Dem Erdklima auf der Spur

Der Mensch beeinflusst das Klima in großem Maße. Doch wie war das Klima eigentlich historisch betrachtet – etwa vor 10.000 Jahren? Welche Vegetation gab es beispielsweise?

Diesen Fragen gehen Forscher nach, indem sie Eisbohrkerne auf bestimmte Einschlüsse untersuchen. Bislang lag der Fokus dabei auf anorganischen Verbindungen wie Kohlendioxid, Spurenelementen oder Sauerstoffisotopen. Die Aussagen, die sich daraus ableiten lassen, sind jedoch begrenzt – sie beziehen sich vor allem auf die damals herrschenden Temperaturen.

Buchen, Eichen oder Erlen?

Forscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) wählen nun einen Ansatz, der deutlich mehr Rückschlüsse erlaubt. „Statt lediglich die anorganischen Substanzen zu analysieren, konzentrieren wir uns auf die organischen Verbindungen, welche im Eisbohrkern eingeschlossen sind“, erläutert Prof. Dr. Thorsten Hoffmann vom Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie der JGU.

„Wir hoffen, auf diesem Weg Rückschlüsse auf die Vegetation ziehen zu können – und zwar nicht nur auf die Frage, ob Nadelwald, Laubwald oder Grasvegetation vorherrschte, sondern bis hin zu Fragen nach der Verbreitung von verschiedenen Laubbaumarten.“

Denn: Wälder geben riesige Mengen an organischen Verbindungen wie Isopren oder Terpene in die Luft ab, genau die Substanzen, welche für den typischen Geruch zum Beispiel von Nadelwäldern verantwortlich sind. In der Atmosphäre werden diese Verbindungen allerdings recht schnell oxidiert und bilden in der Folge Aerosolpartikel. Diese Partikel „leben“ rund zehn Tage – lang genug, um über den gesamten Globus verteilt zu werden.

Zudem dienen diese Partikel als Keime für die Wolkenbildung, in Regentropfen oder auch Schneeflocken verpackt landen sie daher wieder auf dem Erdboden und werden im Gletschereis über Jahrtausende konserviert.

Auch Rückschlüsse auf Brände erhoffen sich die Forscherinnen und Forscher von ihrem Ansatz: Wie häufig und wie intensiv waren natürliche Vegetationsbrände und welche Pflanzen waren es, die dort gebrannt haben? Zwar kann man auch über den Nachweis von Ruß in den Eisbohrkernen gewisse Rückschlüsse auf Brände ziehen – allerdings sind die Aussagen nicht immer eindeutig. „Durch organische Marker können wir solche Ergebnisse stützen und das Informationsspektrum deutlich erweitern“, ist sich Hoffmann sicher.

160 Meter Klimageschichte

Die etwa 160 Meter langen Eisbohrkerne haben Wissenschaftler des Schweizer Paul Scherrer Instituts genommen: aus einem Gletscher im russischen Altaigebirge – also aus einem kontinentalen Gletscher. Mehrere Wochen campierten die Forscherinnen und Forscher dazu vor Ort.

Bevor die Mainzer Massenspektrometrie-Experten diese wertvollen Eisproben in ihre Spektrometer legen, forschen sie nach geeigneten Markersubstanzen, verfeinern die Analytik und optimieren die Messsysteme für jede einzelne Substanz. Sind die Ergebnisse reproduzierbar? 2020 soll es dann an die Untersuchung der realen Eisbohrkerne gehen.

Bildmaterial:
http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/09_anorganische_chem_eisbohrkerne.jpg
Dr. Christina Müller-Tautges beim Schneiden von Eisbohrkernen im Kältelabor des Paul Scherrer Instituts in der Schweiz
Foto/©: Arbeitskreis Hoffmann, JGU

Weiterführende Links:
https://www.ak-hoffmann.chemie.uni-mainz.de/ – Arbeitskreis Prof. Dr. Thorsten Hoffmann
https://www.psi.ch/de/luc/analytical-chemistry – Paul Scherrer Institut

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http://www.uni-mainz.de/presse/76453.php – Pressemitteilung „Martin Brüggemann mit Klaus Tschira Preis für verständliche Wissenschaft ausgezeichnet“ (07.10.2016)
http://www.uni-mainz.de/presse/53105.php – Pressemitteilung „Internationale Forschergruppe weist Alterung von organischen Aerosolen durch OH-Radikale nach“ (11.09.2012)

Prof. Dr. Thorsten Hoffmann
Institut für Anorganische Chemie und Analytische Chemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-25716
Fax +49 6131 39-25336
E-Mail: t.hoffmann@uni-mainz.de
https://www.ak-hoffmann.chemie.uni-mainz.de/leiter-des-arbeitskreises/