Vom Treibhaus zum Eishaus – Bohrkern gibt Einblick in Vergletscherung der Antarktis

Die Vereisung der Antarktis begann vor etwa 34 Millionen Jahren – jedoch nicht, wie bisher angenommen, vom Südpol aus, sondern vielmehr vom östlichen Rand her. Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) anhand von Sedimentproben aus Bohrkernen und anschließender Modellierung.

Erst etwa sieben Millionen Jahre später konnte sich Eis auch im Westen bilden. Die Ergebnisse zeigen, wie extrem unterschiedlich Ost- und Westantarktis auf äußere Einflüsse reagieren, berichten die Forscher.

Antarktis vor 34 Millionen Jahren: Dichte Laubwälder statt dickes Eis

Laut AWI erlebte unser Planet vor etwa 34 Millionen Jahren „eine der grundlegendsten Klimaveränderungen, die das globale Klima bis heute beeinflusst. Der Übergang von einem Treibhaus mit keinen oder nur ganz wenigen Eisflächen hin zu einem Eishaus mit dauerhaft vergletscherten Gebieten“.

In dieser Zeit baute sich der antarktische Eisschild auf. Wie, wann und vor allem von wo aus, war bisher noch nicht genau bekannt. Es fehlten zuverlässige Daten und Proben vor Ort, besonders aus der Westantarktis, welche die Veränderungen der Vergangenheit dokumentieren. Diese Wissenslücke konnten Forscher des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung gemeinsam mit Kollegen aus Deutschland, Großbritannien, Spanien, der Schweiz, Australien und den USA nun schließen.

Erste Untersuchungen am Bohrkern durch Dr. Johann Klages (Alfred-Wegener-Institut) und Prof. Dr. Tina van de Flierdt (Imperial College London). Foto: T. Ronge, IODP

Anhand eines Bohrkerns aus dem Gebiet vor den westantarktischen Pine-Island- und Thwaites-Gletschern konnten sie in die Geburtsstunde des Eisschildes blicken. Für die Forscher überraschend fanden sie dort während der antarktischen Erstvereisung vor etwa 34 Millionen Jahren jedoch keine Anzeichen für eine Präsenz von Eis.

„Somit muss eine großräumige, dauerhafte Erstvergletscherung irgendwo in der Ostantarktis begonnen haben“, sagte Forschungsleiter Dr. Johann Klages, Geologe am AWI. Die Westantarktis blieb während dieses ersten glazialen Maximums eisfrei. Zu dieser Zeit war sie weiterhin größtenteils von dichten Laubwäldern bedeckt. Das kühl-gemäßigte Klima verhinderte, dass sich hier Eis bilden konnte.

Ost- und Westantarktis reagieren grundlegend anders

Der Bohrkern wurde im Rahmen der Expedition PS104 mit dem Forschungseisbrecher „Polarstern“ im Jahr 2017 in der Westantarktis angefertigt. Hierfür kam das am MARUM – Zen­trum für Ma­ri­ne Um­welt­wis­sen­schaf­ten an der Universität Bremen entwickelte Bohrgerät MARUM-MeBo70 zum ersten Mal in der Antarktis zum Einsatz. Der Meeresboden vor den westantarktischen Pine-Island- und Thwaites-Gletschern ist so verdichtet, dass es bisher nicht möglich war, mit konventionellen Methoden der Kernnahme tiefe Sedimente zu erreichen.

Um genauer zu verstehen, wo sich das erste dauerhafte Eis der Antarktis bildete, haben Klages’ Kollegen die daraus gewonnenen Daten in Modellen mit älteren verknüpft. „Die Simulation hat die Ergebnisse des besonderen Kerns der Geologen gestützt“, sagt Prof. Dr. Gerrit Lohmann, Paläoklimamodellierer am AWI. „Das krempelt unser Wissen um die antarktische Erstvereisung komplett um.“

Die „Polarstern“ vor einem gigantischen Gletscher in der Bucht von Pine Island, Antarktis. Foto: J. Klages, AWI

Was die Untersuchungen auch eindrucksvoll zeigten, sei, wie unterschiedlich die beiden Teile des antarktischen Eisschildes auf äußere Einflüsse reagieren. „Eine leichte Erwärmung reicht schon aus, um das Eis der Westantarktis wieder zum Schmelzen zu bringen – und genau da befinden wir uns gerade“, so Klages.

Vom Treibhaus zum Eishaus und zurück

Demnach herrschten nur in der Küstenregion des Nördlichen Viktorialandes in der Ostantarktis die klimatischen Grundvoraussetzungen, um dauerhaftes Eis zu bilden. Hier seien feuchte Luftmassen auf ein sich intensiv hebendes Transantarktisches Gebirge gestoßen – ideale Bedingungen für dauerhaften Schnee und in der Folge für die Bildung von Eiskappen. Von dort aus habe sich der Eisschild zügig ins ostantarktische Hinterland ausgebreitet.

Bis er die Westantarktis erreichte, dauerte es jedoch noch. „Erst sieben Millionen Jahre später herrschten hier Bedingungen, unter denen sich ein Eisschild bilden konnte“, ergänzt Hanna Knahl, ebenfalls Paläoklimamodelliererin. „Unsere Ergebnisse machen deutlich, wie kalt es erst werden musste, um den Eisvorstoß in die Westantarktis zu bringen, die bereits in vielen Teilen unterhalb des Meeresspiegels lag.“

Die Erkenntnisse des internationalen Forschungsteams seien immens wichtig, um den extremen Klimaübergang vom Treibhausklima der Vergangenheit in unser heutiges Eishausklima zu verstehen, so die Forscher. Die Studie erschien am 4. Juli in der Fachzeitschrift „Science“.

(Mit Material des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung)