KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Im Westen des nordamerikanischen Kontinents erhebt sich eine Gebirgskette mit bis zu 6.000 m hohen Gipfeln und den Rocky Mountains als bekannteste Vertreter.

Regen in den Bergen Nordamerikas – Foto: BiK-F

Mithilfe der von prähistorischem Regenwasser hinterlassenen Spuren konnten Wissenschaftler des Biodiversität und Klima Forschungszentrums sowie der US-amerikanischen Stanford University, nachvollziehen, wie sich das Höhenprofil der Landschaft vor ca. 50 Millionen Jahren entwickelte und die Giganten entstanden. Die Methode kann auch zu einer besseren Einschätzung zukünftiger Niederschlagsveränderungen beitragen. Die Ergebnisse wurden jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Geology“ veröffentlicht.

Regentropfen als Zeitzeugen

Regen ist eines der elementarsten Naturereignisse. Was kaum einer weiß: Noch heute finden sich Spuren urzeitlichen Regenwassers im Gestein oder in Ablagerungen auf dem Grund von Seen. Und das, obwohl dieser Regen bereits vor Jahrmillionen vom Himmel gefallen ist. Wissenschaftler der Stanford University und des Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F) haben über 4.000 Proben aus dem Boden und Seesedimenten aus dem Westen Nordamerikas untersucht, die 28 bis 65 Millionen Jahre alt sind. Die chemische Analyse der Spuren die das damalige Regenwasser in den Gesteinen hinterlassen hat, verrät, in welcher Höhe der Regen einst vom Himmel fiel.

„Schwerer“ Sauerstoff im Wasser enthüllt das Höhenprofil

Die Forscher untersuchten dazu die Relation von Sauerstoff-Isotopen im prähistorischen Regenwasser. Isotope sind Varianten eines chemischen Elements, die sich in ihrem Gewicht unterscheiden. Sauerstoff kommt u.a. als Sauerstoff-16-Isotop und Sauerstoff-18-Isotop (so genannter „schwerer Sauerstoff“) vor. Untersuchungen haben gezeigt, dass wenn es regnet, der „schwere“ Sauerstoff bevorzugt in niedrigen Höhen abregnet. Dies gilt auch, wenn Wolken auf Gebirge treffen und daran aufsteigen. Daher enthält Regen, der am Fuß der Berge fällt, einen größeren Anteil des „schweren Sauerstoffs“ als, der Niederschlag, der in großen Höhen fällt. Bestimmt man das Verhältnis von „schwerem“ zum vergleichsweise leichterem Sauerstoff-16 im Regenwasser, erhält man wichtige Informationen darüber, auf welcher Höhe der Niederschlag gefallen ist. Wenn die geochemischen Spuren des Regenwassers nun aus verschiedenen Jahrmillionen aber vom gleichen Ort miteinander verglichen werden, lässt sich feststellen, wie viel sich unsere Erde in diesem Zeitraum gehoben hat.

Theorie der Gebirgsentstehung muss neu bewertet werden

Ergebnis: Vor 50 Millionen Jahren begann sich der Westen Nordamerikas aufzutürmen. Wie eine gewaltige, jedoch sehr langsame Welle setzte sich die Hebung des Westens der USA in den folgenden 22 Millionen Jahren von West-Kanada bis hinunter nach Mexiko fort. Die Rekonstruktion der Entwicklung des Höhenprofils mittels Spuren prähistorischen Regenwassers zeigt damit endgültig, dass man sich von der früheren Vorstellung, die Gebirgsketten im Westen der USA seien Reste einer in sich zusammengefallenen Hochebene verabschieden muss. „Aufgrund der aus den Niederschlagsmustern erkennbaren Höhenprofilen kann man schließen, dass die heutigen Rocky Mountains im mittleren Teil der Gebirgskette etwa vor 40 Millionen Jahren so hoch waren, dass sie entscheidend zur Klima- und Niederschlagsveränderung der USA beigetragen haben.“ berichtet der Geologe Andreas Mulch, Professor am BiK-F und der Goethe-Universität Frankfurt am Main, und Co-Autor der Studie. Die Hebung wurde ausgelöst, weil sich ozeanische Gesteine des heutigen Pazifiks damals unter die nordamerikanische Kontinentalplatte schob und sich dabei in der Tiefe verformte. Als Material aus dem tieferen Erdmantel in Bereiche zwischen den Platten eindrang, führten die Hitze und der Auftrieb des Materials zu einer Hebung der darüber liegenden Erdoberfläche.

Wetter-Nachhersage hilft Klimawandel zu verstehen

Die Rekonstruktion der Regenfälle ist aber nicht nur für Geologen relevant, sondern auch für die Gesellschaft ein Zurück in die Zukunft, wie Professor Mulch weiter erklärt. “Um angemessen auf die Auswirkungen des Klimawandels reagieren zu können, ist es wichtig, sich mit dem Klima der Vergangenheit, bei dem Regen eine maßgebliche Rolle spielt, zu beschäftigen. Die Erde ist ein riesiges Klimaarchiv, aus dem wir mittels der Isotopenbestimmung nun Niederschlagsmuster für ganze Regionen rekonstruieren können.“ Dies ist zum Beispiel für den Südwesten der USA wichtig, der im Gebiet der Studie liegt. Klimaforscher sind sich einig, dass hier in Zukunft weniger Regen fallen wird und Großstädte wie Las Vegas und Los Angeles noch mehr als bisher mit Trockenheit zu kämpfen haben. Aber auch darüber hinaus hat die Methode der Isotopenbestimmung von konserviertem Regenwasser Potenzial. Beispiel Biodiversität: Hier könnte der Blick in die Erdgeschichte und deren Niederschlagsmuster als Grundlage für neue Forschung zur damaligen Ausbreitung von Tieren und Pflanzen sowie deren Veränderung dienen. (Sabine Wendler)

Originalveröffentlichung:
Hari T. Mix, Andreas Mulch, Malinda L. Kent-Corson, and C. Page Chamberlain. Cenozoic migration of topography in the North American Cordillera. Geology, January 2011, vol. 39, no. 1, p. 87-90, DOI:10.1130/G31450.1

Ein Forscherteam der Uni Freiburg, Institut für Waldwachstum, und der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL hat erstmals das europäische Sommerklima der letzten 2500 Jahre anhand von Jahrringen erfasst.

Jahresringe eines Baumes geben Aufschluss über Klimageschichte. – Foto: ingo anstötz / Pixelio

Die Resultate zeigen auffällige Parallelen zwischen starken Klimaschwankungen und grossen gesellschaftlichen Veränderungen wie Völkerwanderung, mittelalterlicher Blütezeit sowie Folgen von Pest und Krieg.

Ein internationales Team von Archäologen, Geographen, Historikern und Klimatologen hat erstmals den Niederschlag und die Temperatur der letzten 2500 Jahre in Mitteleuropa lückenlos rekonstruiert. Dies gelang dank der Untersuchung von Jahrringen von rund 9000 fossilen und archäologisch-historischen Hölzern sowie lebenden Bäumen aus Deutschland, Frankreich, Italien und Österreich. Die interdisziplinäre Studie ist in der Online-Version vom 13. Januar 2011 der renommierten Fachzeitschrift Science erschienen und zeigt den möglichen Einfluss vergangener Klimavariabilität auf historische Entwicklungen. Die Wissenschaftler stellen die Schwankungen des europäischen Sommerklimas von der späten Eisenzeit vor 2.500 Jahren bis ins 21. Jahrhundert auffallenden historischen Ereignissen und Epochen gegenüber.

Das Klima während der Römerzeit war überwiegend feucht-warm und vergleichsweise stabil. Zeitgleich mit den ersten Krisen im Weströmischen Reich wurde es ab 250 n. Chr. deutlich kälter und wechselhafter. Diese Phase starker Klimaschwankungen dauerte über dreihundert Jahre und ging einher mit der sozio-ökonomische Katastrophe der Völkerwanderung. Zunehmende Temperaturen und Niederschläge ab dem siebten Jahrhundert begünstigten wahrscheinlich den kulturellen Aufstieg des Mittelalters. Nahe liegend ist auch ein klimatischer Einfluss auf die Verbreitung und Virulenz der Pest nach 1347. Genauso kann eine Kältephase während des Dreißigjährigen Krieges am Anfang des 16. Jahrhunderts die verbreiteten Hungersnöte verstärkt haben.

