Framstraße: Eisalgen enthüllen Meereis-Pingpong

Geowissenschaftlern ist es gelungen, mit Hilfe einer neuen Untersuchungsmethode die Eisbedingungen der letzten 30.000 Jahre in der Framstraße, einer Meerenge zwischen Ostgrönland und Spitzbergen, zu rekonstruieren. Ergebnis: In diesem Zeitraum gab es dort extreme Schwankungen in der Meereisbedeckung.

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„Unsere Rekonstruktion der unterschiedlichen Eisbedingungen zeigt, wie drastisch die Arktis auf selbst kurzzeitige Klimaschwankungen reagiert“, erklärt Juliane Müller vom Alfred- Wegener-Institut (AWI). Das einheitliche neue Bild über die Ausdehnung des Meereises in diesem für die weltweiten Klimaverhältnisse wichtigen Gebiet lieferten Untersuchungen von fossilen Algenresten in Sedimentkernen. Die Forscher vom AWI um Müller berichten zusammen mit Kollegen der Universität Plymouth, England, in der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ über ihre Ergebnisse.

Wechsel zwischen eisbedeckt und eisfrei

Mit Hilfe von fossilen organischen Molekülresten, so genannten Biomarkern, die in den Schichten eines Sedimentkerns enthalten sind, konnten die Forscher in ihrer Studie nachweisen, zu welcher Zeit die Framstraße – die einzige Tiefenwasserverbindung zwischen dem zentralen Arktischen Ozean und dem Atlantik – 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 nach Angaben der Wissenschaftler auf eine permanente Eisbedeckung in der nördlichen Framstraße hin. Der andauernde Licht- und Nährstoffmangel unter dem dicken Eispanzer minimierte auch das Wachstum der Eisalgen.

Schematische Darstellung der unterschiedlichen Eisszenarien für die jeweiligen Epochen (glaziales Maximum mit permanenter Eisbedeckung, Holozän mit saisonaler Eisbedeckung, frühes Bølling ohne Eis). © Juliane Müller / Alfred-Wegener-Institut

Kein Eis im Winter

Eine sehr kurze aber deutliche Erwärmung des Klimas vor etwa 15.000 Jahren, dem frühen Bølling, ließ das arktische Meereis jedoch soweit abschmelzen, dass die Framstraße auch während der Wintermonate eisfrei blieb, so die Forscher weiter. 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.

Framstraße beeinflusst Golfstrom

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 Professor 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.

(idw – Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, 27.10.2009 – DLO)