Das Klima der Erdneuzeit verstehen: Internationales Team startet Bohrexpedition

Warum sind vor 56 Millionen Jahren die Temperaturen auf der Erde sprunghaft angestiegen? Eine Expedition im Rahmen des internationalen Bohrprogramms IODP ist heute (6.1.2020) in den Südpazifik aufgebrochen, um genau diesem Klimaereignis auf den Grund zu gehen.

Ziel der Fahrt, geleitet von Dr. Ursula Röhl vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen und Dr. Debbie Thomas von der Texas A&M University (USA), ist es, eine möglichst zusammenhängende Aufzeichnung der Klimageschichte zu erhalten.

Die Erdneuzeit beginnt vor 66 Millionen Jahren mit einem Knall – und mit dem vorerst letzten Massenaussterbeereignis auf der Erde. Dem Meteoriteneinschlag, der das Ende der Kreidezeit und den Beginn der Erdneuzeit markierte, folgten einschneidende globale Ereignisse wie zum Beispiel ein Wärmepuls vor 56 Millionen Jahren.

Erst danach haben sich die Säugetiere in ihrer Vielfalt, wie wir sie heute kennen, entwickelt. Das Klima hat sich langfristig kontinuierlich abgekühlt. In dieser Zeit haben sich auch die Umweltbedingungen, Meerestemperatur, Ozeanzirkulation und Windmuster grundlegend verändert.

Um jedes einzelne dieser klimatischen Ereignisse und im Gesamtgeschehen der Klimaentwicklung besser zu verstehen, sind möglichst vollständige sowie hochauflösende Aufzeichnungen des Klimas der Erdgeschichte notwendig.

Besonders wichtig sind in diesen Aufzeichnungen geografische Standorte, die eine Schlüsselstellung zum Verständnis der Umweltbedingungen, Ozeanzirkulation und Windmuster in höheren Breiten einnehmen.

Entwicklung des Klimas unter der Lupe

Hier setzen die Ziele der Expedition 378 an Bord des Bohrschiffs JOIDES RESOLUTION im Rahmen des internationalen Bohrprogramms IODP (International Ocean Discovery Program) im Südwestpazifik an. Anhand der Ablagerungen am Ozeanboden wird das Expeditionsteam rekonstruieren, wie sich das Klima in der Erdneuzeit im Einzelnen verändert hat.

Dazu gehört zum Beispiel, wie auf der Erde die global hohen Temperaturen und der Wärmetransport zu den Polarregionen vor 56 Millionen Jahren aufrechterhalten werden konnte. Auf der gesamten Erde war es warm, es gab im Vergleich zu heute kaum Temperaturunterschiede zwischen Polarregionen und den Tropen – und das, obwohl es keine intensivere Sonneneinstrahlung gab als heute.

Die Fahrt wird geleitet von Dr. Ursula Röhl vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen und Dr. Debbie Thomas von der Texas A&M University (USA). Los geht es im Januar, die Expedition dauert fast fünf Wochen und wird im Februar in Papeete auf Tahiti enden.

Rückkehr an den Ursprung der ersten Temperaturkurve
Das Ziel der Expedition ist eine Bohrlokation südlich von Neuseeland, an der in einem Vorläuferprogramm von IODP im März 1973 in 1.200 Meter Wassertiefe zwar bereits gebohrt, aber Kerne nur stichprobenartig mit nach heutigem Stand für Sedimente veralteten Bohrverfahren genommen wurden.

„Die Temperaturkurve, eine der ersten überhaupt, die anhand dieser Bohrung erstellt wurde, zeigte trotz einiger weniger Proben erstmalig das charakteristische Auf und Ab des Klimas in der Erdneuzeit“, erklärt Ursula Röhl. In 47 Jahren seien aber sowohl Bohrverfahren als auch Analysemethoden weiterentwickelt worden. „Die Rückkehr zu diesem Standort bedeutet, dass wir an den Ursprung dieser allerersten Temperaturkurve für die Erdneuzeit anschließen können.“

Diesmal soll es einen zusammenhängenden Kern aus einer noch tieferen Bohrung geben: Bis zu 670 Meter in den Meeresboden wurden genehmigt. Bis zu dieser Tiefe hoffen die Forschenden, alle klimatischen Ereignisse der Erdneuzeit nachweisen zu können. Ursula Röhl: „Wir möchten eine möglichst vollständige Aufzeichnung erhalten, und das in guter Qualität.“

An den Kernen wird das genaue Alter der Sedimentablagerungen zum Beispiel anhand von Mikrofossilien direkt an Bord bestimmt. So können die Forschenden die Kreide-Paläogengrenze sowie Übergänge vom Paläozän zum Eozän (Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum, kurz PETM) vor 56 Millionen Jahren beziehungsweise vom Eozän zum Oligozän vor 33.9 Millionen Jahren identifizieren.

