Rätselhafter Umschwung: Vor rund einer Million Jahren änderte sich plötzlich der Takt der Eiszeiten – die Kaltzeiten verlängerten sich drastisch. Was diesen Wechsel auslöste, ist jedoch unbekannt. Jetzt könnten Forscher eine Erklärung gefunden haben. Demnach schluckte eine verringerte Durchmischung des Südpolarmeeres große Mengen Kohlendioxid. Dadurch blieb das Klima frostig, obwohl die Sonneneinstrahlung wieder anstieg, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Science“ berichten.
Als das Eiszeitalter vor rund 2,6 Millionen Jahren begann, pendelte sich der Wechsel von Warm- und Kaltzeiten auf einen stabilen Rhythmus ein: Ein Eiszeitzyklus dauerte rund 41.000 Jahre. Triebkräfte dieses Wechsels waren Veränderungen in der Form der Erdumlaufbahn, aber auch das Taumeln der Erdachse. Beides führte zu Schwankungen in der Sonneneinstrahlung und damit zu den klimatischen Veränderungen.
Rätselhafter Taktwechsel
Doch vor 1,25 Millionen bis 700.000 Jahren geschah etwas Seltsames: Die bis dahin so regelmäßigen Eiszeitzyklen änderten ihren Takt. Statt 41.000 Jahren dauerte ein Zyklus nun rund 100.000 Jahre und die Kaltzeiten wurden länger und deutlich kälter. Gleichzeitig sanken die globalen Konzentrationen des Kohlendioxids während der Kaltzeiten um 40 parts per million (ppm) stärker ab als zuvor.
Das Merkwürdige daran: „Dieser Mittelpleistozän-Übergang ereignete sich ohne erkennbare Veränderungen in den orbitalen Parametern, die die einfallende Sonnenstrahlung kontrollieren“, erklären Adam Hasenfratz von der ETH Zürich und seine Kollegen. Alle äußeren Einflussfaktoren blieben augenscheinlich gleich. Warum sich der Takt der Eiszeiten dennoch änderte, darüber rätseln Klimaforscher seit Jahrzehnten.
Bohrkern als Eiszeit-Archiv
Jetzt könnten Hasenfratz und sein Team eine Erklärung gefunden haben. Für ihre Studie hatten sie Sedimentbohrkerne des Ocean Drilling Project (ODP) aus dem Südpolarmeer ausgewertet. In den Schichten dieses Bohrkerns waren Foraminiferen-Fossilien enthalten, deren Kalkschalen die Forscher näher analysierten. Denn deren Sauerstoff-Isotope sowie der Gehalt von Magnesium und Kalzium liefern Hinweise auf Klima und Meereszustand während des Eiszeiten-Wechsels.
Mithilfe dieser Daten ist es Hasenfratz und seinem Team nun gelungen, die Veränderungen im Südozean der letzten 1,5 Millionen Jahre zu rekonstruieren. Erstmals gewannen sie so auch Einblick darin, was beim Wechsel des Eiszeit-Takts in diesem Meer geschah – und ob es auffällige Veränderungen in Temperaturen und Salzgehalt des Wassers gab.
Aufstrom verringert
Tatsächlich wurden sie fündig: Die Analysen ergaben, dass sich etwa um die Zeit des Eiszeiten-Übergangs die Ozeanzirkulation veränderte. Das Oberflächenwasser kühlte sich ab und wurde salzärmer, gleichzeitig stieg immer weniger wärmeres, CO2-reiches Tiefenwasser zur Oberfläche auf. „Der Aufstrom von Tiefenwasser in die Oberflächenschicht war damals nur gut halb so groß wie heute“, berichten Hasenfratz und seine Kollegen.
Die Folge: Mit dem schwindenden Aufstrom des Tiefenwassers gelangte auch immer weniger CO2 aus den Meerestiefen an die Oberfläche und in die Atmosphäre. Nach Ansicht der Forscher könnte dies entscheidend dazu beigetragen haben, die Kaltzeiten zu verlängern. „Das verzögerte den Anstieg der CO2-Werte und führte dazu, dass die Eiszeit-Bedingungen anhielten, obwohl die orbitalen Parameter eine neue Warmzeit einläuteten“, erklären sie.
Bremse im Klimasystem
Der Südozean wirkte demnach damals als eine Art Bremse im Klimasystem: Er verzögerte das Einsetzen der Warmzeiten und veränderte dadurch den Takt des Eiszeitalters. Und noch etwas kam hinzu: Weil die Kaltzeiten länger und die Warmzeiten kürzer wurden, hatten die dicken Eispanzer über den Kontinenten weniger Zeit abzutauen. Sie wuchsen dadurch im Laufe der Zeit immer stärker an, wie Sauerstoff-Isotopendaten vom Meeresgrund nahelegen.
Für die Eiszeiten bedeutete dies: „Die Bedingungen am Ende des Mittelpleistozän-Übergangs könnten dadurch den Eisschilden der Nordhalbkugel ermöglicht haben, sogar Perioden orbitaler Sommerbedingungen zu überdauern“, mutmaßen die Forscher. Auch das trug dazu bei, dass die Kaltzeiten vor rund 700.000 Jahren länger und kälter wurden.
„Es scheint klar, dass es eine enge Kopplung zwischen den kontinentalen Eisschilden, der Ozeanzirkulation und dem globalen Kohlenstoffkreislauf gibt“, kommentiert die nicht an der Studie beteiligte Klimaforscherin Laurie Menviel von der University of New South Wales. Unklar bleibt allerdings, warum damals der Südozean seine interne Zirkulation veränderte. (Science,2019; doi: 10.1126/science.aat7067)
Quelle: Science/ AAAS
