Neue fossile Zeugen für Schwankungen der arktischen Meereisbedeckung während der letzten 30.000 Jahre

Anhand von fossilen molekularen Algenresten in Sedimentkernen erarbeiteten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Plymouth, England, ein einheitliches Bild über die Ausdehnung des Meereises in diesem für die weltweiten Klimaverhältnisse wichtigen Gebiet.

Die Veröffentlichung „Variability of sea-ice conditions in the Fram Strait over the past 30,000 years“ erscheint am Sonntag, den 25. Oktober in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift nature geoscience.

Die Untersuchung eines Sedimentkerns aus der nördlichen Framstraße, der einzigen Tiefenwasserverbindung zwischen dem zentralen Arktischen Ozean und dem Atlantik, liefert Beweise für extreme Schwankungen in der Meereisbedeckung während der letzten 30.000 Jahre. „Unsere Rekonstruktion der unterschiedlichen Eisbedingungen zeigt, wie drastisch die Arktis auf selbst kurzzeitige Klimaschwankungen reagiert“, erklärt Juliane Müller, Geowissenschaftlerin am Alfred-Wegener-Institut.

Mit Hilfe von fossilen organischen Molekülresten, so genannten Biomarkern, die in den Schichten eines Sedimentkerns enthalten sind, konnten die Forscher nachweisen, zu welcher Zeit die Framstraße eisbedeckt oder eisfrei war. Der in unterschiedlichen Konzentrationen im Sediment nachgewiesene Biomarker IP25, ein komplexes Molekül, das von im Meereis lebenden Algen produziert wird, diente hierbei als Indiz für eine Eisbedeckung. Ein zweiter Biomarker, das so genannte Brassicasterol, der von im offenen Wasser leben Algen gebildet wird, diente als Gegenstück bei den Analysen. Das Vorkommen von Brassicasterol in den Sedimenten weist auf eisfreie Perioden hin. Die Kombination dieser beiden Parameter ermöglichte es den Forschern, die verschiedenen Eisbedingungen zu rekonstruieren.

Für einen Zeitraum extrem kalten Klimas, dem letzten glazialen Maximum vor etwa 20.000 Jahren, deutet beispielsweise das Fehlen beider Biomarker auf eine permanente Eisbedeckung in der nördlichen Framstraße hin. Der andauernde Licht- und Nährstoffmangel unter dem dicken Eispanzer minimierte auch das Wachstum der Eisalgen. Eine sehr kurze aber deutliche Erwärmung des Klimas vor etwa 15.000 Jahren, dem frühen Bølling, ließ das arktische Meereis soweit abschmelzen, dass die Framstraße auch während der Wintermonate eisfrei blieb. In den Sedimentschichten dieses Zeitraums fehlt der Eismarker IP25, während der Gehalt an Brassicasterol hingegen stark erhöht ist. Das gleichzeitige Vorkommen beider Biomarker in Sedimenten der letzten 5.000 Jahre, dem späten Holozän, zeigt, dass die Meerenge nur während der Winter- und Frühlingsmonate eisbedeckt war. Dieser saisonale Wechsel zwischen eisbedeckter und eisfreier Wasseroberfläche ermöglichte somit das Wachstum beider Algentypen.

Der deutliche Rückgang des Meereises in der zentralen Arktis mit einem drastischen Minimum im Jahr 2007 hat viele Wissenschaftler in Alarmbereitschaft versetzt. „Untersuchungen zu den natürlichen Änderungen der Meereisausdehnung zu Zeiten, wo der Mensch noch keinen Einfluss auf das Klima hatte, sind zu einem Schwerpunkt zahlreicher internationaler Forschungsprojekte in der Arktis geworden“, erklärt Prof. Rüdiger Stein, ebenfalls Geowissenschaftler am Alfred-Wegener-Institut. Das arktische Meereis spielt eine wichtige Rolle im Wärmehaushalt der Weltmeere. So beeinflusst das Eis unter anderem den Mechanismus der globalen Meeresströmungen, ein durch Temperatur- und Salzkonzentrationsunterschiede angetriebener Kreislauf, der in Form des Golfstroms maßgeblich für das milde Klima in Europa verantwortlich ist. Eine Antriebsquelle dieser „Wärmepumpe“ befindet sich in der Framstraße.

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren 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 ist eines der sechzehn Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.