Kosmischer Staub in irdischem Eis

Dazu untersuchten sie erstmals an einem antarktischen Eiskern den Gehalt des seltenen Helium-Isotops 3He in kosmischem Staub. Sie zeigen, dass dessen 3He-Konzentration um mehr als den Faktor 5000 gegenüber terrestrischem Staub angereichert ist. Messungen des auf der Erde sehr viel häufigeren Helium-Isotops 4He weisen außerdem darauf hin, dass sich die Quellen des terrestrischen Staubs im antarktischen Eis zwischen der letzten Eiszeit und unserer heutigen Warmzeit geändert haben müssen.

Im Wissenschaftsmagazin Science präsentieren die beiden Forscher zum ersten Mal zeitlich hoch aufgelöste Messungen des 3He- und 4He-Flusses von interplanetaren und terrestrischen Staubpartikeln, die im Schnee der Antarktis und daraus entstehenden Schichtungen des antarktischen Eisschildes gespeichert wurden. Heutige Abschätzungen zeigen, dass pro Jahr ca. 40.000 Tonnen extraterrestrischen Materials auf die Erde treffen. „Der kosmische Staub wird auf seinem Weg durch den interplanetaren Raum vom Sonnenwind mit Helium-Atomen aufgeladen. Dabei kommt es zu einer starken Anreicherung des auf der Erde seltenen Isotops 3He“, erläutert Dr. Hubertus Fischer, Leiter des Forschungsprogramms „Neue Schlüssel zu polaren Klimaarchiven“ am Alfred-Wegener-Institut. „Kosmische Staubpartikel mit einer Größe von wenigen Mikrometern überdauern den Eintritt in die Erdatmosphäre und transportieren ihre Heliumfracht unverändert zur Erdoberfläche.“ Mit der hohen zeitlichen Auflösung, wie man sie nur in Eiskernen erreicht, konnten nun erstmals die zeitlichen Variationen des Flusses von Helium zwischen Eis- und Warmzeiten sowie das typische Verhältnis von 3He und 4He dieser exotischen Partikel bestimmt werden. Die Ergebnisse dürften weit reichende Konsequenzen für die Interpretation von hoch aufgelösten Klimaarchiven in Eiskernen, Ozean- und Seesedimenten haben.

Die Heliumisotopen-Methode hat aber noch mehr zu bieten. Das Verhältnis von 4He in terrestrischem Staub zur gesamten Staubkonzentration zeigt große Unterschiede zwischen der letzten Eiszeit und unserer heutigen Warmzeit. „Der terrestrische Staub, der in der Eiszeit in der Antarktis niederging, ist offensichtlich nicht der gleiche wie in der Warmzeit. Entweder ändern sich die Quellgebiete des Mineralstaubs, oder die Verwitterungsprozesse, die für die Staubproduktion verantwortlich sind, variieren mit dem Eiszeitzyklus“, erklärt Dr. Gisela Winckler, Leiterin der Arbeitsgruppe „Isotope Tracers and Constant Flux Proxies“ am L-DEO.

EPICA

Die Daten wurden im Rahmen des European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) erhoben. Das Alfred-Wegener-Institut ist deutscher Partner des Projektes und trägt die Verantwortung für die Bohrung in Dronning Maud Land. EPICA wird von einem Konsortium aus zehn europäischen Ländern (Belgien, Dänemark, Deutschland, Großbritannien, Frankreich, Italien, Niederlande, Norwegen, Schweden, Schweiz) durchgeführt und gemeinsam mit der Europäischen Union finanziert.

Der Artikel „30,000 Years of Cosmic Dust in Antarctic Ice“ wird am 28. Juli in „Science“ veröffentlicht.

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der gemäßigten sowie hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut mit Sitz in Bremerhaven ist eines der fünfzehn Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

Das Lamont-Doherty Earth Observatory (L-DEO), wissenschaftlicher Kern des 'Earth Institute' der Columbia University in New York, ist eines der weltweit führenden erd- und klimawissenschaftlichen Forschungszentren und beschäftigt sich mit der Erforschung unseres Planeten vom inneren Erdkern bis zur äußersten Atmosphäre, unter Einbeziehung aller Kontinente und Ozeane.