Rätselhafte Klimaabweichung

Der Südozean, der den abgelegenen Kontinent Antarktis umgibt, ist eine der wichtigsten, aber noch wenig verstandenen Komponenten des globalen Kohlenstoffkreislaufs.

Da er die Hälfte des gesamten vom Menschen verursachten Kohlenstoffs eingefangen hat, der bis heute in den Ozean gelangte, ist der Südliche Ozean für die Regulierung des vom Menschen verursachten CO2 von entscheidender Bedeutung.

Daher ist das Verständnis der Prozesse, die seine Wirksamkeit als Kohlenstoffsenke im Laufe der Zeit bestimmen, von wesentlicher Bedeutung für die Verringerung der Unsicherheit bei Klimaprojektionen.

Nach der letzten Eiszeit, vor etwa 18.000 Jahren, ging die Welt auf natürliche Weise in die warme interglaziale Welt über, in der wir heute leben. In diesem Zeitraum stieg der CO2-Gehalt in der Atmosphäre innerhalb von etwa 7.000 Jahren rasch von etwa 190 ppm auf 280 ppm an.

Dieser Anstieg war nicht stetig und wurde durch rasche Anstiege und intermittierende Plateaus unterbrochen, die verschiedene Prozesse innerhalb des globalen Kohlenstoffkreislaufs widerspiegeln.

Antarktische Kaltumkehr

Eine Periode fällt auf: ein 1.900 Jahre altes Plateau in der Kurve mit nahezu konstanten CO2-Konzentrationen von 240 ppm, das vor etwa 14.600 Jahren begann und als antarktische Kaltumkehr bezeichnet wird. Die Ursache dieses Plateaus ist nach wie vor unbekannt, aber das Verständnis der Prozesse kann für die Verbesserung der Prognosen über die Rückkopplung von Klima und Kohlenstoff entscheidend sein.

„Wir haben festgestellt, dass in Sedimentkernen, die sich in der Meereiszone des Südlichen Ozeans befinden, die biologische Produktivität während dieser kritischen Periode zunahm, während sie weiter nördlich, außerhalb der Meereiszone, abnahm“, sagt Michael Weber, Mitautor der Studie vom Institut für Geowissenschaften der Universität Bonn.

„Es war nun wichtig herauszufinden, wie die Klimaaufzeichnungen auf dem antarktischen Kontinent diese kritische Zeitperiode darstellen.“

Um diese Frage zu klären, reisten Forscher der Keele University, Großbritannien, und der University of New South Wales (UNSW) in Sydney, Australien, in die Patriot Hills Blue Ice Area, um neue Aufzeichnungen über marine Biomarker zu erhalten, die in Eisbohrkernen eingefangen wurden.

Chris Fogwill, Hauptautor der Studie von der Keele University, sagt: „Die Ursache dieses langen Plateaus in der globalen atmosphärischen CO2-Konzentration könnte für das Verständnis des Potenzials des Südlichen Ozeans, atmosphärisches CO2 zu mindern, von grundlegender Bedeutung sein. Während die jüngsten Emissionsreduktionen aufgrund der Covid-19-Pandemie gezeigt haben, dass wir CO2 reduzieren können, müssen wir die Art und Weise verstehen, in der die CO2-Konzentrationen durch natürliche Prozesse stabilisiert wurden, da sie der Schlüssel für die verantwortungsvolle Entwicklung von Geo-Engineering-Ansätzen sein können und weiterhin von grundlegender Bedeutung für die Erfüllung unserer Verpflichtung gegenüber dem Pariser Abkommen sind.“

Horizontale Eiskernanalyse

Blaueisgebiete entstehen durch heftige, ablandige Winde hoher Dichte, die die oberste Schneeschicht wirksam erodieren und das Eis darunter freilegen. Infolgedessen strömt das Eis an die Oberfläche und ermöglicht den Zugang zum darunter liegenden alten Eis. Während die meisten Antarktisforscher in das Eis bohren, um Proben mit einem herkömmlichen Eiskern zu entnehmen, verwendete dieses Team eine andere Methode: die horizontale Eiskernanalyse.

Chris Turney (UNSW, Sydney) sagt: „Anstatt kilometerweit ins Eis zu bohren, können wir einfach über eine blaue Eisfläche gehen, um durch die Zeit zurückzureisen. Dies bietet die Möglichkeit, große Mengen Eis zu beproben, die für die Untersuchung neuer organischer Biomarker und DNA notwendig sind, die aus dem Südpolarmeer in die Antarktis geblasen und im blauen Eis konserviert wurden.“

Die Ergebnisse zeigten eine deutliche Zunahme der Anzahl und Vielfalt mariner Organismen über den Zeitraum von 1.900 Jahren auf dem CO2-Plateau, eine Beobachtung, die noch nie zuvor gemacht wurde. Das Team führte auch Klimamodellierungen durch, die zeigten, dass dieser Zeitraum mit den größten jahreszeitlichen Veränderungen der Meereisausdehnung von Sommer zu Winter zusammenfiel.

Zusammen mit den Meereskernen liefern diese Ergebnisse den ersten Beweis für eine erhöhte biologische Produktivität und deuten darauf hin, dass Prozesse in der antarktischen Zone des Südlichen Ozeans das CO2-Plateau verursacht haben könnten.

Das Team wird diese Arbeit nutzen, um die Entwicklung von Klimamodellen zu untermauern, die unser Verständnis des zukünftigen Klimawandels verbessern sollen. Die Einbeziehung von Meereisprozessen, die Klima-Kohlenstoff-Rückkopplungen steuern, in eine neue Generation von Modellen wird entscheidend sein, um die Unsicherheiten bei Klimaprojektionen zu verringern und der Gesellschaft zu helfen, sich an die künftige Erwärmung anzupassen.

Michael Weber
Institut für Geowissenschaften
Universität Bonn
Tel. 0160-96635405
E-Mail: mike.weber@uni-bonn.de

Southern Ocean carbon sink enhanced by sea-ice feedbacks at the Antarctic Cold Reversal, Nature Geosciences, DOI: 10.1038/s41561-020-0587-0