Ein Regenwald in der Antarktis - wissenschaft.de
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Erde+Klima

Ein Regenwald in der Antarktis

Antarktiswald
So könnte der Antarktis-Wald vor 90 Millionen Jahren ausgesehen haben. (Bild: Alfred-Wegener-Institut)

Heute ist die Antarktis der lebensfeindlichste und kälteste Kontinent unseres Planeten. Doch das war nicht immer so, wie nun ein Bohrkern aus der Westantarktis enthüllt. Denn in ihm haben Wissenschaftler rund 90 Millionen Jahre alte Relikte eines gemäßigten Regenwalds entdeckt. Baumwurzeln, Pollen und andere Pflanzenreste belegen, dass damals selbst in Südpolnähe ein mildes, feuchtwarmes Klima herrschte. Daraus schließen die Forscher, dass die Antarktis in der mittleren Kreidezeit weitgehend eisfrei gewesen sein muss und dass die Kohlendioxidwerte der Atmosphäre noch höher waren als bisher angenommen.

Die Kreidezeit umfasst einige der wärmsten Klimaperioden der Erdgeschichte. Vor allem in der Zeit vor 94 bis 84 Millionen Jahren herrschte ein nahezu globales Treibhausklima, wie Fossilfunde und Isotopenmessungen nahelegen. Die tropischen Meere waren damals rund 35 Grad warm und auch in unseren Breiten war es mild und feucht. Wissenschaftler vermuten, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre damals bei rund 1000 parts per million (ppm) gelegen haben könnte – heute liegt der CO2-Wert bei gut 400 ppm. Weil die Eisvorkommen in den Polarregionen stark dezimiert waren, lagen die Meeresspiegel in dieser Phase der mittleren Kreidezeit zudem bis zu 170 Meter höher als heute. Unklar war jedoch bisher, inwieweit es damals noch polares Eis gab: Waren überhaupt noch größere Gletscher am Nord- und Südpol vorhanden? „Weil geologische Indizien aus dem Gebiet südlich des antarktischen Polarkreises fast völlig fehlen, ist es strittig, ob unter solchen Umweltbedingungen noch Polareis existieren konnte“, erklären Johann Klages vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und seine Kollegen.

Reiche Pflanzenwelt vor 90 Millionen Jahren

Um diese Wissenslücke zu schließen, haben Klages und sein Team nun einen Bohrkern untersucht, den das Forschungsschiff Polarstern im Jahr 2017 aus dem Meeresboden der Amundsensee vor der Westantarktis gewonnen hat. Der vor der Eiskante des Pine-Island-Gletschers erbohrte Sedimentkern reicht bis in 30,70 Meter Tiefe und durchquert an seinem unteren Ende auch einige während der mittleren Kreidezeit abgelagerte Gesteinsschichten. Schon als die Forscher damals diesen Bohrkern an Bord holten, bemerkten sie erste Auffälligkeiten: „Bei der ersten Begutachtung an Bord fiel uns sofort die ungewöhnliche Färbung dieser Sedimentschicht auf. Sie unterschied sich deutlich von den Ablagerungen darüber“, berichtet Klages. „Erste Analysen ließen zudem vermuten, dass wir in einer Tiefe von 27 bis 30 Metern unter dem Meeresboden auf eine Schicht gestoßen waren, die sich einst an Land gebildet haben musste und nicht im Meer.“

Um mehr über diese auffallende Schicht zu erfahren, unterzogen die Forscher diesen Teil des Bohrkerns intensiven chemischen, paläontologischen und mineralogischen Untersuchungen. Eine Durchleuchtung mittels hochauflösender Computertomographie (CT) machte zudem selbst feine Strukturen im Inneren des Bohrkerns sichtbar. Diese Aufnahmen enthüllten Überraschendes, denn sie zeigten ein versteinertes Wurzelgeflecht, welches sich durch die gesamte Bodenschicht aus sehr feinkörnigem Ton und Silt zog und so gut konserviert war, dass die Wissenschaftler sogar einzelne holzige Zellverbände erkennen konnten. Außerdem enthielt die Bodenprobe zahllose Pollen und Sporen verschiedener Gefäßpflanzen, darunter auch Spuren der ersten Blütenpflanzen innerhalb dieser hohen antarktischen Breiten. „Die vielen pflanzlichen Überreste deuten darauf hin, dass der Küstenbereich der Westantarktis vor 93 bis 83 Millionen Jahren eine Sumpf- und Moorlandschaft bildete, in der ein gemäßigter Regenwald mit vielen Nadelhölzern und Baumfarnen wuchs – so, wie man ihn heutzutage zum Beispiel noch auf der Südinsel Neuseelands findet“, berichtet Co-Autor Ulrich Salzmann von der Northumbria University in Newcastle upon Tyne.

