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Eiszeit: Stagnation hielt CO2 im Südpazifik

Katharina Pahnke verschafft sich Zugang zu einem Sedimentkern aus dem Südpazifik Katharina Pahnke/Universität Oldenburg

Die „ozeanische Lüftungsklappe“ war einst geschlossen: Während der Eiszeit waren die Wassermassen im Südpazifik stark geschichtet und speicherten dadurch Kohlendioxid in der Tiefe, geht aus einer Studie hervor. Dieses Ergebnis legt wiederum nahe: Entwicklungen am Ende der Eiszeit führten zu einer Durchmischung, wodurch gespeichertes Treibhausgas entweichen konnte und zu einer weiteren Erwärmung beitrug.

Der südliche Ozean spielt eine wichtige Rolle im Klimageschehen der Erde, da dort ein besonders starker Austausch zwischen Meer und Atmosphäre stattfindet. Vor allem Kohlendioxid kann hier gebunden oder aber auch freigesetzt werden. Wird Staub eingetragen, vermehren sich durch die Düngewirkung mikroskopisch kleine Algen. Wenn diese Einzeller absterben, sinken sie ab und nehmen das im Rahmen der Fotosynthese gebundene Kohlendioxid mit in die Tiefe.

Ob, beziehungsweise wie lange es dort bleibt, hängt von den ozeanischen Strömungen ab. Sie bringen kohlenstoffreiches Wasser aus der Tiefe wieder an die Meeresoberfläche. Dort kommt es dann zwischen Luft und Wasser zu einem Ausgleich der Gaskonzentration. Der Südpazifik fungiert somit durch die Durchmischungsprozesse wie eine Art ozeanische Lüftungsklappe. Doch wie war das während der letzten Eiszeit und am Übergang zur heutigen Warmzeit?

Aufschlussreiche Signaturen in Fischgräten

Um herauszufinden, wie sich das System im tiefen Südpazifik während der letzten 30.000 Jahre entwickelt hat, haben die Forscher um Katharina Pahnke vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen Sedimentkerne analysiert. Sie wurden auf einer Fahrt des Forschungsschiffes Polarstern im Südpazifik in Wassertiefen zwischen 3000 und mehr als 4000 Meter gezogen. Im Fokus der Forscher standen winzige Zähne und andere Skelett-Bruchstücke von fossilen Fischen aus den Sedimentproben.

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Sie untersuchten diese Überbleibsel des einstigen Meereslebens auf Isotope des seltenen Erdmetalls Neodym. „Neodym eignet sich besonders gut, um Wassermassen unterschiedlicher Herkunft zu identifizieren, denn jede Schicht hat eine charakteristische Neodym-Signatur“, erklärt Pahnke. Das Verhältnis verschieden schwerer Varianten des Elements hängt demnach davon ab, aus welchem Bereich das Wasser stammt. Die kälteste und daher tiefste Wassermasse im Südpazifik wird beispielsweise am Kontinentalrand der Antarktis gebildet und trägt eine spezifische Neodym-Signatur. Darüber befindet sich eine Schicht, in der sich Wasser aus dem Nordatlantik, dem Süd- und dem Nordpazifik mischt. Dieses Mischwasser besitzt deshalb ebenfalls eine spezifische Signatur.

Wie die Forscher erklären, waren durch die Analysen der Fischüberreste aus den verschiedenen Sedimentschichten Rückschlüsse möglich, wie sich die Neodym-Werte in der Vergangenheit in verschiedenen Wassertiefen entwickelt haben. Dadurch zeichnete sich ebenfalls die einstige Schichtung des Meeres ab. So zeigte sich: Während des Höhepunkts der letzten Eiszeit vor rund 20.000 Jahren unterschied sich die Signatur des Wassers in 4000 Meter Wassertiefe deutlich von der in geringeren Wassertiefen. „Ein derart ausgeprägter Unterschied lässt sich nur dadurch erklären, dass die Wassermassen sich damals nicht vermischten“, erklärt Co-Autor Henning Fröllje. Mit anderen Worten: Das Wasser war in der Kaltzeit stabil geschichtet.

Stärkere Vermischung durch Erderwärmung

Den Forschern zufolge zeichnet sich damit auch ein Effekt am Ende der Eiszeit ab: Als sich das Klima auf der Südhalbkugel zum Ende der letzten Eiszeit vor etwa 18.000 Jahren erwärmte, brach die Schichtung auf und die Neodym-Werte in den verschiedenen Wassertiefen glichen sich an. „Wahrscheinlich gab es eine stärkere Vermischung, weil die Dichte des Wassers durch die Erwärmung abnahm“, erklärt Pahnke. Damit konnte der in der Tiefe gespeicherte Kohlenstoff freigesetzt werden und trug zu der Erhöhung der Werte am Ende der Eiszeit bei, die frühere Studien bereits dokumentiert haben.

„Mit unseren Untersuchungen liefern wir nun erstmals handfeste Beweise für die Theorie, dass es einen Zusammenhang zwischen den CO2-Schwankungen und der Schichtung im Südpolarmeer gab“, resümiert Co-Autor Frank Lamy vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven.

Quelle: Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg, Originalveröffentlichung: Science, doi:10.1126/science.aao2473

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