Antarktischer Eisbohrkern: 228 Meter und 23 Millionen Jahre Klimageschichte

In der rauen Stille der Ostantarktis hat eine Bohrung soeben eine gefrorene Zeitlinie ans Licht gebracht, die weit über die Menschheitsgeschichte hinausreicht.

Unter Schichten aus vom Wind abgeschliffenem Eis und uraltem Staub haben Forschende einen rekordverdächtigen Eisbohrkern geborgen, der sich über Dutzende Millionen Jahre erstreckt. Der neue Kern sorgt weltweit in Forschungsgruppen für Aufmerksamkeit und verspricht seltene Hinweise darauf, wie sich das Erdklima lange vor dem Auftreten des Menschen verhielt.

Was ein 228 Meter langer antarktischer Bohrkern tatsächlich dokumentiert

Der neue Bohrkern aus der Antarktis ist 228 Meter lang und bewahrt nach ersten Altersschätzungen rund 23 Millionen Jahre Umweltgeschichte. Jeder schmale Eiszylinder enthält eingeschlossene Blasen alter Luft, gefrorene Partikel und feine chemische Signaturen.

Damit wird der Kern zu einem lückenlosen Archiv vergangener Klimata. Jahr für Jahr fiel Schnee, verdichtete sich und schloss Spuren der darüberliegenden Atmosphäre ein. Über Millionen Jahre türmten sich diese Lagen zu einer gefrorenen Stratigraphie auf, die Forschende nun wie einen Zeitlupenfilm lesen können.

„Jeder Meter dieses Kerns umfasst ungefähr 100.000 Jahre der Klimageschichte der Erde und verdichtet ganze geologische Epochen auf wenige Zentimeter Eis.“

Teams aus mehreren Ländern sollen Zugang erhalten; die ersten Untersuchungen konzentrieren sich auf Treibhausgase, vulkanische Aktivität und Veränderungen der Ozeanzirkulation. Für Forschende, die langfristige Klimazyklen verfolgen, sind das Daten, von denen sie sonst meist nur träumen können.

Warum 23 Millionen Jahre für die Klimaforschung entscheidend sind

Die meisten vorhandenen antarktischen Eisbohrkerne reichen über die vergangenen 800.000 Jahre zurück – eine Zeit, die von Eiszeitzyklen geprägt war, welche sich etwa alle 100.000 Jahre wiederholten. Mit einer Reichweite von 23 Millionen Jahren führt dieser neue Datensatz in eine grundlegend andere Klimaepoche.

Forschende erwarten, dass die älteren Abschnitte Folgendes festhalten:

• Wärmere Phasen, in denen der antarktische Eisschild stark schrumpfte
• Markante Abkühlungsereignisse im Zusammenhang mit Veränderungen von Meerespassagen
• Natürliche Schwankungen des Kohlendioxids, die deutlich ausserhalb dessen liegen, was in jüngeren Bohrkernen beobachtet wurde
• Staub und Asche aus uralter vulkanischer Aktivität sowie aus Wüstengebieten

Der Bohrkern umfasst Zeiten, in denen die Antarktis teilweise eisfrei war, der Meeresspiegel höher lag und sich der Planet an veränderte Kontinente und Ozeanbecken anpasste. Dieser Zusammenhang ist heute bedeutsam, weil Menschen die Treibhausgaskonzentrationen der Atmosphäre in Bereiche treiben, die seit Millionen Jahren nicht mehr erreicht wurden.

„Indem sie frühere CO₂-Werte mit Temperaturen und Meeresspiegeln abgleichen, erhalten Forschende eine Realitätsprüfung dafür, wie empfindlich das Klimasystem der Erde tatsächlich ist.“

Im gefrorenen Archiv: Wonach Forschende suchen

Eingeschlossene Luftblasen als Zeitkapseln

Zu den grössten Reizen zählen die im Eis versiegelten Luftproben. Winzige Blasen bewahren direkte Proben früherer Atmosphären. Forschende schmelzen kleine Stücke des Bohrkerns unter Vakuum und messen die freigesetzten Gase mit präzisen Instrumenten.

Im Mittelpunkt stehen:

• Kohlendioxid (CO₂)
• Methan (CH₄)
• Distickstoffoxid (N₂O)
• Edelgase, die Rückschlüsse auf frühere Temperaturen erlauben

Durch die Rekonstruktion, wie diese Gase anstiegen und sanken, hoffen Forschende zu erkennen, wie rasch der Planet auf natürliche Veränderungen der Sonneneinstrahlung, auf Bahnvariationen und auf tektonische Verschiebungen reagierte.

Chemische Spuren früherer Stürme und Ozeane

Auch im Eis gespeicherte chemische Hinweise werden durch Winde und Ozeane transportiert. Salze, Staub und Isotope im Kern zeigen, wie sich Sturmzüge verlagerten und wie das Meereis im Lauf der Zeit zunahm oder zurückwich.

Die Verbindung dieser Marker ermöglicht es, nicht nur Durchschnittswerte nachzuvollziehen, sondern auch Phasen rascher Veränderungen. Dazu zählen abrupte Abkühlungen nach grossen Ausbrüchen oder starke Erwärmungsschübe.

Ein Datensatz, der Projektionen verändern könnte

Klimamodellierende verfolgen die Entwicklung aufmerksam. Computersimulationen zur künftigen Erwärmung hängen davon ab, wie gut sie vergangene Veränderungen nachbilden. Bisher stützten sich diese Prüfungen vor allem auf die letzten 1 Million Jahre, die im Vergleich mit manchen früheren Epochen relativ kühl waren.

