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Geowissenschaften:Variationen der Schneeschmelze

Im Winter, bei Temperaturen bis unter minus 40 Grad Celsius, reißt die gefrorene Erde auf, weil sich der Permafrostboden beim Abkühlen zusammenzieht. Dabei entstehen bis zu fünf Zentimeter breite, senkrechte Frostspalten. Taut im Frühjahr der Schnee an der Oberfläche, dringt in die Öffnungen Schmelzwasser ein und gefriert sofort wieder. Dieser Vorgang wiederholt sich Jahr für Jahr, wobei die Spalten meist in der Mitte erneut aufreißen. So wächst im Boden über die Jahre ein V-förmiger Keil heran, der mehrere Meter breit sein kann und bis zu 30 Meter tief in den Boden reicht. Im Inneren des Keils liegen die jüngsten Eisadern, zu den Rändern hin die immer älteren. Auf diese Weise entsteht ein Umweltarchiv, das Hunderttausende Jahre in die Vergangenheit reichen kann.

Mit dem Wasser dringt organisches Material in die Spalten ein und wird dort konserviert: Pollen, Pflanzenteile, Fäkalienreste von Tieren. Anhand solcher Spuren kann mit Kohlenstoff-Datierung das Alter der Eisadern bestimmt werden. In Sibirien gibt es kaum Gletscher oder Eiskappen wie in Grönland, die man anbohren könnte, um über die frühe Klimaentwicklung Auskunft zu erhalten.

Darum sind die Eiskeile, an die man herankommt, so wichtig für die Forschung. Wissenschaftler haben schon bis zu 60 000 Jahre alte Eiskeile gefunden, zum Beispiel auf der Bykowski-Halbinsel im Osten Sibiriens. Die Eiskeilproben aus dem Batagaika-Krater könnten deutlich älter sein: "Sie reichen mindestens 200 000 Jahre zurück", meint Opel. Das bedeutet, dass das Eis bereits die Eem-Warmzeit vor rund 125 000 Jahren überstanden hat, die letzte Warmzeit vor der aktuellen, dem Holozän. Im Süden Kanadas wurde ein durch vulkanische Ablagerungen geschützter Eiskeil sogar auf 700 000 Jahre vor unserer Zeitrechnung datiert.

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In den Permafrostböden der Arktis hat sich über Jahrtausende sehr viel Quecksilber angereichert. Jetzt taut der Untergrund auf - und das toxische Metall gerät in die Nahrungskette.   Von Susanne Götze

Thomas Opel liebt die Landschaft in Sibirien. Wenn die Sonne dort im Spätsommer über die Tundra scheint, fühlt er sich in dem unwirklich klaren Licht wie am Ende der Welt. Aber auch wissenschaftlich lohnt sich die Reise: "Ich kann dort etwas ganz Neues ergründen, das sehr komplex ist und das wir noch nicht ganz verstehen", sagt er.

Die Sommer wurden über Jahrtausende immer kühler. Aber was ist mit den Wintern?

Bisherige Modellrechnungen von Paläontologen ergeben, dass die globalen Temperaturen in den vergangenen 8000 Jahren bis ins 19. Jahrhundert hinein kontinuierlich abgenommen haben. Das stimmt mit der abnehmenden Sonneneinstrahlung überein, deren Ursache astronomische Parameter wie eine stärkere Neigung der Erdachse sind.

Darauf beruht die Hypothese, dass die Erde eigentlich einer neuen Eiszeit entgegenging - bis im vergangenen Jahrhundert die heutige, menschengemachte Erwärmung einsetzte. Aber die bekannten Messdaten zeigen im Wesentlichen nur das sommerliche Bild. Eiskeile hingegen speichern Informationen über den Winter. Um auf die Umweltbedingungen schließen zu können, untersucht Thomas Opel mit seinen Kollegen, wie sich das Verhältnis des schweren Sauerstoffisotops O-18 zum etwas leichteren O-16 über die Jahrtausende in den Eiskeilen verändert hat.

Dabei gilt im Allgemeinen: Je weniger O-18 im Eis, desto kälter war es. Zum ersten Mal konnten eindeutig datierte Wintertemperaturen aus dem sibirischen Permafrost ermittelt werden. "In den zurückliegenden 7000 Jahren sind die Winter im Lenadelta kontinuierlich wärmer geworden - eine Entwicklung, die wir bisher aus kaum einem anderen arktischen Klimaarchiv kennen", sagt Opels Kollege Hanno Meyer. Die Gegenläufigkeit des Trends - kälter im Sommer, aber wärmer im Winter - war bisher schwer nachzuweisen.

Um wie viel Grad Celsius genau die Temperaturen variieren, können die Wissenschaftler noch nicht sagen, weil es noch keine zuverlässige Eichung der Isotopenverhältnisse in Eiskeilen am Temperaturverlauf gibt. "Wir brauchen ein besseres Prozessverständnis. Unter welchen Einflüssen gelangt das Wintersignal in die Eiskeile und wird dort fixiert?" fragt Meyer.

"Deshalb haben wir uns in den letzten Jahren verstärkt die jüngsten Variationen des Schnees und der Schneeschmelze angesehen." Auf diese Weise hoffen die Forscher, die Daten aus der Vergangenheit besser interpretieren zu können - und so Temperaturdaten zu erhalten, die dann in aktuelle Klimamodelle einfließen können. Die Gegenwart ist also der Schlüssel zur Vergangenheit, die wiederum eine Prognose für die Zukunft erlaubt.

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