Eisbohrkerne sind für Wissenschaftler ein unverzichtbares Fenster in die Vergangenheit. Das 2 Millionen Jahre alte Eis der Antarktis hilft Forschern, ein anhaltendes Klimarätsel zu lösen. Ein Forschungsteam, das uraltes Eis aus der Antarktis untersuchte, gab kürzlich bekannt, dass es einige der ältesten Luftproben identifiziert hat, die 2 Millionen Jahren alt sein sollen, und dass sie nach noch mehr suchen.
Das von Yuzhen Yan von der Princeton University verfasste und in der Nature-Ausgabe vom 30. Oktober 2019 veröffentlichte Papier bestätigte, dass das Team einige der ältesten jemals auf der Erde geborgenen Eisstücke gefunden hatten und dass darin unberührte atmosphärische Proben aus einer Zeit lange vor dem Menschen eingebettet waren.
„Es ermöglicht uns, die Aufzeichnung direkter Messungen von atmosphärischem Kohlendioxid weiter auszudehnen“, sagte John Higgins von der Princeton University und Hauptforscher des Projekts. „Wir kennen atmosphärisches Kohlendioxid, ein wichtiges Treibhausgas, seit 800.000 Jahren.“
Gerade als die Ergebnisse der vorherigen Studie in Nature veröffentlicht wurden, waren Mitglieder desselben Teams in der McMurdo Station und bereiteten sich auf eine noch ehrgeizigere Feldsaison in der Antarktis vor.
Konservierte Luft
Das Finden von Eis, das zwei Millionen Jahre alt sein soll ist bemerkenswert. Was aber Klimatologen am meisten begeistert, sind die darin eingebetteten alten Luftblasen. Sie sind der beste Weg für die Forscher, um zu verstehen, wie die Erdatmosphäre in der prähistorischen Vergangenheit war. Damit können Wissenschaftler Einblicke gewinnen, wie das Klima des Planeten historisch auf sich ändernde Kohlendioxidwerte reagiert hat, um vorherzusagen, was bei steigenden heutigen Werten vor uns liegen könnte.
Die Blasen bilden sich, wenn der Schneefall jedes Jahr den Schnee des Vorjahres zudeckt. Mit der Zeit, wenn sich immer mehr Schnee ansammelt, komprimiert das Gewicht des neueren Schnees die älteren Schichten darunter zu Eis. Die Luft zwischen den Schneeflocken wird eingeschlossen. Wenn der Schnee verdichtet wird, wird dieser zu atmosphärischen Miniatur-Zeitkapseln und Zeitzeugen von Jahrtausenden.
„Es gibt sehr klare Beweise aus der Geologie, dass die Erde sehr große Veränderungen in ihrem Klima hatte und sie natürlich waren, daran besteht kein Zweifel“, sagte Higgins. „Aber wir denken, dass sie gleichzeitig, obwohl sie natürlich waren, durch Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf angetrieben wurden, die sich nicht von den Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf unterscheiden, die wir heute haben.“
Aber Higgins und sein Team haben es nicht mit idealen Proben zu tun. Es ist schwierig, Standorte mit ununterbrochenen Eisschichten zu finden, die Jahrtausende zurückreichen. Sie befinden sich normalerweise in Bereichen auf einer Eisdecke, die als „Kuppeln“ bezeichnet werden, wo sich viel Schnee ansammelt und sich das Eis darunter gleichmäßig in alle Richtungen ausbreitet.
Es ist eine große Aufgabe, an diesen Standorten einen kompletten Satz Eisbohrkerne zu sammeln. Frühere Projekte des Antarktisprogramms wie WAIS Divide und SPICECORE sowie die aus Dome C extrahierten europäischen Eisbohrkerne erforderten große Lager, große Bohrer und mehrere Jahre, um Tausende von Metern Eis zu bohren und zu sammeln. Das älteste Eis, das jemals an einem dieser Standorte gewonnen wurde, ist etwa 800.000 Jahre alt.
Higgins und sein Team sammelten mehr als zwei Millionen Jahre altes Eis, indem sie fast alles anders machten. Sowohl in diesem Jahr als auch auf ihrer vorherigen Expeditionen reisten sie in die Allan Hills Blue Ice Area, ein Eisfeld am Fuße einer Gruppe eisfreier Gipfel an der Westflanke der Convoy Range in den Transantarktischen Bergen, etwa 135 Meilen von der McMurdo Station entfernt. Ihr Lagerplatz und ihre Bohrer sind viel kleiner als die großen Bohrtürme. Mit diesem geringen Platzbedarf konnten sie pro Saison Proben von mehreren Bohrstellen sammeln.
Kompliziertes Eis
Im Gegensatz zu einer Kuppel mit ihrer ununterbrochenen Linie aus geschichtetem Eis befand sich das Eis, das das Team aus Allan Hills gesammelt hatte, am Rand des Gletschers. Das Eis dort ist aufgebrochen, mit großen Lücken zwischen vielen Schichten. Es ist chaotisch, aber am Ende fanden sie einen Cache aus uraltem Eis, der durch Schichten jüngeren Eises oben vor dem Verdampfen bewahrt wurde.