Die Studie stellt eindrücklich das durch den Menschen (mit)beeinflusste Klima des 20. Jahrhunderts seiner natürlichen Variabilität der letzten 2.500 Jahre gegenüber. Im Kontext der natürlichen Klimadynamik erscheinen die Sommer des späten 20. und frühen 21. Jahrhunderts als aussergewöhnlich warm. Frühere Niederschlagsmengen haben hingegen die heutigen Messwerte immer wieder übertroffen. Das Autorenteam macht aber auch auf die Komplexität der Beziehungen zwischen Klimaschwankungen und historischen Ereignissen aufmerksam und warnt vor einfachen Verknüpfungen.

Ein 1620 Meter langer Eiskern wurde im Rahmen des Talos Dome Ice Core Projects (TALDICE) im Rossmeersektor der Antarktis gebohrt.

Blick auf das TALDICE-Bohrcamp – Foto: Fernando Valero-Delgado / AWI

Diese hat Vermutungen der Forscher bestätigt: Das Klima am Ende der letzten Eiszeit hat sich nach dem Muster der so genannten „bipolaren Wippe“ verändert. Die Ergebnisse wurden jetzt vorab auf der Internetseite des Magazins Nature Geoscience veröffentlicht.

Aus bisherigen Untersuchungen grönländischer und antarktischer Eiskerne ist bekannt, dass sich der Süden während einer Kaltphase im Norden erwärmt hat, während der nachfolgende rapide Temperaturanstieg auf der Nordhalbkugel immer mit dem Beginn der Abkühlung im Süden einsetzte. Dieses Phänomen, das als „bipolare Wippe“ bezeichnet wird, haben Wissenschaftler jetzt erstmals für das Ende der letzten Eiszeit nachgewiesen. Im Zeitraum von 16.000 bis 14.500 Jahren vor heute zeigen sich zudem in der Antarktis deutliche Unterschiede im Verlauf der Temperaturschwankungen zwischen dem indisch-pazifischen und dem atlantischen Sektor. „Diese Schwankungen sind von einem verlangsamten Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre und einer leichten Abkühlung auf Grönland begleitet“, sagt der Glaziologe Dr. Sepp Kipfstuhl vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft, der die deutsche Vertretung im Talos Dome Ice Core Project übernommen hat. Das Verständnis und die Simulation der „bipolaren Wippe“ sowie des klimatischen Verlaufs in den der Antarktis vorgelagerten Meeresgebieten und ihr Wechselspiel mit den Kohlenstoffkreisläufen sei gerade für die Modellierung des Erd- und Klimasystems von großer Wichtigkeit, so Kipfstuhl.

Der neue, auf dem Talos Dome gebohrte Eiskern eignet sich für die Untersuchungen besonders gut, da er eine ungestörte Klimazeitreihe der vergangenen 250.000 Jahre bietet. Es ist die bisher längste Zeitreihe aus einem küstennahen Gebiet der Antarktis. Der Glaziologe Hans Oerter vom Alfred-Wegener-Institut hat schon viele Eiskerne gezogen und auf seinem Labortisch untersucht, aber dieser neue Kern sei tatsächlich ein Glücksfall für die Wissenschaft: „Der Eiskern erlaubt die atmosphärischen und klimatischen Veränderungen der Vergangenheit mit einer so hohen zeitlichen Auflösung zu beschreiben, wie sie bislang bei keinem Kern der Ostantarktis möglich gewesen ist.“