Das PETM markiert ein plötzliches Freisetzen von großen Mengen an Kohlenstoff, durch den sich die Erde schlagartig extrem erwärmt hat – ein Wärmepuls. Der Übergang zwischen Eozän und Oligozän zeichnet sich durch das starke globale Abkühlen und Beginn der dauerhaften Eisbedeckung der Antarktis aus und ist darum ein weiteres besonderes Zeitintervall für die Klimageschichte der Erde.

Klimageschichte in einem Kern

Die Kernbohrungen sollen dabei helfen, das Klimageschehen der Erdneuzeit besonders für den subpolaren Bereich inklusive der ozeanographischen Struktur und dem biogeochemischen Kreislauf besser zu verstehen. Die Schalen von Mikrofossilien in den Sedimenten enthalten chemische Signaturen früherer Klimazustände, die wie ein Fingerabdruck einzigartig sind.

Anhand der neuen Informationen können Forschende auf die Stärke von Auftrieb und Winden über Jahrmillionen schließen, außerdem werden genauere Aussagen zu atmosphärischen und ozeanischen Teilsystemen des Klimas möglich.

„Die Sedimente, die wir gewinnen, werden kritische Daten zu Meerestemperaturen und Kohlenstoffkreislauf für den Südwestpazifik liefern; diese neuen Erkenntnisse werden zu großen Fortschritten in unserem Verständnis der Klimadynamik während der Warmzeiten führen“, fügt Co-Fahrtleiterin Debbie Thomas hinzu.

Aufgrund eines technischen Problems kurz vor Abreise dauert die Expedition fünf statt neun Wochen. Das bedeutet zwar, dass Point Nemo, der Pazifische Pol der Unzugänglichkeit nicht wie ursprünglich geplant erstmals angesteuert werden kann. Gleichzeitig gibt es dem Team, zu dem Forschende aus zwölf Nationen gehören, die Möglichkeit, durch zusätzliche Bohrungen eine komplette Abfolge an Sedimenten zu erhalten.

Das MARUM gewinnt grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse über die Rolle des Ozeans und des Meeresbodens im gesamten Erdsystem. Die Dynamik des Ozeans und des Meeresbodens prägen durch Wechselwirkungen von geologischen, physikalischen, biologischen und chemischen Prozessen maßgeblich das gesamte Erdsystem. Dadurch werden das Klima sowie der globale Kohlenstoffkreislauf beeinflusst und es entstehen einzigartige biologische Systeme.

Das MARUM steht für grundlagenorientierte und ergebnisoffene Forschung in Verantwortung vor der Gesellschaft, zum Wohl der Meeresumwelt und im Sinne der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen. Es veröffentlicht seine qualitätsgeprüften, wissenschaftlichen Daten und macht diese frei zugänglich. Das MARUM informiert die Öffentlichkeit über neue Erkenntnisse der Meeresumwelt, und stellt im Dialog mit der Gesellschaft Handlungswissen bereit. Kooperationen des MARUM mit Unternehmen und Industriepartnern erfolgen unter Wahrung seines Ziels zum Schutz der Meeresumwelt.

Dr. Ursula Röhl
E-Mail: jrs_roehl@ship.iodp.tamu.edu

http://iodp.tamu.edu/scienceops/expeditions/south_pacific_paleogene_climate.html Mehr Informationen zur IODP Expedition 378
http://joidesresolution.org/expedition/378/ Mehr Informationen zur IODP Expedition 378
http://www.marum.de Zur Expedition wird es ein Logbuch auf deutsch geben, das auf der Homepage www.marum.de veröffentlicht wird.