Enge klimatische Kopplung von Südpolarmeer und Antarktis während früherer Warmzeit

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Die Temperatur des Südpolarmeeres hing während vergangener Warmzeiten enger mit dem Ausmaß der antarktischen Vereisung zusammen als bisher angenommen, wie eine neue Studie zeigt. Ein Forscherteam konnte mit zwei unabhängigen Methoden sehr ähnliche Temperaturwerte rekonstruieren. Diese weisen darauf hin, dass sich die Meerestemperatur im Südpolarmeer im Gleichschritt mit der Ausdehnung der Eisdecke der Antarktis abgekühlt hat. Das Ergebnis beeinflusst das Verständnis der komplexen Mechanismen von Klimaschwankungen in der Antarktis – einer Region, die besonders anfällig für Klimaveränderungen ist.

Im Miozän vor etwa 15 Millionen Jahren herrschten auf der Erde hohe globale Temperaturen und eine klimatische Warmzeit, wie Forscher sie auch für die Zukunft erwarten. Der Warmzeit folgte ein abrupter Übergang zu kühleren Bedingungen und eine Ausdehnung der Eisdecke in der Antarktis.

Obwohl diese Veränderungen mit einem Rückgang der atmosphärischen Konzentration des Treibhausgases CO2 einhergingen, nahm man bisher an, dass der Hauptgrund für das Wachstum der Eisdecke in Veränderungen im südlichen Ozean rund um die Antarktis lag. Frühere Daten deuteten darauf hin, dass die Abkühlung des Ozeans zeitlich vor der Eisausdehnung geschah, was auf eine höchstens indirekte Rolle von atmosphärischem CO2 schließen ließ.

Neue Rekonstruktionen der Temperatur des südlichen Polarmeeres zeigen jedoch ein anderes Bild: Forschern des Bjerknes-Zentrums für Klimaforschung, der Universität Bergen in Norwegen und des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz gelang es, die Temperatur mit zwei unabhängigen Methoden zu ermitteln. 

„Die Bestimmung der Meerestemperaturen während des Miozäns vor Millionen von Jahren ist eine große Herausforderung,“ sagt Thomas Leutert, Erstautor der neuen Studie im Fachmagazin Nature Geoscience. „Wir konnten jedoch mit zwei unterschiedlichen Ansätzen sehr ähnliche Temperaturwerte rekonstruieren. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Meerestemperatur im Südpolarmeer im Gleichschritt mit der Ausdehnung der Eisdecke der Antarktis abgekühlt hat. Damit stellen wir die bisherige Auffassung infrage, nach der sich die Oberflächengewässer des Südpolarmeeres zuerst abkühlten und dadurch das Wachstum der Eisdecke in der Antarktis auslösten“, ergänzt der Paläoklimatologe.

Foraminiferen lebten bereits vor Millionen von Jahren im Südpolarmeer. Ihre Schalen sind ein Art Klimaarchiv. Die Isotopenzusammensetzung der Schale von Globigerina bulloides gibt Aufschluss über die Meerestemperatur zu Lebzeiten des Mikrofossils. (Foto: Thomas Leutert)

Unabhängige Methoden liefern übereinstimmende Temperaturen


Gemeinsam mit Nele Meckler untersuchte Leutert die chemische Zusammensetzung winziger Muschelschalen von Foraminiferen, die in Sedimentbohrkernen des Meeresbodens im Südpolarmeer zu finden sind. Isotopen-Analysen an diesen Mikrofossilien gaben Aufschluss über die Meerestemperaturen während ihrer Lebensdauer.

Im Rahmen der zweiten Methode für die Rekonstruktion der Meerestemperatur untersuchte das Team am Max-Planck-Institut für Chemie die Molekülzusammensetzung von Archaeen. Die Zellwände dieser einzelligen, im Ozean weitverbreiteten Organismen sind je nach Temperatur unterschiedlich zusammengesetzt. „Dass die Ergebnisse beider Methoden so überraschend gut übereinstimmen, steigert das Vertrauen in unsere rekonstruierten Temperaturen erheblich“, ordnet Meckler, die Leuterts Doktorarbeit an der Universität Bergen und am Bjerknes-Zentrum für Klimaforschung betreute, die Resultate ein.


CO2 als gemeinsamer Faktor


Angesichts des zeitlichen Zusammenhangs der rekonstruierten Klimaänderungen halten es die Forscher für wahrscheinlicher, dass ein gemeinsamer Faktor sowohl zum Eiswachstum als auch zur Abkühlung des Ozeans führte. Dies rückt die Abnahme des atmosphärischen CO2-Gehalts wieder in den Fokus: Der CO2-Rückgang dürfte sowohl zur Abkühlung des Ozeans als auch zum Wachstum der Eisdecke geführt haben.

Die Studie liefert eine neue Sicht auf die Wechselwirkungen von atmosphärischer CO2-Konzentration, dem Südpolarmeer und der Antarktis während einer dramatischen Veränderung des globalen Klimas. Die Ergebnisse stützen die Vermutung, dass das Klima in hohen Breitengraden auch während längst vergangener Zeiten empfindlich auf atmosphärische CO2-Veränderungen reagierte.


Veröffentlichung: Leutert T.J., Auderset A., Martínez-García A., Modestou S., Meckler A.N., 2020, Coupled Southern Ocean cooling and Antarctic ice sheet expansion during the middle Miocene, Nature Geoscience. DOI: 10.1038/s41561-020-0623-0

Quelle: off. Pm des Max-Planck-Institut für Chemie

Titelbildunterschrift: Eisberg in der Antarktis: In früheren Warmzeiten war die Temperatur des Südpolarmeeres enger mit dem Ausmaß der antarktischen Vereisung gekoppelt als bisher angenommen. 


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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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