Messung von Edelgasen in antarktischen Eisborkernen - Ein Thermometer für den Ozean

Die Durchschnittstemperatur des Meeres ist ein wesentlicher Parameter des globalen Klimas -der allerdings nur sehr schwer zu messen ist. Zumindest bis jetzt, denn ein internationales Forscherteam mit Beteiligung der Empa hat nun eine entsprechende Methode entwickelt, und zwar mittels Edelgasen im ewigen Eis. Damit lassen sich Rückschlüsse auf die Veränderungen in der Meerestemperatur von der letzten Eiszeit bis heute ziehen, wie die Forscher in der aktuellen Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins "Nature" berichten.

Das ewige Eis als Zeitzeuge

Grundlage der Arbeit bilden Eisbohrkerne aus der Antarktis. Die Schichten des ewigen Eises bilden ein Archiv der Atmosphäre, in dem nicht nur Staubpartikel und Feststoffe, sondern auch Luft eingeschlossen ist. In diesen Luftbläschen kann man die Konzentration verschiedener Gase bestimmen. Dabei spielen für einmal nicht die üblichen Verdächtigen wie die Klimagase Methan und Kohlendioxid eine Rolle, sondern die Edelgase Krypton, Xenon und Argon, wie Bereiter ausführt. Das Prinzip lässt sich wie folgt erklären: Abkühlendes Wasser nimmt Edelgase aus der Atmosphäre auf, wohingegen warm werdendes Wasser Edelgase an die Atmosphäre abgibt. Die Konzentration der Edelgase in der Atmosphäre lässt also Rückschlüsse auf die durchschnittliche globale Temperatur des Meeres zu - nicht auf die wärmere Meeresoberfläche, sondern auf die über die gesamte Wassermasse bis zum Meeresgrund gemittelte Temperatur.

Ein Blick in die Vergangenheit

Die Bohrkerne aus dem antarktischen Eis sind Zeugen längst vergangener Epochen und im Falle des Projekts bis zu 24.000 Jahre alt. In dieser Zeitspanne fand der Übergang von der letzten Eiszeit zur aktuellen Warmzeit statt. Das spiegelt sich auch in den Resultaten aus den Bohrkernen wieder: Die Forschenden stellten einen deutlichen Anstieg der mittleren Ozeantemperaturen fest; insgesamt erwärmte sich der Ozean über einen Zeitraum von 10.000 Jahren um 2.6 Grad. Bei der Auswertung der Daten erkannte Bereiter, dass der Anstieg der durchschnittlichen globalen Meerestemperatur stark mit der Lufttemperatur in der Antarktis zusammenhängt, was den Einfluss der südlichen Hemisphäre auf das globale Klima unterstreicht. Bislang liefert diese Art der Temperaturmessung nur Werte für sehr große Veränderungen wie der untersuchte Übergang von einer Eiszeit zu einer Warmzeit. Prinzipiell ließe sich die Methode aber auch auf aktuelle Veränderungen anwenden. Diese sind jedoch im Vergleich zu den untersuchten Temperaturveränderungen in der Vergangenheit (noch) relativ klein, weshalb man deutlich genauere Methoden bräuchte, als sie aktuell zur Verfügung stehen, so der Empa-Forscher.

The WAIS Divide Ice Core Projekt

Eisbohrkerne sind unsere einzige Quelle für Proben aus der Paläoatmosphäre und daher für die Paläoklimaforschung extrem wertvoll, weil sie Umweltparameter erfassen, die auf räumlichen Skalen von einzelnen Schneeflocken bis zur gesamten Erdatmosphäre und auf Zeitskalen von Stunden bis zu Hunderten von Jahrtausenden reichen. Sie halten zahlreiche Aspekte des Klimasystems in einem einzelnen, zeitlich hochaufgelösten Archiv fest. Ziel des US-amerikanischen "WAIS (West Antarctic Ice Sheet) Divide Ice Core Project" ist es, das Klima von der letzten Eiszeit bis heute zu untersuchen, und zwar mit größerer Zeitauflösung und Datierungsgenauigkeit, als dies frühere Eisbohrkerne aus der Antarktis zuließen. Dies gilt insbesondere für die Aufzeichnung von atmosphärischen Gasen, Wasserisotopen und Chemie.

» Originalpublikation

Quelle: Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa)