Warum Eiszeiten länger wurden
Die Eiszeiten sind während der letzten Million Jahre kälter und länger geworden. Dieses ungeklärte Klimaphänomen fällt mit einer verlangsamten Umwälzung von oberflächlichen und tiefen Wasserschichten des Südpolarmeeres zusammen.
Vor rund einer Million Jahren, im Mittelpleistozän, begann eine Klimawende. Die Eiszeiten wurden länger und intensiver, und deren Zykluslänge stieg von 40'000 auf 100'000 Jahre. Weshalb dem so war, ist bis heute nicht abschliessend geklärt.
Forschende um Samuel Jaccard und Adam Hasenfratz liefern nun eine neue mögliche Erklärung für diese Klimawende. In der Fachzeitschrift externe SeiteScience zeigen die Forscher auf, dass zu Beginn der Wende der Austausch zwischen tiefen und oberflächlichen Meeresschichten stark abnahm. Dadurch gelangte weniger CO2-haltiges Tiefenwasser an die Oberfläche. Dies verringerte die vom Ozean an die Atmosphäre abgegebene CO2-Menge und damit den Treibhauseffekt. Weltweit kühlte das Klima ab, die Eiszeiten verstärkten sich.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich beim Übergang zu längeren Eiszeiten zudem zwei gegenläufige Prozesse intensivierten: Das Oberflächenwasser kühlte sich ab und gleichzeitig sank dessen Salzgehalt. Von letzterem und der Wassertemperatur hängt ab, wie stark sich unterschiedliche Wasserschichten mischen.
«Es tritt ein Teufelskreis ein: die Umwälzung der Wasserschichten nimmt ab, Niederschläge und Schmelzwasser der Gletscher sammeln sich an der Oberfläche der Ozeane, wo sie länger verweilen. Dadurch sinken dort der Salzgehalt und die Dichte des Meerwassers, was die Umwälzung weiter abschwächt», erklärt Jaccard, der heute SNF-Förderprofessor an der Universität Bern ist, diese Studie jedoch noch zusammen mit dem ehemaligen Doktoranden Adam Hasenfratz und ETH-Professor Gerald Haug an der ETH Zürich begann. Weiter erschwere eine verminderte Vermischung, dass das Süsswasser an der Oberfläche in die Tiefe und horizontal wegtransportiert wird. Dies stabilisiere letzten Endes die Wassersäule, sagt Jaccard.
Scheibenweise Aufklärung der Vergangenheit
Um die Entwicklung der Meereszirkulation zu rekonstruieren, analysierte Hasenfratz einen 169 Meter langen Sediment-Bohrkern, der im Rahmen des International Ocean Drilling Project (IODP) in einer Tiefe von 2800 Meter rund 2500 km vor der Küste Südafrikas entnommen wurde.
Der ETH-Doktorand zerlegte den Bohrkern in tausende von Scheiben von jeweils einem Zentimeter Dicke. Jede Scheibe umfasste Sedimente eines Jahrhunderts, aus denen Hasenfratz fossile Foraminiferen isolierte, winzige kalkschalenbildende Einzeller, die den Meeresboden besiedeln oder im Wasser schweben. Die chemische Zusammensetzung der Kalkschalen gab dem Forscher Aufschluss darüber, welche Bedingungen wie Salzgehalt oder Wassertemperatur zu Lebzeiten der fossilen Foraminiferen im Ozean herrschten. Anhand der Sedimentscheiben konnte er die zeitliche Abfolge der Ereignisse rekonstruieren.
Dieser Text ist eine Kurzfassung einer Medienmitteilung, die auf der Website des Schweizerischen Nationalfonds veröffentlicht wurde: www.snf.ch > Fokus Forschung > Medien > externe SeiteMedienmitteilungen
Literaturhinweis
Hasenfratz AP, Jaccard SL et al.: The residence time of Southern Ocean surface waters and the 100,000-year ice age cycle. Science, 2019. doi:externe Seite10.1126/science.aat7067