„Für die fortlaufenden Aufzeichnungen gehen Sie im Grunde genommen zu einer Kuppel“, sagte Sarah Shackleton, Paläoklimatologin an der Princeton University. „Wo wir hingehen, ist das Eis irgendwie an den Rand geflossen, und es gibt bestimmte Taschen dieses wirklich alten Eises. Das ist kein kontinuierlicher Rekord für die letzten zweieinhalb Millionen Jahre, aber es enthält Eis von vor zweieinhalb Millionen Jahren. „
Die Stätte selbst ist ein glaziologisches Rätsel. Die obersten Schichten des freiliegenden Eises sind relativ jung – nur einige hunderttausend Jahre alt -, aber sie schützen viel ältere Schichten. Es gibt lange Lücken zwischen Schichten aus verschiedenen Epochen, mit Eis an der Basis, das 2,7 Millionen Jahre alt ist. Warum diese Lücken bestehen und ob sich das jüngere Eis ursprünglich auf dem älteren Eis gebildet hat oder später darüber geflossen ist, ist immer noch ein Rätsel.
„Wir datieren es, indem wir im Wesentlichen messen, wie viel weniger von einem bestimmten Argonisotop die Atmosphäre in der Vergangenheit hatte“, sagte Higgins. „Ungefähr 1 Prozent der Luft in der Atmosphäre ist heute Argon. Der größte Teil dieses Argons ist ein bestimmtes Argonisotop namens Argon-40. Zu Beginn der Zeit hatte die Atmosphäre null Prozent Argon, jetzt hat sie 1 Prozent. Was wir im Wesentlichen messen, Ist wie viel weniger Argon die Luft im Vergleich zu heute enthält. „
Dieses besondere Isonop von Argon entsteht durch den Zerfall von Kalium unter der Erdoberfläche, das in die Atmosphäre eindringt, wenn die Felsen, in die es eingebettet ist, von der Witterung abgeschnitten wird. Es ist ein schrittweiser Prozess, der mit einer vorhersehbaren, aber langsamen Geschwindigkeit abläuft.
„Die Menge, um die sich das Isotop unseres Argonverhältnisses ändert, beträgt 66 ppm pro Million Jahre, es ist also eine sehr kleine Änderung“, sagte Higgins. „Es ist schwer zu messen.“ Mit dieser Technik bestätigte das Team, dass sich das Eis und die Luft darin bereits zwei Millionen Jahre alt ist.
„Der Vorteil darin ist, dass wir die Luft im Eis direkt datieren können, sodass wir im Gegensatz zu allem anderen ein Alter in der Luft angeben. Das ist uns am wichtigsten“, sagte Higgins. „Es ist kein besonders präziser Chronometer, daher beträgt die Unsicherheit bei diesem ältesten Eis plus/minus 100.000 Jahre oder 10 Prozent des Alters.“
Obwohl die Argonwerte tatsächlich darauf hinwiesen, dass einige der Eisproben bereits 2,7 Millionen Jahre zurückreichen, konnte das Team erst vor etwa 2 Millionen Jahren zuverlässige Kohlendioxidwerte erhalten. Das Ausatmen von Kohlendioxid durch Mikroorganismen scheint die unteren Eisschichten kontaminiert zu haben.
Entschlüsselung des Vereisungszyklus
Trotz der relativen Ungenauigkeit der Datierung konnten die Forscher ihre Ergebnisse nutzen, um ein anhaltendes glaziologisches Rätsel zu lösen.
Der Planet befindet sich derzeit in einer relativ warmen Periode, die als „interglaziale Periode“ bezeichnet wird. Paläontologischen Aufzeichnungen zufolge hat die Erde in den letzten drei Millionen Jahren relativ regelmäßige Zyklen tiefer Vereisung durchlaufen, in denen weite Teile des Planeten von kilometerdicken Eisplatten bedeckt sind, die sich über fast ganz Kanada und Nordeuropa erstrecken .
„In den letzten Millionen Jahren haben wir in etwas regelmäßigen Zeiträumen von ungefähr 100.000 Jahren von Gletscher zu Interglazial gewechselt, aber vor mehr als eineinhalb Millionen Jahren fand dieser Übergang von Gletscher zu Interglazial in ungefähr 40.000 Jahren statt. Es gibt eine große Frage, warum sich die Dauer der Eiszeiten im Laufe der Zeit geändert haben“, sagte Shackleton.
Zurück für mehr
Obwohl die Feldsaison 2015 erfolgreich war, kehrten Higgins und sein Team im Südsommer 2019/20 in die Allan Hills zurück um mehr zu Eis sammeln.
„Wir gingen mit zwei Bohrgeräten zurück, anstatt mit einem, und beide bohrten größere Kerne“, sagte Higgins. „Wir sind direkt neben die Stelle gegangen, an der wir zuvor die Löcher gebohrt haben, und haben mit einem Bohrerdurchmesser von 25,5 cm anstelle eines Bohrers von 7,5 cm gebohrt. Der Grund dazu war, eine grössere Menge an Eis zu gewinnnen.
Nach sechswöchigen Bohrungen auf ihrem Feldgelände hatten Higgins und sein Team etwa 450 Meter Eis aus drei Bohrlöchern geborgen. Die Kerne werden gerade von der McMurdo Station zur Ice Core Facility der National Science Foundation in Denver, Colorado, transportiert, wo sie gelagert und verarbeitet werden, damit die Forscher das alte Eis und die darin eingeschlossene Luft weiter untersuchen können
„Das Eis selbst ist auch sehr interessant. Es hat viel größere Blasen als ich jemals in früheren Eisbohrkernen gesehen habe, und sie wurden in Tiefenbereichen deformiert, in denen das Eis viel Stress ausgesetzt war“, sagte Shackleton. „Ich denke, es gibt noch viel zu lernen, wie solch altes Eis an diesem Ort erhalten bleibt und ob Allan Hills einzigartig ist oder ob es andere Orte wie diesen in der Antarktis gibt.“
Heiner Kubny, PolarJourna