Behutsam wurde der Kern dann auch im Eislabor des Alfred-Wegener-Instituts zersägt, um die einzelnen Probestücke an die unterschiedlichen Labore der am Projekt beteiligten Institute zu versenden. Diese Arbeiten nahmen insgesamt drei Monate in Anspruch. Bei den anschließenden Untersuchungen gelang es den Wissenschaftlern, die neuen Klimazeitreihen präzise mit den bereits vorliegenden Zeitreihen aus anderen antarktischen und grönländischen Eiskernen zu synchronisieren. Sie benutzten dazu die globalen Schwankungen der Methankonzentration, die in den Luftblasen im Eis archiviert sind und in Grönland und in der Antarktis gleichzeitig auftreten. Basierend auf diesem neuen synchronisierten Altersmodell konnten die Wissenschaftler die zeitlich hoch aufgelösten Zeitreihen der Temperaturdaten innerhalb der Antarktis und auf Grönland dann miteinander vergleichen.

Die Studie, auf der Internetseite von Nature Geoscience veröffentlicht wird, fasst die Arbeit der Wissenschaftler, die in TALDICE kooperiert haben, zusammen und zeigt ihre vielfältige Erfahrung bei der Analyse von Eisbohrkernen. Beteiligt waren Institute aus fünf europäischen Ländern (Italien, Frankreich, Deutschland, Schweiz und Groß Britannien). Die Logistik für die Arbeiten auf dem Talos Dome in der Antarktis wurde hauptsächlich vom italienischen „Nationalen Programm für Antarktisforschung“ bereitgestellt.

Das ‘Talos Dome Ice Core Project’

Fast überall auf der Welt nimmt die Artenvielfalt zu den Polen hin ab, nur nicht an der südamerikanischen Pazifikküste.

Muscheln geben Aufschluss über die Klimageschichte – Foto: CAU

Durch Untersuchungen an fossilen Muscheln und Schnecken aus Chile fanden die Paläontologen Dr. Steffen Kiel und Dr. Sven Nielsen von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) Beweise dafür, dass dieser erstaunliche Gegensatz seinen Ursprung im Ende der letzten Eiszeit vor zirka 20.000 bis 100.000 Jahren hat.
Die abschmelzenden Gletscher hinterließen eine mosaikartige Landschaft aus unzähligen Inseln, Buchten und Fjorden, wie sie auch in Skandinavien zu finden sind. In dieser Vielfalt an neuen Lebensräumen konnten – aus geologischer Sicht – innerhalb kürzester Zeit neue Arten entstehen, deren Vorfahren die Eiszeit im wärmeren chilenischen Norden überdauert hatten.

Die ungewöhnlich hohe Artenvielfalt an der chilenischen Südküste ist schon lange bekannt. Mit über 500 Muschel- und Schneckenarten sind hier allein bei diesen Tieren doppelt so viele Arten wie an vergleichbaren Orten zu finden. Über die Ursache dieses Artenreichtums werde bisher aber nur spekuliert, berichten Kiel und Nielsen in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Geology: “Die gängigen Meinungen sind, dass entweder die Region um Chile ein ‘Museum der Artenvielfalt’ ist, in dem alte Arten über Jahrmillionen überdauerten während neue hinzukamen, oder dass antarktische Arten die Fjordlandschaft von Süden her besiedelten.” Die Analyse von rund 35.000 fossilen Muscheln und Schnecken unterschiedlichen Alters, die etwa 400 Arten zugeteilt werden können, erlaubt den Paläontologen vom Institut für Geowissenschaften nun ein genaueres Urteil: “Unsere Fossilien zeigen deutlich, dass beide Hypothesen zur Artenvielfalt in Chile nicht in Frage kommen. Die geologische Vergangenheit dieser Region beweist, dass Artenreichtum immer gen Süden hin abnahm, was der Besiedlung durch antarktische Arten widerspricht”, erklärt Steffen Kiel. Auch fanden die Forscher heraus, dass der größte Teil der Arten und Gattungen, die noch vor 16 Millionen Jahren in Südamerika gelebt hatten, schon vor der letzten großen Eiszeit ausgestorben waren. “Von einem Museum der Artenvielfalt, kann also keine Rede sein”, so Kiel weiter.

