Blick in die Vergangenheit des Ozeans

Er sorgt für den Transport und das weltweite Umverteilen von Wärme und Nährstoffen. Wie hat sich der Ozean während abrupter Klimawechsel in der Vergangenheit verhalten und welche Rolle hat er dabei gespielt?

Diese und weitere Fragen stellt sich die Max-Planck-Forschungsgruppe „Marine Isotopengeochemie“, angesiedelt am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg und unterstützt durch das Max-Planck Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen.

Um Antworten auf ihre Fragen zu bekommen, untersuchen die WissenschaftlerInnen die Verteilung von Neodym-Isotopen im Meer und in fossilen marinen Sedimenten. Die Isotopenverhältnisse sind in der Erdkruste charakteristisch verteilt und prägen damit den Meeren einen isotopischen „Fingerabdruck“ auf. „Durch ein Lesen der Neodym-Isotope können wir die Herkunft des Meerwassers und damit die Ozeanströmungen bestimmen“, sagt Dr. Katharina Pahnke, die die Forschungsgruppe seit August 2011 aufbaut und leitet.

Neodym-Isotopie ist das Spezialgebiet von Pahnke – mit ihrer Methodik beschäftigte sich die Paläoozeanographin bereits am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia Universität in New York (USA). Zuvor hatte sie zwei Jahre lang am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge (USA) geforscht. Bevor sie nach Oldenburg kam, war Pahnke als Associate Research Professor an der Universität von Hawaii tätig.

„Neodym Isotope bieten eine einzigartige Möglichkeit, Änderungen und Prozesse im Ozean zu studieren“, erläutert Pahnke. Auch fossile marine Sedimente würden untersucht. „Durch sie erhalten wir Aufschluss darüber, wie sich die Ozeanzirkulation im Zuge von Klimaschwankungen in der Vergangenheit verändert hat.“

Die Forschungsarbeiten sind knifflig: Die Isotope kommen in nur sehr geringer Konzentration im Meerwasser vor. Ihre Messung erfordert Geduld und Akribie – und vor allem sehr saubere und staubfreie Bedingungen im Labor. Für die Messungen hat das ICBM ein hochempfindliches Massenspektrometer angeschafft. „Das Hochleistungsgerät hat multiple Detektoren“, sagt Pahnke. Dadurch könne es bis zu neun Isotope gleichzeitig messen. „Das Massenspektrometer erlaubt uns, Isotopenverhältnisse hochgenau zu bestimmen, die in der Umwelt nur ganz geringe Unterschiede zeigen.“

Pahnke ist zuversichtlich, schon bald erste Erkenntnisse über die Geschichte des Ozeans liefern und maßgeblich zu einem besseren Verständnis der Weltmeere beitragen zu können. Über Wasser- und Sedimentproben verfügt ihre Forschungsgruppe bereits – gewonnen auf Schiffsexpeditionen im pazifischen Sektor des Südpolarmeeres, im Nordatlantik und Nordpazifik. Die nächste Expedition ist für den Herbst geplant: Dann geht es mit dem Forschungsschiff „Sonne“ wieder aufs Meer – zurück in die Vergangenheit des Ozeans.