Sternenstaub enthüllt Geschichte des Meereises

Seattle (USA) - Seit 1979 verschwanden bereits 42 Prozent des Meereises in der Arktis. Mit dem beschleunigten Abschmelzen in Folge der Erderwärmung werden die Gewässer rund um den Nordpol wahrscheinlich schon in wenigen Jahrzehnten im Sommer komplett eisfrei sein. Um die Entwicklung der Meereisbedeckung bessern verstehen und genauer modellieren zu können, blicken Klimaforschende auch in die Vergangenheit. Mit einer neuen, auf kosmischen Staub basierenden Methode konnte nun ein amerikanisches Forschungsteam die Eisbedeckung der vergangenen 30.000 Jahre mit bisher unerreichter Genauigkeit ermitteln. Ihre in der Fachzeitschrift „Science“ präsentierten Ergebnisse liefern zusätzlich Hinweise, um die Versorgung mit Nährstoffen im Meer und die Entwicklung der Fischbestände vorherzusagen.

Die Arbeitsgruppe um Frank J. Pavia von der University of Washington in Seattle analysierte Sedimentproben von drei Stellen am arktischen Meeresboden rund um den geografischen Nordpol. Dabei konzentrierten sich die Forschenden auf zwei radioaktive Isotope: Helium-3 und Thorium-230. Das Helium-Isotop ist im kosmischen Staub enthalten, der im All bei der Explosion von Sternen und Kollisionen von Kometen entsteht und in kleinsten Mengen auf die Erde fällt. Das Thorium-Isotop hingegen hat seinen Ursprung im Meerwasser selbst und entsteht auf natürliche Weise durch den Alpha-Zerfall von Uran.

In den übereinandergelagerten Schichten der Sedimentproben schwankten nun die relativen Anteile der beiden Isotope deutlich. Diese Schwankungen hängen nun direkt mit der Meereisbedeckung zusammen. So lagert sich das Thorium-Isotop fortlaufend am Meeresboden ab. Das Helium-Isotop dagegen sammelt sich in den Eisschichten an der Meeresoberfläche und sinkt nur auf den Boden ab, wenn diese vollständig geschmolzen sind. Das Verhältnis der beiden Isotope zeigt nun klar, wann in der Vergangenheit die Arktis eisfrei war oder von einer geschlossenen Eisdecke bedeckt war.

Mit dieser Isotopenmessung rekonstruierte nun das Team um Pavia die Meereisbedeckung der vergangenen 30.000 Jahre mit hoher Präzision. So war die Arktis während der letzten Eiszeit vor 20.000 Jahren ganzjährig von eine geschlossenen Eisdecke bedeckt. „Während der letzten Eiszeit gab es gar keinen kosmischen Staub in den arktischen Sedimenten“, sagt Pavia. Doch darauf folgte vor 15.000 Jahren eine Warmphase, das Meereis schmolz während der arktischen Sommermonate und der kosmische Staub sank auf den Meeresboden. Danach wuchs die Eisdecke jedoch wieder und es folgten mehrfache Wechsel zwischen wärmeren und kälteren Phasen.

Mit dieser neuen Methode lässt sich nicht nur die Wechselhaftigkeit des arktischen Meereises in der jüngeren Erdgeschichte gut rekonstruieren. Sie zeigt auch, dass in wärmeren Klimaphasen mehr Staub und damit mehr Nährstoffe in das arktische Meer gelangten. Das beeinflusste über das Wachstum von Plankton die gesamte Nahrungskette bis hin zu den Fischbeständen. Und es könnte laut Pavia auch ein Indiz sein, dass mit dem aktuellen Abschmelzen immer mehr Nährstoffe in das arktische Meer gelangen werden.