Die artenreichsten Tiergruppen in der südchilenischen Inselwelt sind solche, die im flachen Wasser an Felsküsten leben. Also genau in dem Lebensraum, der durch den Rückzug der ehemals direkt ins Meer mündenden Gletscher frei wurde. “Molekularbiologische Untersuchungen zu den Verwandtschaftsbeziehungen dieser Tiere zeigen, dass sie entwicklungsgeschichtlich sehr jung sein müssen und von Arten aus Nordchile abstammen. Das stimmt mit unseren Ergebnissen überein”, sagt Sven Nielsen, der seit vielen Jahren mit chilenischen Fossilien arbeitet.

“Charles Darwin, der von seiner Reise auf der ‘Beagle’ als erster Fossilien aus diesen Regionen mitbrachte, wäre wohl begeistert gewesen.” Ihre Forschung zeige deutlich, dass zum Wohle der Artenvielfalt nicht nur einzelne Lebensräume, wie zum Beispiel das Wattenmeer, geschützt werden müssen, sondern dass die Vielfalt an Lebensräumen selbst den Artenreichtum sichere, ergänzt Nielsen.

Der allgemeine Erwärmungstrend zwingt zur frühzeitigen Anpassung an extreme Wetterereignisse.

Verschneite Wälder werden ein zunehmend seltenerer Anblick – Foto: Dagmar Struß

Deutscher Wetterdienst und Umweltbundesamt sehen die Prognosen der Klimaforschung durch die Entwicklung der Wetterdaten bestätigt. Extremwetterereignisse wie Starkniederschläge oder Hitzeperioden haben in den letzten Jahrzehnten messbar zugenommen. Aller Voraussicht nach wird ihre Anzahl und Intensität weiter ansteigen. „Die aktuellen Überschwemmungen in Pakistan, die lang anhaltenden Hitzewellen in Russland und Japan und das Hochwasser in Sachsen entsprechen den Erwartungen der Klimaforschung über die Zunahme von Extremwetterereignissen. Sie alle verdeutlichen, wie wichtig es ist, uns auf die Folgen vorzubereiten“, sagt Jochen Flasbarth, Präsident des Umweltbundesamtes. Zwar lässt sich keines der extremen Wettereignisse allein dem globalen Klimawandel zuordnen. Gleichwohl bestätigt sich der Trend einer Zunahme solcher Wetterextreme.
Von 1881 bis 2009 ist die Jahresdurchschnittstemperatur in Deutschland um 1,1 °C gestiegen. Sie könnte am Ende dieses Jahrhunderts nochmals um 2 bis 4 °C höher liegen als heute. Die steigenden Temperaturen bringen voraussichtlich mehr und stärkere Hitzeperioden. Messungen an einzelnen Stationen des Deutschen Wetterdienstes zeigen: Seit 1950 hat sich die Anzahl von Sommertagen (Tage mit einem Temperaturmaximum von 25° C und darüber) mehr als verdoppelt. Prof. Dr. Gerhard Adrian, Präsident des Deutschen Wetterdienstes: „Bis zur Mitte des Jahrhunderts rechnen wir zum Beispiel mit einer Zunahme von etwa 15 bis 27 zusätzlichen Sommertagen pro Jahr für die Regionen Sachsen-Anhalt und Brandenburg.“
Schon heute belasten die Hitzeperioden die Gesundheit vieler Menschen. So können in Bürogebäuden gesundheitsbelastende Situationen entstehen, wenn große Glasfassaden oder zu kleine Klimaanlagen vorhanden sind. Insbesondere bei langfristigen Investitionen sollten Normen und Richtlinien – etwa beim Bau von Gebäuden, Straßen oder Kraftwerken – die künftigen Klimaverhältnisse daher stärker berücksichtigen. Was es bedeutet, wenn Klimaanlagen nicht für heftige Hitzeperioden ausgelegt sind, konnte die Öffentlichkeit in diesem Sommer in zahlreichen ICE-Zügen erleben. Aufgabe von Umweltbundesamt und Deutschem Wetterdienst ist es, die Bundesregierung dabei zu beraten, Anpassungsmaßnahmen, Normen und technischen Regelwerken festzulegen.