„Der neue antarktische Bohrkern bietet einen Testlauf dafür, wie sich das Klimasystem verhielt, als CO₂ und globale Temperaturen näher an jenen Werten lagen, auf die sich die Menschheit in diesem Jahrhundert zubewegen könnte.“

Gelingen es den Modellen, die im Kern aufgezeichneten Schwankungen nachzuzeichnen, steigt das Vertrauen in Projektionen zum Meeresspiegelanstieg und zu Hitzewellen. Scheitern sie daran, werden die Teams ihre Modelle anpassen – besonders jene Komponenten, die den Kollaps von Eisschilden sowie Rückkopplungen zwischen Wolken und Ozeanen abbilden.

Erkenntnisse für den Meeresspiegelanstieg

Eine Frage ragt besonders heraus: Wie schnell können grosse Eisschilde zerfallen, wenn die Temperaturen steigen? Geologische Aufzeichnungen legen nahe, dass der Meeresspiegel während einiger Warmzeiten vor 10–20 Millionen Jahren mehrere Meter höher lag.

Indem sie diese Meeresspiegelschätzungen mit präzisen CO₂-Messungen aus dem Bohrkern verknüpfen, wollen Forschende die wahrscheinliche Bandbreite künftiger Veränderungen eingrenzen. Für die Küstenplanung von Florida bis Bangladesch fliessen solche Informationen direkt in langfristige Risikobewertungen ein.

Wie die Bohrung unter extremen Bedingungen gelang

228 Meter tief in antarktisches Eis vorzudringen, ist keineswegs einfach. Der Standort liegt vermutlich auf einem stabilen Plateau in der Ostantarktis und wurde ausgewählt, um ein möglichst hohes Alter bei zugleich ungestörter Schichtung zu erreichen. Die Teams arbeiten bei Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt und verfügen nur über kurze Zeitfenster mit nutzbarem Wetter.

Ingenieurinnen und Ingenieure setzen eine Spezialbohrung ein, die saubere Eiszylinder schneidet und das Eis dabei möglichst kalt hält. Jedes Kernsegment, häufig etwa einen Meter lang, wird an die Oberfläche gehoben, dokumentiert und in isolierte Behälter verpackt.

Anschliessend wird das Eis in gekühlten Containern in Labore transportiert, die teilweise Tausende Kilometer entfernt liegen. Bereits geringe Temperaturschwankungen können den Kern brechen oder seine empfindlichen chemischen Gradienten verwischen; deshalb gelten strenge Vorschriften für die Handhabung.

Zentrale Begriffe zum Verständnis dieses Datensatzes

Wenn Forschende über alte Klimadaten sprechen, tauchen mehrere Fachbegriffe immer wieder auf. Zwei davon sind besonders hilfreich.

Paläoklima: Dieser Begriff bezeichnet Klimata aus der Zeit vor direkten Messungen durch Menschen. Forschende erschliessen sie mithilfe natürlicher Archive wie Eisbohrkernen, Baumringen, Seesedimenten und Korallen. Jedes Archiv hat Stärken und blinde Flecken, weshalb lange Reihen wie jener dieses neuen Bohrkerns besonders wertvoll sind.

Klimarückkopplungen: Rückkopplungen sind Prozesse, die Veränderungen entweder verstärken oder abschwächen. Erwärmung verringert beispielsweise die Eisdecke, wodurch dunklere Oberflächen freigelegt werden. Diese nehmen mehr Sonnenlicht auf und verursachen zusätzliche Erwärmung. Der neue Bohrkern hilft nachzuverfolgen, wie stark solche Rückkopplungen in ferner Vergangenheit waren, und liefert Hinweise darauf, wie sie sich unter der heutigen Erwärmung verhalten könnten.

Was das fern der Antarktis für den Alltag bedeutet

Ein Bohrkern aus einem der abgelegensten Orte der Erde kann abstrakt wirken, wenn man in London, New York oder Lagos sitzt. Doch die im Eis eingeschlossenen Informationen stehen in direktem Zusammenhang mit alltäglichen Themen: Lebensmittelpreisen, Hochwasserrisiken, Hitzewellen und Energiesystemen.

Wenn Modelle langfristige Aufzeichnungen wie diese einbeziehen, können sie besser abschätzen, wie stabil Monsunmuster sind, wie sich Sturmzonen verschieben könnten und wie häufig zerstörerische Extreme auftreten könnten. Versicherungen, Stadtplanende und Bauernverbände greifen auf solche Bewertungen zurück, wenn auch oft nur indirekt.

Hinzu kommt eine psychologische Dimension. Daten über 23 Millionen Jahre ordnen die gegenwärtigen Veränderungen in eine grössere Geschichte ein. Sie zeigen, dass sich das Erdklima stets wandelte, aber auch, dass grosse Veränderungen üblicherweise über Tausende Jahre und nicht über Jahrzehnte abliefen. Das Tempo der heutigen Erwärmung sticht hervor und kann die Debatte darüber schärfen, wie rasch Gesellschaften sich anpassen und Emissionen senken sollen.

„Der antarktische Bohrkern liefert keine Politik, aber er bietet eine Zeitlinie, an der künftige Forschende die menschlichen Entscheidungen dieses Jahrhunderts messen werden.“

Sobald die ersten Ergebnisse dieses Datensatzes in Fachzeitschriften und auf Konferenzen zirkulieren, werden sie voraussichtlich neue Aktualisierungen von Modellen, überarbeitete Meeresspiegelschätzungen und neue Fragen zu den Schwellen auslösen, die nicht überschritten werden sollten. Vorerst ruht der 228 Meter lange Zylinder in Laborgefrieranlagen, und seine Geschichte wird gerade erst zu lesen begonnen.