Vereisung im kreidezeitlichen Super-Treibhaus?

Im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung stellt sich heutzutage verstärkt die Frage, wie das Erdklima in der Zukunft aussehen wird. Um diese Frage im geologischen Kontext, also auf Zeitskalen von mehreren tausend Jahren oder länger, zu beantworten, untersuchten die Forscher kreidezeitliche, organisch-reiche Tiefseesedimente aus dem westlichen tropischen Atlantischen Ozean, die im Rahmen des internationalen Ocean Drilling Program (ODP/IODP) erbohrt wurden.

Diese außergewöhnlichen Sedimente enthalten exzellent erhaltene kalkschalige Mikrofossilien, sogenannte Foraminiferen, die sowohl am Ozeanboden als auch im Oberflächenwasser lebten. Das Verhältnis der Sauerstoffisotope 18O und 16O (d18O) in den Kalkschalen der Mikrofossilien spiegelt die Zusammensetzung des Meerwassers wider. Sauerstoff-Isotopendaten liefern auch wichtige Hinweise zur Rekonstruktion der damaligen Meerwassertemperaturen. Solche Sauerstoff-Isotopendaten maß Dr. André Bornemann vom Institut für Geophysik und Geologie der Universität Leipzig an den Foraminiferen aus dem tropischen Kreideozean, als er am kalifornischen Scripps Institution of Oceanography weilte.

Größe der Eismasse abschätzen

Sauerstoff-Isotope in Foraminiferenschalen können aber auch durch Schwankungen im Salzgehalt sowie durch den Aufbau und das Abschmelzen von großen kontinentalen Eismassen beeinflusst werden. Um diese konkurrierenden Prozesse besser unterscheiden zu können wurde eine zweite, unabhängige Methode zur Oberflächenwassertemperaturbestimmung angewandt. Diese beruht auf der Analyse organischer Komponenten in den Sedimenten, die im Kreideozean von primitiven Einzellern, den Archaeen, produziert wurden. Eine Kombination dieser beiden Methoden erlaubt es die Größe der Eismasse abzuschätzen.

Für das Oberflächenwasser wurden mit beiden Methoden konsistent Temperaturen von 35 bis 37°C während des Turons (vor 93,5-89,3 Millionen Jahren) bestimmt. Der tropische westliche Atlantische Ozean war demzufolge damals 6 bis 8° wärmer als heute. Darüber hinaus weist eine positive Exkursion in den gemessenen Sauerstoff-Isotopenverhältnissen der analysierten Kalkschalen während dieses Temperaturmaximums auf ein relativ kurzes Vereisungsereignis vor etwa 91,2 Millionen Jahren hin, das etwa 200.000 Jahre angedauert hat.

Tropische Temperaturen kein Hindernis für Eisbildung

Abschätzungen aus den Isotopendaten lassen vermuten, dass ein Eisschild von 50 bis 60% des heutigen antarktischen Eisschildes existiert hat. Seit langem ist bekannt, dass geologisch kurzfristige Meeresspiegelschwankungen durch die Bindung von Wasser in kontinentalen Eismassen verursacht werden. So würde die heutige Eisbedeckung der Antarktis den globalen Meeresspiegel um etwa 60 m anheben, wenn der gesamte Eisschild schmelzen würde. Die Daten aus dem tropischen Kreideozean weisen auf einen Meeresspiegelrückgang von maximal 40 m für das beobachtete Vereisungsereignis. Diese Interpretation wird durch unabhängige Meeresspiegelrekonstruktionen aus New Jersey und Russland gestützt, die einen zeitgleichen Meeresspiegelrückgang zwischen 25 und 40 m postulieren.

Die Ergebnisse dieser neuen Studie zeigen, dass die extrem warmen tropischen Ozeantemperaturen während der Kreidezeit paradoxerweise keine Barriere dargestellt zu haben, um Eisbildung auf geologischen Zeiträumen von mehreren hundert Tausend Jahren zu unterbinden. Eine weiterhin offene Frage ist dagegen wo sich solch große Eismassen während der Kreidezeit gebildet haben könnten. Die wahrscheinlichste Region hierfür stellt die Antarktis dar, welche schon damals am Südpol lag und möglicherweise schon in der Kreidezeit Gebirgszüge besessen hat, die hoch genug waren um weiträumig Schnee und Eis zu akkumulieren. Die Vergletscherung ausgedehnter Festlandsregionen während der Kreidezeit war jedoch sicherlich eher die Ausnahme als die Regel, wie das episodische Auftreten von Reptilien und subtropischen Pflanzen in den hohen Breiten belegt.

Die Studie wurde am 11. Januar 2008 in der renommierten Zeitschrift Science veröffentlicht:

Bornemann, A., Norris, R.D., Friedrich, O., Beckmann, B., Schouten, S., Sinninghe Damsté, J.S., Vogel, J., Hofmann, P., Wagner, T. (2008): Isotopic evidence for glaciation during the Cretaceous supergreenhouse. Science 319, 189-193 (http://dx.doi.org/10.1126/science.1148777 ).

Weitere Informationen:
Dr. André Bornemann
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E-Mail: a.bornemann@uni-leipzig.de
dx.doi.org/10.1126/science.1148777