Hintergrund: Die Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel

Klimaschutz und Anpassung an den Klimawandel sind zwei Seiten einer Medaille. Am 17. Dezember 2008 hat das Bundeskabinett die Deutsche Anpassungsstrategie an den Klimawandel beschlossen. Für 15 Handlungsfelder und ausgewählte Regionen skizziert die Bundesregierung darin mögliche Klimafolgen und erste Handlungsoptionen. Ziel der Strategie ist es, Risiken für die Bevölkerung, Umwelt und Wirtschaft vorzubeugen, aber auch Chancen zu nutzen. Der nächste Schritt in der Umsetzung der Anpassungsstrategie ist der „Aktionsplan Anpassung“ der Bundesregierung, der für Sommer 2011 vorgesehen ist.

Ein starker Temperaturabfall hat vor 137 Millionen Jahren das ausgeglichene, warme Klima der Kreidezeit kurz unterbrochen.

Glendonit von Spitzbergen aus dem Valanginium – Foto: Dr. Elizabeth Nunn

Die Wassertemperatur im Arktischen Ozean fiel von etwa 13 Grad auf 4 bis 7 Grad Celsius ab, sodass eventuell sogar die Pole vereisten. Gregory Price von der University of Plymouth und Elizabeth Nunn von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz haben Gesteinsproben mit Belemniten und fossilen Glendoniten aus Spitzbergen untersucht, um die Temperatur des Arktischen Ozeans vor 140 bis 136 Millionen Jahren zu ermitteln. Die Rekonstruktion des Paläoklimas hilft dabei, die Prognosen über die zukünftige Klima- und Umweltentwicklung zu verbessern und den Einfluss des Menschen auf das Klima abzuschätzen. Die Temperatur der Ozeane spielt für die Klimageschichte eine wichtige Rolle.

Nach bisherigen Erkenntnissen herrschte in der Kreidezeit ein global ausgeglichenes, warmes Klima mit hohen CO2-Werten, wobei auch schon immer wieder über kältere Perioden spekuliert worden war. Die jetzige Untersuchung der beiden Wissenschaftler belegt einen kurzen Kälteeinbruch vor 137 Millionen Jahren. „Es ist richtig kalt geworden, wenn wir es mit der durchschnittlichen Wassertemperatur in den arktischen Bereichen von 13 Grad oder vielleicht sogar 20 Grad vergleichen“, sagt Nunn. Während der Kreide-Warmzeit besiedelten Dinosaurier auch die Polarregion. Während marine Reptilien wie Pliosaurus und Ichtyosaurus bei Kälteeinbruch möglicherweise migrierten, ist unklar, wie Dinosaurier mit den kälteren Bedingungen klargekommen sind.

In ihrer Arbeit haben Nunn und Price Gesteine auf Spitzbergen untersucht, die für Paläontologen eine ideale Abfolge von Meeresablagerungen der damaligen Zeit offenlegen, als das Gebiet noch ein flaches Meer war. Einige Gesteinsschichten aus dem Valanginium der Unterkreide sind reich an Belemniten, also Fossilien, die unseren heutigen Tintenfischen ähneln, und fossilen Glendoniten, zwei bis drei Zentimeter großen Kristallen aus Kalziumkarbonat. An diesen Relikten können die Wissenschaftler das Verhältnis zweier Sauerstoffisotope bestimmen und daraus Rückschlüsse auf die Wassertemperatur ziehen. „Wird es kälter, dann wird das Sauerstoffisotop 16 vermehrt im Eis eingeschlossen und das Isotop 18 reichert sich relativ zum Isotop 16 im Meerwasser an. Dieses Verhältnis speichern Belemniten und Glendonite ab“, so Nunn.

Dr. Elizabeth Nunn kam vor zweieinhalb Jahren von der University of Plymouth an das Department für Angewandte und Analytische Paläontologie des Instituts für Geowissenschaften. Zurzeit untersucht die Wissenschaftlerin, ob und inwieweit es auch saisonale Temperaturveränderungen gegeben hat. Solche Wechsel von Sommer zu Winter oder umgekehrt hätten sich während der kurzen Lebenszeit der Belemniten – sie lebten wahrscheinlich nur ein bis drei Jahre – niedergeschlagen und könnten mit der heutigen analytischen Methodik ermittelt werden.

