaltene Temperaturen erreicht wurden. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Kölner Geologen Professor Dr. Martin Melles konnte das anhand eines in der russischen Arktis erbohrten Sedimentkerns herausfinden. Darüber hinaus deutet eine auffällige Übereinstimmung der extremen Warmzeiten in der Arktis mit großen Abschmelzereignissen in der Antarktis auf bisher unbekannte Wechselwirkungen zwischen den Polargebieten hin.

Am äußersten Zipfel Nordostsibiriens liegt der Elgygytgynsee, der Weiße See, wie die Tschuktschen ihn nennen. Er bildete sich vor etwa 3,6 Mio. Jahren durch einen Meteoriteneinschlag und birgt ein einzigartiges arktisches Klimaarchiv: „Der Meteorit hat ein tiefes Loch in die Erdkruste geschlagen, dass sich rasch mit Wasser gefüllt hat und seitdem kontinuierlich, Jahr für Jahr, Sedimente aufnehmen konnte“, erklärt Professor Melles.

Der Meteorit ist in einer der wenigen Regionen in der Arktis niedergegangen, die von den Vereisungen während der Kaltzeiten des Quartärs, des sogenannten „Eiszeitalters“, nicht erreicht wurden. Daher umfasst die Sedimentabfolge nicht nur einen ungewöhnlich langen Zeitraum, sondern ist auch fast ungestört und lückenlos überliefert.
Die Einzigartigkeit des Klimaarchivs wird deutlich, wenn man sich vor Augen führt, dass mit den Bohrkernen etwa 30 mal tiefer in die Erdgeschichte vorgestoßen wurde, als das mit den längsten Bohrkernen von der grönländischen Eiskappe der Fall ist.

Klimaimpulse kommen aus der Antarktis

Die Sedimentkerne aus dem Elgygytgynsee spiegeln die Klima- und Umweltgeschichte der Arktis mit großer Sensitivität wider. „Die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften der Sedimente zeichnen die globalen Warm- und Kaltzeiten des Quartärs sehr deutlich nach“, erläutert Professor Julie Brigham-Grette von der Universität Massachusetts in den USA. „Dabei ist jedoch auffällig, dass einzelne Warmzeiten mit einer ungewöhnlich hohen Bioproduktion, die höhere Temperaturen andeutet, unregelmäßig aus dem ansonsten recht regelmäßigen Klimamuster herausstechen“.
Um diese klimatischen Unterschiede zu quantifizieren, untersuchten die Wissenschaftler vier Warmzeiten im Detail, von denen zwei eine erhöhte Bioproduktion aufwiesen: „Klimarekonstruktionen zeigten, dass während der „Super“-Warmzeiten die Sommertemperaturen etwa 4 bis 5 °C und die Jahresniederschläge etwa 300 mm höher waren als während der Maxima der beiden anderen Warmzeiten“, beschreibt Professor Pavel Minyuk vom NEISR-Institut in Magadan, Russland, die Ergebnisse. Diese klimatischen Bedingungen haben nicht nur die Vegetation in der Arktis verändert, sondern dürften beispielsweise auch zum Abschmelzen von wesentlichen Teilen des grönländischen Eisschildes geführt haben.

Weiter gehende Simulationen mit einem Klimamodell offenbarten, dass die hohen Temperaturen und Niederschläge der Super-Warmzeiten nicht alleine mit Veränderungen der Erdbahnparamter oder der Treibhausgaskonzentrationen erklärt werden können, die ansonsten die Glazial-Interglazial-Schwankungen im Quartär antreiben. Es muss also zusätzliche Klimaimpulse von Außen gegeben haben, die sich durch Wechselwirkungen im arktischen Klimasystem verstärkt haben.
Dafür sehen die Wissenschaftler den Schlüssel in der Antarktis. Dort sind große Abschmelzereignisse des westantarktischen Eisschildes aus einer Sedimentbohrung nachgewiesen, die zeitlich auffällig gut mit den Superwarmzeiten in der Arktis korrelieren.

Schlüssel für das Klima der Zukunft

Es werden zwei mögliche Szenarien diskutiert, welche die polaren Wechselwirkungen erklären können aber noch mit weitergehenden Untersuchungen überprüft werden müssen. Erstens dürfte mit dem Eisrückgang in der Antarktis die Bildung einer Wassermasse zurückgegangen sein, die Heute bodennah bis in den Nordpazifik strömt und dort an die Oberfläche aufsteigt. Ist das damals ausgeblieben, dann müsste sich der nördliche Pazifik stark aufgeheizt haben, was mit einer Erwärmung der umliegenden Landgebiete einher gegangen sein könnte. Zweitens hat der Abbau des Eises in der Antarktis zu einem weltweiten Anstieg des Meeresspiegels geführt. Dadurch könnte mehr warmes Oberflächenwasser als Heute durch die Bering-Strasse zwischen Tschukotka und Alaska geströmt sein und den Arktischen Ozean aufgeheizt haben. „Die beschriebenen Klimasprünge in der Arktis und die offensichtlichen Wechselwirkungen zwischen der Antarktis und der Arktis waren bisher nicht bekannt“, resümiert Professor Melles. „Sie sind von großer Brisanz, unter anderem, weil es aktuell Anzeichen für einen raschen Eisabbau in der Westantarktis gibt, der sich in naher Zukunft noch verstärken könnte – vor diesem Hintergrund könnte die Vergangenheit der Schlüssel für die Zukunft sein“.