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Südpolarmeer

Sonnenuntergang über dem Südpolarmeer (Foto: Vladimirovic/ iStock)

Die menschliche Zivilisation wäre ohne Hilfe des Klimas wahrscheinlich nicht da, wo sie heute steht: Seit dem Ende der letzten Eiszeit vor rund 11.000 Jahren hat sie sich rasant entwickelt und ausgebreitet. Möglich wurde dies durch ein besonders mildes und stabiles Klima, das unsere Vorfahren einer Phase leicht erhöhter CO2-Werte verdankten. Woher dieses Treibhausgas damals kam, war bisher unklar. Jetzt könnten Forscher eine Antwort gefunden haben – im Südpolarmeer.

Heute gilt Kohlendioxid eher als „böse“, als Verursacher des Klimawandels. Doch vor rund 11.000 Jahren war es wahrscheinlich dieses Treibhausgas, das unseren Vorfahren eine Phase ungewöhnlich stabilen, warmen Klimas bescherte. Denn das Zeitalter nach dem Ende der Eiszeit, Holozän genannt, war einer der seltenen warmen Zeitabschnitte der letzten Millionen Jahre. Der Grund dafür: Während in anderen Warmzeiten die CO2-Konzentrationen stabil blieben oder gar abnahmen, stieg der CO2-Gehalt der Atmosphäre im Holozän um etwa 20 parts per million (ppm) an – von 260 ppm im frühen auf 280 ppm im späten Holozän. „Angesichts des heutigen CO2-Anstiegs erscheint dies vielleicht wenig“, sagt Co-Autor Daniel Sigman von der Princeton University. „Wissenschaftler glauben jedoch, dass dieser kleine, aber signifikante Anstieg eine Schlüsselrolle spielte, um eine Abkühlung zu verhindern und somit die Entwicklung komplexer menschlicher Kulturen zu erleichtern.“

„Leck“ in der biologischen Pumpe

Doch was damals diesen entscheidenden CO2-Anstieg auslöste und woher das Klimagas kam, war bisher unklar. Einige Forscher vermuteten, dass ein Rückgang der Vegetation dahinterstecken könnte, andere sahen den damals stark steigenden Meeresspiegel oder eine erhöhte Alkalinität des Meerwassers als mögliche Ursachen an. Für ihre Studie haben Sigman, Erstautorin Anja Studer vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz und ihr Team sich im Südpolarmeer auf Spurensuche begeben. In dieser Meeresregion steigen große Mengen kaltes Tiefenwasser auf und mit ihnen gelangt auch zuvor von Algen und anderen Organismen anderer Meeresgebiete absorbiertes und gespeichertes CO2 wieder an die Meeresoberfläche. „Wir bezeichnen den Südozean daher oft auch als ‚Leck‘ in der biologischen Pumpe“, erklärt Sigman. Wie stark dieses „Leck“ nach dem Ende der Eiszeit war, haben die Forscher nun durch Analysen von Stickstoffisotopen in den Fossilien von Kieselalgen, Foraminiferen und Tiefseekorallen aus dieser Zeit untersucht.

Die Auswertungen ergaben: Während des Holozäns war das Oberflächenwasser des Südpolarmeeres ungewöhnlich stickstoffreich. Den Forschern zufolge deutet dies darauf hin, dass damals besonders große Mengen nährstoff- und CO2-reichen Wassers aus dem tiefen Ozean an die Oberfläche des Südpolarmeeres aufgestiegen sind. Dadurch gelangte vermehrt Treibhausgas in die Atmosphäre – und das könnte ausgereicht haben, um die globalen CO2-Werte um 20 ppm steigen zu lassen, wie Studer und ihre Kollegen erklären. „Wahrscheinlich war die Schwächung der biologischen Pumpe nicht die einzige Veränderung, die das atmosphärische CO2 während des Holozäns beeinflusste“, erklären die Forscher. „Aber wenn man die Veränderungen der terrestrischen Biosphäre und die Alkalinität des Ozeans dazu nimmt, kommt man auf 20 ppm Nettoanstieg in jener Zeit.“

Ursache des „Lecks“ noch unklar

Warum allerdings nach Ende der Eiszeit im Südpolarmeer besonders viel CO2-reiches Tiefenwasser nach oben gelangte, ist noch unklar. Die Forscher vermuten, dass eine Veränderung der großräumigen Windströmungen dafür eine Rolle spielte. So könnte der Westwindgürtel der Südhemisphäre sich damals nach Süden verlagert und verstärkt haben. Das hätte zu mehr Wellen und einer stärkeren Wasserdurchmischung des Südpolarmeeres geführt – und könnte so vermehrt Tiefenwasser an die Oberfläche gebracht haben. „Allerdings gibt es bisher keine Klarheit darüber, wie sich damals die Position und Stärke der Westwinde tatsächlich verändert haben“, betonen Studer und ihre Kollegen. Hier müsse man nun weiter forschen.

Interessant sind die Ergebnisse aber auch für die heutige Zeit und für die Zukunft. Denn auch in der Gegenwart spielt die biologische Pumpe des Ozeans eine Schlüsselrolle für das Klima und die CO2-Werte in der Atmosphäre. „Wenn wir die Ergebnisse für das Holozän nutzen, um vorherzusagen, wie sich die aufsteigenden Wasserströmungen im Südozean künftig entwickeln, dann kann dies auch Prognosen zur zukünftigen Entwicklung des atmosphärischen CO2 und des globalen Klimas verbessern helfen“, sagt Sigman. Ein wenig ermutigendes Szenario wäre dabei, dass der anthropogene Klimawandel den Transport CO2-reichen Wassers an die Meeresoberfläche sogar weiter ankurbeln könnte. Damit würde zusätzliches Treibhausgas in die Atmosphäre gelangen und die Erderwärmung noch verstärken.

Quelle: Anja Studer (Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz) et al., Nature Geoscience, doi: 10.1038/s41561-018-0191-8

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