Wird das Eis auf dem Nordpolarmeer immer dünner? Forschungsflugzeug Polar 5 misst Meereiseisdicke nördlich von Grönland.

Die Polar 5 auf dem Eis vor dem Start zu einem Messflug – (c) Johannes Käßbohrer / AWI

Die Meereisausdehnung in der Arktis wird im September ihr jährliches Minimum erreichen. Prognosen lassen vermuten, dass es nicht so gering ausfallen wird wie im Jahr 2007, dem Jahr der geringsten Ausdehnung seit Satelliten diese aufzeichnen. Meereisphysiker vom Alfred-Wegener-Institut sorgen sich trotzdem um das langjährige Gleichgewicht im Nordpolarmeer. Sie haben Indizien dafür, dass die Masse des Meereises schwindet, weil seine Dicke abnimmt. Um dies zu belegen, messen sie derzeit die Eisdicke nördlich und östlich von Grönland mit dem Forschungsflugzeug Polar 5. Ziel der gut einwöchigen Kampagne ist es, den Export von Meereis aus der Arktis zu bestimmen. Hierüber findet etwa ein Drittel bis die Hälfte des Süßwasserexports aus dem Nordpolarmeer statt – ein wichtiger Antriebsfaktor im globalen Ozeanströmungssystem.

Die Frage, wann die Arktis im Sommer eisfrei sein wird, beschäftigt die Meereismodellierer um Prof. Dr. Rüdiger Gerdes vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft schon seit längerem. Satelliten erfassen die Ausdehnung des arktischen Eises seit mehr als 30 Jahren. Für die Bilanz, wie viel Meereis es gibt, ist neben der flächigen Ausdehnung auch die Dicke des Eises entscheidend. Diese lässt sich bisher jedoch nur vor Ort bestimmen: Beispielsweise mit Hilfe des so genannten EM-Bird, einem elektromagnetischen Messgerät, das Helikopter oder Flugzeuge in geringer Höhe über das Eis schleppen. Für Gerdes eine ganz besondere Aufgabe, denn gewöhnlich modelliert er seine Prognosen am heimischen Computer. Die Messkampagne mit dem Forschungsflugzeug Polar 5 des Alfred-Wegener-Instituts führt ihn jetzt erstmalig auf Expedition in die Arktis. „Ich bin sehr gespannt auf die Ergebnisse der Eisdickenmessungen“, so Gerdes. „Nur wenn wir wissen, wie das Eis unterschiedlicher Dicken verteilt ist, können wir berechnen, wie viel Süßwasser aus dem Nordpolarmeer über Eis abtransportiert wird.“

Ungefähr 3000 Kubikkilometer Eis driften jährlich aus dem Nordpolarmeer, das entspricht etwa 2700 Milliarden Tonnen. Das Eis exportiert Süßwasser, das über Flüsse und durch Niederschläge ins Nordpolarmeer gelangt. So wird dessen Salzgehalt aufrechterhalten, der langfristig konstant war. Der weltweit beobachtete Temperaturanstieg ist in den arktischen Breiten besonders ausgeprägt. Seit mehreren Jahren beobachten Forscher, dass das Eis immer dünner wird. Dadurch speichert und exportiert es weniger Süßwasser, und der Salzgehalt (auch als Salinität bezeichnet) des Arktischen Ozeans nimmt ab. Dies beeinflusst einerseits alle Lebewesen, die sich an die Bedingungen angepasst haben. Andererseits wirken sich Änderungen in der Salinität auch auf Strömungsmuster der globalen Ozeanzirkulation und damit den meridionalen Wärmetransport aus. Bei der Messkampagne TIFAX (Thick Ice Feeding Arctic Export) interessiert die Wissenschaftler besonders das mehrere Meter dicke, mehrjährige Eis, das vor allem an der Nordküste Grönlands vorkommt. „Hier von Station Nord aus die Messflüge zu starten, ist ein besonderes Abenteuer“, berichtet Gerdes von einer der nördlichsten Messstationen der Welt. „Mit dem hoch technisierten Forschungsflugzeug durch nahezu unbesiedelte Gebiete der Arktis zu fliegen ist ein starker Kontrast zu meiner Modellierungsarbeit am Computer.“

Nach dem Höhepunkt der letzten Eiszeit vor rund 21000 Jahren folgten die Mammuts den sich zurückziehenden Gletschern in kühlere Regionen der Nordhalbkugel.

Mammuts starben aufgrund des Klimawandels aus – Abbildung: Mauricio Anton / Wikipedia

Dort starben die beeindruckenden Tiere sowie weitere große Säuger wie Wollnashorn und Höhlenlöwe vor etwa 11000 Jahren aus. Für dieses Massensterben wurden lange Zeit vor allem eiszeitliche Jäger verantwortlich gemacht. Jetzt belegt eine aktuelle Studie: Der Mensch war wahrscheinlich nicht die Hauptursache für das Aussterben der Eiszeitriesen. Der Grund war wohl vielmehr das sich verändernde Klima.
Die bisher umfangreichste Untersuchung über Klima und Vegetation der Nordhalbkugel während der letzten Eiszeit wurde im renommierten Fachjournal „Quarternary Science Reviews“ veröffentlicht. Neben Wissenschaftlern aus England und Schweden ist auch der kürzlich an das Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F) berufene Professor Thomas Hickler daran beteiligt. Der Leiter des Projektbereichs “Dynamische Biosphäre und Klimavariabilität” sagte: „Die so genannte Megafauna hat bereits frühere Warmzeiten überlebt. Deshalb gingen bisher viele davon aus, dass die menschliche Jagd die Hauptursache für ihr Aussterben war. Unsere Ergebnisse bestätigen jedoch Untersuchungen der letzten Jahre, die dem Klima die größere Rolle beimessen.“

Anhand von Pollendaten und Computersimulationen untersuchten die Wissenschaftler die durch den damaligen Klimawandel verursachten Veränderungen der Vegetation während und nach der Eiszeit. Die Ergebnisse belegen eindrucksvoll, wie sich der Lebensraum – parallel zu steigenden Temperaturen, bei zunehmender Feuchtigkeit und dem gleichzeitigen Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre – verändert hat. Die Produktivität der Ökosysteme nahm dabei insgesamt zu. Die für die einst riesige Eiszeitsteppe typische krautige Biomasse, von der sich Eiszeitriesen wie Wollmammut und Wollnashorn ernährt hatten, wurde durch Wälder und Tundren verdrängt und ging stark zurück. Die großen Säugetiere fanden deshalb immer weniger Nahrung – was schließlich, in Kombination mit der Bejagung durch den Menschen, zu ihrem Aussterben führte. Und ohne die großen Pflanzenfresser fehlte auch Fleischfressern wie Höhlenlöwen und Höhlenbären die Beute, sie verschwanden ebenfalls.

Thomas Hickler sieht in diesen eiszeitlichen Ereignissen eine Parallele zur heutigen Zeit. Im Hinblick auf die Bedrohung von Arten und Lebensräumen äußert der BiK-F-Wissenschaftler: „Die Auswirkungen der Kombination aus Klimawandel und menschlicher Einflussnahme auf die Ökosysteme könnte auch in naher Zukunft zu Massenaussterben führen, zumal es wahrscheinlich noch deutlich wärmer wird als damals. Außerdem greift der Mensch heute viel stärker in die Umwelt ein als damals durch die Jagd. Land- und Forstwirtschaft nehmen bereits zirka 50 Prozent der Landoberfläche in Anspruch, und immer mehr Menschen konkurrieren mit der Artenvielfalt um das, was noch übrig ist.“

Originalpublikation:

Judy R.M. Allen, Thomas Hickler, Joy S. Singarayer, Martin T. Sykes, Paul J. Valdes, Brian Huntley,: Last glacial vegetation of northern Eurasia. – Quaternary Science Reviews doi:10.1016/j.quascirev.2010.05.031.