Blick zurück in die Zukunft?
Klimadaten aus einem sibirischen Kratersee bezeugen mehrere Super-Warmzeiten
Sibirien - Inbegriff von Kälte und Eis, tief gefrorenem Boden und kargem Leben. Doch war das immer so? Die Klimageschichte dieses halben Erdteils ist noch weitgehend ungeschrieben. Denn solche Daten-»Archive«, wie sie mit den Eisbohrkernen aus Grönland und der Antarktis vorliegen, stehen nicht zur Verfügung. Sibirien war östlich der Taimyr-Halbinsel nie großräumig vergletschert - eine relativ neue Erkenntnis. Für den Blick in die Klimavergangenheit Sibiriens ist man deshalb auf Eiseinschlüsse im Permafrostboden oder Seesedimente angewiesen.
Einen besonders alten Kratersee fanden russische Geologen in den 1970er Jahren etwa 100 Kilometer nördlich des Polarkreises im Tschuktschengebiet. Der Elgygytgyn (»Weißer See«) ist vor 3,6 Millionen Jahren durch einen Meteoriteneinschlag entstanden und sollte über diesen langen Zeitraum lückenlos Umweltparameter gespeichert haben. Zum Vergleich: Die weitreichendsten Datenreihen aus dem grönländischen Inlandseis reichen nur 120 000 Jahre zurück, die der antarktischen Eiskerne 800 000 Jahre.
Ein deutsch-russisch-amerikanisches Forscherteam korrigiert nun anhand der Ablagerungen aus dem See das Bild vom ewig kalten Sibirien. In der Eem-Warmzeit vor etwa 125 000 Jahren waren die Bedingungen noch vergleichbar mit der gegenwärtigen Warmzeit, dem Holozän. Überrascht waren die Wissenschaftler, als sie feststellen mussten, dass die Sommer vor 420 000 Jahren in der Holstein-Warmzeit drei bis vier Grad Celsius wärmer waren als die vermeintlich normalen der beiden letzten Warmzeiten. Damals stieg das Thermometer am Elgygytgyn auf 13 bis 14 Grad; heutzutage pendelt es dort im Juli um die neun Grad. Und die Niederschlagsmenge war doppelt so hoch wie heute.
Insgesamt haben die Wissenschaftler an der Universität Köln, wo das Elgygytgyn Drilling Program seit 2006 unter Leitung des Geowissenschaftlers Martin Melles betreut wird, während der vergangenen 2,8 Millionen Jahre (weiter reichen die Analysen noch nicht) acht Super-Warmzeiten identifiziert. Schon die erste Sichtung hatte zudem den Beweis erbracht, dass der Kratersee während dieser 3,6 Millionen Jahre nie von Gletschern bedeckt war.
Die Sedimentkerne aus insgesamt drei Bohrlöchern zeigten sich fein gestreift in verschiedenen Farben: dunkelgrau, oliv oder rotbraun mit grünlichen Bändern. In den oberen 135 Metern haben jeweils 1000 Jahre vier bis fünf Zentimeter Sedimente hinterlassen, darunter war ein halber Meter pro Jahrtausend zusammengekommen. Die damaligen Klimabedingungen konnten die Forscher vor allem aus den Pollen ableiten, die einst ins Seewasser geraten und zu Boden gesunken waren. Demnach standen in den Warmzeiten dichte Lärchenwälder an den Ufern des Sees und es wuchsen Fichten, die heute im nördlichen Sibirien nirgendwo mehr gedeihen.
Die Arbeiten im Gelände waren extrem schwierig. Nach elfjährigen Vorarbeiten, mehreren Erkundungsexpeditionen und Probebohrungen, die hauptsächlich von der Außenstelle Potsdam des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung unternommen wurden, fand die Hauptbohrung im Jahre 2009 statt. Sie erreichte eine Tiefe von 315 Metern unter dem Seeboden; dann stieß sie auf die Trümmergesteine, die beim Meteoriteneinschlag entstanden sind. Der zwölf Kilometer breite See ist an der Bohrstelle 170 Meter tief. Bohren musste man im Winter, bei bis zu minus 45 Grad Celsius, von der Eisdecke des Sees aus. Kanadische Spezialisten hatten das Eis verstärkt, indem sie Wasser darauf pumpten, das sofort gefror. Der fast 100 Tonnen schwere Bohrturm aus den USA war über Wladiwostok durch die verschneite Tundra zum Camp gebracht worden. Die nächste Siedlung liegt 260 Kilometer entfernt. Straßen gibt es dort nicht. Alles, was ein Trupp von bis zu vierzig Personen benötigt, musste mühsam herangeschafft werden.
Computer-Simulationen haben gezeigt, dass die hohen Temperaturen und Niederschläge in den Super-Warmzeiten weder allein mit Veränderungen der Erdbahnparameter erklärt werden können noch mit Schwankungen in der Konzentration von Treibhausgasen. Es muss zusätzliche Impulse gegeben haben. Dafür sieht das Team um Professor Melles den Schlüssel in der Antarktis. »Die Analyse des Elgygytgyn-Kerns bezeugt eine Phasengleichheit der großen Warm-Kalt-Zyklen in der Arktis und Antarktis. Das war bisher nicht bekannt«, kommentiert der Sedimentologe Gerhard Kuhn vom Alfred-Wegener-Institut den Zusammenhang. »Wir haben an einem 2006/07 erbohrten Sedimentkern unseres Bohrprojekts ANDRILL gesehen, dass der westantarktische Eisschild wiederholt zum großen Teil kollabiert ist, ohne dass die Treibhausgas-Konzentration stark erhöht war. Das stimmt zeitlich auffällig gut mit den Super-Warmzeiten in der Arktis überein.« Es wird vermutet, dass nach dem Abschmelzen des Eises im Süden eine in den Nordpazifik strömende Wassermasse ausgeblieben oder reduziert worden ist, so dass sich die nördlichen Landgebiete erwärmt haben.
Die in märchenhafte Vergangenheit weisenden Informationen haben einen durchaus naheliegenden Aspekt. Wenn der derzeit beobachtete Rückgang des Eises in der Antarktis ein Vorbote für einen großflächigen Eisabbau sein sollte, dann sind nach der Studie deutlich höhere Temperaturen in der Arktis zu erwarten als bisher angenommen. Danach müsste die Menschheit mit Umweltbedingungen zurechtkommen, die dem Pliozän entsprechen. Dieses Erdzeitalter wird von manchen Klimawissenschaftlern mittlerweile als Referenz für die Zukunft herangezogen.
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