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Vorbohrungs-Untersuchungen in der Antarktis rüsten für Klimaschutzlektionen über das „älteste Eis“

Eisbohrkerne stellen das einzige direkt zugängliche Archiv für atmosphärische Zusammensetzungen, die in der Vergangenheit vorlagen, dar. BE-OI hat eine vielversprechende Bohrstelle in der Antarktis für 1,5 Millionen Jahre altes Eis identifiziert, die Geheimnisse über den Mittelpleistozän-Übergang preisgeben und uns so über zukünftige Klimaszenarien informieren könnte.

Klimawandel und Umwelt

Während des Mittelpleistozän-Übergangs vor etwa 0,9 bis 1,2 Millionen Jahren änderten sich die Zyklen der glazialen und interglazialen Zeiträume von 40 000 zu 100 000 Jahren. Eine Theorie besagt, dass die Klimaverschiebung geschah, als die Erde auf Änderungen der Umlaufbahn und der Neigung ihrer Bahn um die Sonne reagierte („orbitale Steuerung“). Bisher verhindert der Mangel an Beweisen über die atmosphärische Zusammensetzung in diesem Zeitraum eindeutige Schlussfolgerungen. Die Analyse von im Eis enthaltenen Klimaproxys könnte Informationen über die Auswirkungen dieser Veränderungen, insbesondere von Treibhausgasen, auf das Klimasystem liefern. Das EU-finanzierte Projekt BE-OI wurde eingerichtet, um einen Bohrstandort zu identifizieren, von dem aus künftige Bohrungen (als Teil und Fortsetzung des Projekts Beyond EPICA) die ersten hochauflösenden Klimaaufzeichnungen zu Tage fördern könnten, die älter als 800 000 Jahre sind. Die Koordinierungs- und Unterstützungsmaßnahme der EU ermöglichte es dem Team, eine solche Stelle zu lokalisieren, an der etwa 1,5 Millionen Jahre altes Eis ungestört und mit ausreichender Auflösung etwa 40 km von der italienisch-französischen Station Concordia entfernt zu finden ist. Das Team bereitet sich nun auf die Bohrphase vor.

Qualifizierung der Standorte und Validierung ihrer Eiszeitalter

Angesichts der enormen Ausdehnung des Ostantarktischen Eisschilds konzentrierte sich das BE-OI-Konsortium auf besser zugängliche Regionen mit festen Stationen – insbesondere die um Dome Charlie sowie in Dronning Maud Land in der Nähe von Dome Fuji. Beide Orte sind dafür bekannt, dass sie mindestens 700 000 Jahre altes Eis beherbergen. Um das Alter der Eiskerne einzuschätzen, verwendete das Team hochauflösendes Radar, mit dem die Eisdicke gemessen und so die Topographie (die interne Stratigraphie) des Grundgesteins unter der Eisdecke bestimmt werden kann. Durch wiederholte Nutzung von Radar konnte auch die vertikale Geschwindigkeit des Eises (wie schnell es sich nach unten bewegt) bestimmt und der geothermische Wärmestrom aus dem darunter liegenden Grundgestein abgeschätzt werden. Dies ist entscheidend für die Bestimmung der Schmelzgeschwindigkeit an der Basis der Eisdecke. Zur Messung der Temperaturverteilung in den Bohrlöchern wurde eine Schnellzugriff-Bohrtechnik eingesetzt, die Schätzungen für das Alter des Eises im oberen Teil der Eisdecke liefert. Die kombinierten Daten bildeten die Grundlage für die Eisströmungsmodelle, die zur Altersschätzung für die bisher unbekannten Tiefen verwendet wurden. „Erfreulicherweise beobachtete eines unserer besten Radarsysteme, das in der vergangenen Saison eingesetzt wurde, eine stagnierende Eisschicht an der Basis, die zuvor nicht deutlich sichtbar war. Unabhängig davon hat dies auch unsere aktualisierte Version des Eisflussmodells prognostiziert. Beide sagten die gleiche Dicke voraus – mit einem Eisalter von 1,5 Millionen Jahren als oberste Lage der Basalschicht“, erinnert sich Olaf Eisen, der Projektkoordinator.

Rückkopplungsmechanismen zwischen Kohlenstoffkreislauf und Klima

BE-OI verfolgte ein Ziel, das von den Internationalen Partnerschaften in Eiskernwissenschaften (IPICS) formuliert wurde, um zu erklären, was den Mittelpleistozän-Übergang verursacht hat, und das als Hinweis auf langfristige Rückkopplungsmechanismen zwischen Kohlenstoffkreislauf und Klima dienen soll. Das ehemalige EPICA-Konsortium nahm sich der Herausforderung an, indem es BE-OI als europäischen Beitrag mit der Aufgabe betraute. In der kommenden antarktischen Feldsaison (November 2020 bis Januar 2021) wird das BE-OI-Bohrsystem eingerichtet, das das Loch für die Verschalung in der Firnsäule (Schnee der vergangenen Saison) vorbereitet. Dies wird es den Forschenden ermöglichen, spezifische Treibhausgaswerte in Luftblasen zu messen. „Die Lösung eines der mysteriösesten Rätsel des Klimasystems – warum hat sich die Kaltzeit-/Warmzeit-Zyklizität während des Mittelpleistozän-Übergangs geändert? – wird unser Verständnis der Funktionsweise des Klimasystems verbessern, insbesondere bezüglich der Rolle von Treibhausgasen wie Kohlendioxid und Methan. Dies ist entscheidend für die zuverlässige Vorhersage der langfristigen Zukunft unseres Klimas“, erklärt Eisen.

Schlüsselbegriffe

BE-OI, EPICA, Eiskern, Mittelpleistozän-Übergang, glazial, interglazial, Klima, Treibhausgase, Kohlendioxid, Methan, Antarktis, Radar

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