Mildes Klima selbst am Südpol

Das belegt, dass das Klima in diesem Abschnitt der Kreidezeit mild genug gewesen sein muss, um selbst unweit des Südpols noch einen gemäßigten Regenwald wachsen zu lassen. Denn wie ergänzende Untersuchungen ergaben, lag die Bohrstelle trotz der seither abgelaufenen Kontinentaldrift auch vor rund 90 Millionen Jahren schon in Polnähe. „Wir haben einen Paläo-Breitengrad von 81,9° Süd ermittelt“, berichten die Forscher. Damit lag der Regenwald damals nur rund 900 Kilometer vom Südpol entfernt und erlebte eine Polarnacht von rund vier Monaten Dauer. In rund einem Drittel des Jahres musste dieses Ökosystem demnach ohne Sonne auskommen – wie hat es dies geschafft? Um eine genauere Vorstellung vom damaligen Klima in dieser Region zu bekommen, haben die Forscher unter anderem untersucht, unter welchen Klimabedingungen die heutigen Verwandten der fossilen Pflanzen wachsen. Zusätzlich nutzten sie auch chemische Analysen, um auf die damaligen Temperatur- und Niederschlagsverhältnisse zu schließen.

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Die Analysen ergaben, dass die Antarktis vor rund 90 Millionen Jahren weitgehend eisfrei gewesen sein muss – und extrem warm. Denn im Jahresmittel lag die Lufttemperatur damals bei rund 13 Grad – dies sind zwei Grad mehr als die Jahresmitteltemperatur im heutigen Deutschland. Im Sommer könnte sich die Luft in der Antarktis sogar auf rund 19 Grad erwärmt haben, die Oberflächentemperatur der Flüsse und Sümpfe lag wahrscheinlich sogar bei rund 20 Grad, wie Klages und seine Kollegen berichten. Regen fiel mit rund 1120 Millimetern pro Jahr in dieser Gegend reichlich und oft. „Damit liefern unsere Daten die unseres Wissens nach südlichsten Belege für die kreidezeitlichen Umweltbedingungen“, sagen die Forscher. „Sie enthüllen ein ‚Treibhausklima‘, das milde Klimabedingungen deutlich weiter südlich ermöglichte als zuvor dokumentiert.“

Wie ein so warmes Klima so nah am Südpol damals möglich gewesen sein kann, haben die Wissenschaftler mithilfe eines Klimamodells rekonstruiert. Daraus ging hervor, dass solche Bedingungen nur dann erreicht werden konnten, wenn es damals keine Eisschilde in der Südpolregion gab und die gesamte Antarktis von einer dichten Vegetation bedeckt war. Zudem müssten die CO2-Werte der Atmosphäre in der mittleren Kreidezeit noch höher gewesen sein als bisher vermutet. „Bis zu unserer Studie ging man davon aus, dass die globale Kohlendioxidkonzentration im Zeitalter der Kreide bei etwa 1000 ppm lag. In unseren Modellversuchen aber waren Werte von 1120 bis 1680 ppm notwendig, um die damaligen Temperaturen in der Antarktis zu erreichen“ erläutert Co-Autor Gerrit Lohmann vom AWI. Nur dann wäre der Treibhauseffekt stark genug gewesen, um das Klima selbst während einer vier Monate langen Polarnacht mild zu halten.

Quelle: Johann Klages (Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-020-2148-5

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