Hintergrundwissen II: Eiskerne und Klimageschichte – was ist ein Klimaarchiv?

Wenn man sich vorstellt, dass man ein Jahr lang jeden Tag auf einem Blatt Papier das Wetter notiert, Temperatur, Niederschlag oder Wind und das Papier auf einen Stapel legt, dann generiert man ein Wetter-Archiv über das vergangene Jahr. Die Blätter speichern die Information von jedem einzelnen Tag. Sammelt man diese Blätter über viele Jahrtausende kann man auch langfristige Änderungen im Wetter dokumentieren (zum Beispiel kältere Sommer oder wärmere Winter) und man hätte ein Klimaarchiv. In der Antarktis oder in Grönland entsprechen einzelne Schneefälle, bei denen neuer Schnee auf den Eisschild deponiert wird, einem Blatt Papier. Jede Schneeschicht enthält ein ganz charakteristisches Signal, entsprechend der klimatischen Bedingungen zum Zeitpunkt des Schneefalls.

Rückschlüsse auf die Temperatur sind beispielsweise durch die Untersuchung von Sauerstoffisotopen möglich. Da die Häufigkeit bestimmter Sauerstoffisotope mit der Temperatur gekoppelt ist, kann man aus dem Mengenverhältnis dieser Isotope in einer alten Eisprobe auf die damalige Temperatur schließen. Die Temperatur zum Zeitpunkt wird also gewissermaßen in den Schnee „geschrieben“.

Außerdem kann der Schnee Partikel enthalten, die zum Beispiel vom Meersalz in die Luft gelangen. Da die Partikelkonzentration im Sommer anders aussieht als im Winter, kann man diese Messungen nutzen, um Jahreszeiten und somit einzelne Jahre zu sehen. Somit kann man das Alter von tieferen Schnee- und Eislagen bestimmen.

Stichwörter rund um das Eis

Schmelzen: Im Sommer 2012 ist auf dem grönländischen Eisschild die oberste Schneeschicht geschmolzen. In so einem Fall läuft das Wasser in die Poren und nach unten in den Firn, wo es wieder gefriert (= Blatt Papier von oben weg nehmen und weiter unten in den Stapel legen).

Erosion: Wind bläst Schneeschicht weg (die oberen ein bis zwei Blätter vom Papierstapel fehlen) oder bringt über Schneetreiben Schnee von woanders (auf Papierstapel landen fünf Blätter vom Papierstapel nebenan).

Vulkane: Wenn irgendwo auf der Erde ein großer Vulkan ausbricht, schleudert er Staub und Partikel weit hoch in die Atmosphäre. Sie landen auch auf den Eisschilden und sind dort deutlich zu erkennen (Blatt schwarz anmalen und auf Stapel legen).

Atombombentests: Auch die großen Atombombentests nach den Weltkriegen schleuderten eine Menge radioaktiver Partikel in die Luft, die auf dem Eisschild landeten; man kann sie in den Eiskernen messen.

Eislabore: Viele Arten von Messungen kann man nicht direkt im Feld machen, weil man dafür aufwendige Apparaturen benötigt. Auf der anderen Seite muss das Eis kalt bleiben, sonst schmilzt es. Dafür betreiben die Polarforschungsinstitute Kaltlabore – also Labore, in denen es -15 Grad Celsius oder -20 Grad Celsius oder manchmal sogar kälter ist. Die Menschen, die dort arbeiten, müssen spezielle Kleidung tragen – warme Anzüge, Stiefel, Handschuhe – so, als wenn sie auf dem Gletscher oder dem Eisschild wären.

Alter des Eises: Bisher ist das älteste Eis aus einem Eiskern in der Antarktis um die 800.000 Jahre alt. Man möchte gerne noch älteres Eis finden. Das ist nicht so einfach, da der Eisschild ja nur eine bestimmte Dicke erreichen kann (siehe Eisdicke, Arbeitsmaterial E 2) und unten deformiert wird. Gerade aktuell werden viele Methoden eingesetzt, um einen passenden Ort für einen neuen Eiskern zu finden.

Meereis: Eis, das sich beim Gefrieren von Meerwasser bildet. Das Eis entsteht also nicht durch Schnee oder gefrierenden Regen, sondern durch Meerwasser, das an der Meeresoberfläche so abgekühlt wird, dass sich daraus Eis bildet. Das passiert bei Temperaturen um -1.7 Grad Celsius (nicht 0 Grad Celsius wie bei Regenwasser), da im Meerwasser Salz enthalten ist. Schmilzt das Meereis, ändert das nicht den Meeresspiegel.

Nordpol: Der geografische Nordpol der Erde ist vom Polarmeer bedeckt, auf dem sich Meereis gebildet hat. Das ist der Unterschied zum Südpol.

Südpol: Hier gibt es einen Kontinent mit einem Eisschild drauf (Antarktis).

Eisberg: Bruchstücke von Eisschilden; bestehen also aus Süßwasser wie die Eisschilde und schwimmen im Meer (Salzwasser).

Permafrost: wenn Gebiete ganzjährig unter 0 Grad Celsius sind – zum Beispiel die kanadische Tundra, Sibirien, der Norden Skandinaviens – gefriert das Wasser im Boden, formt teilweise Eislinsen.

Eiskernbohrung – Querschnitt

Schematischer Querschnitt durch das Antarktische Eisschild mit einer Bohrung am Summit (höchster Punkt des Eisschildes). Dargestellt ist ein aus stabilen Wasserisotopen errechnetes Temperaturprofil über die Gesamttiefe eines Eiskernes. Die Daten stammen von dem Eiskern EDC, der an der Domposition Concordia (75°S, 123°O, 3.233 Meter ü. d. Meeresspiegel) in der Ostantarktis gebohrt wurde. Das Eisalter reicht am Boden zurück bis über 800.000 Jahre vor heute. Durch den hohen Druck von oben wird das Eis in der Tiefe verdichtet und zur Seite gepresst. Deshalb wird die Klimazeitreihe in der Tiefe gestaucht: Während in den tiefsten 100 Metern Eis ca. 100.000 Jahre gespeichert sind, enthalten die obersten 100 Meter nur ca. 2.000 Jahre. Zwei gleich lange Bohrkernstücke können also ganz unterschiedlich lange Zeiträume abbilden – je nachdem, aus welcher Tiefe sie kommen.


Aufgaben

  • Beschreiben Sie in eigenen Worten, was mit dem Wort „Klimaarchiv“ gemeint ist.
  • Nennen Sie drei Informationen, die ein Eisbohrkern über einen lange zurückliegenden Zeitraum enthält.
  • Wie weit lässt sich durch Eisbohrkerne die Klimageschichte rekonstruieren? Nennen Sie den Grund, warum es eine zeitliche Obergrenze gibt.
  • Sehen Sie sich das Querschnitt-Diagramm an: Sie haben als Forscher/in einen ein Meter langen Eisbohrkern aus 20 Meter Tiefe und ein gleich langes Stück Eis aus 2.000 Meter Tiefe. Wie unterscheiden sie sich?