CO2 verbarg sich während der Eiszeit im Ozean

Die atmosphärische CO2-Konzentration während der letzten Eiszeit vor rund 20’000 Jahren war deutlich niedriger als in der nachfolgenden Warmperiode. Das zeigten Messungen an Eisbohrkernen aus der Antarktis bereits vor mehr als zwei Jahrzehnten. Anschliessend blickte ein internationales Team der Universitäten Bern und Grenoble sowie des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven sogar noch weiter zurück: Die Klimaforschenden fanden heraus, dass dieser enge Zusammenhang zwischen Kohlenstoffdioxid und Temperatur bereits über die letzten 800’000 Jahre bestand: mit niedrigen CO2-Konzentrationen während der Eiszeiten und höheren CO2-Werten in den Warmzeiten. Nun gingen sie einer schon lange offenen Frage nach: Wo verbarg sich das Kohlenstoffdioxid während der Eiszeiten – und wie gelangte es am Ende der Eiszeit wieder in die Atmosphäre?

«Wir konnten Vorgänge im Ozean identifizieren, die mit den beobachteten CO2-Anstiegen in Verbindung stehen», sagt Dr. Jochen Schmitt, Erstautor der nun veröffentlichten Studie und Forscher am Oeschger-Zentrum für Klimaforschung der Universität Bern. Während der Eiszeit sammelte sich gemäss Schmitt mehr und mehr Kohlenstoffdioxid in den Tiefen des Ozeans an, wodurch die atmosphärische CO2-Konzentration sank. Erst am Ende der Eiszeit wurde dieses gespeicherte CO2 durch die sich ändernden Ozean-Strömungen wieder an die Meeresoberfläche und somit in die Atmosphäre gebracht, schreiben die Wissenschaftler im Fachmagazin «Science».

Eine neuartige Isotopenmessung erlaubt es erstmals, «den Fingerabdruck des im Eis konservierten CO2 sicher zu entschlüsseln», erklärt Schmitt. Er und sein Kollege Prof. Hubertus Fischer haben zunächst am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven neuartige Messmethoden an Eisbohrkernen entwickelt und in langjähriger Forschungsarbeit nach ihrem Wechsel nach Bern weiter verfeinert. Die Glaziologen extrahieren mit der neuen Methode die im Eiskern eingeschlossene Luft vollständig, und das enthaltene CO2 wird gründlich gereinigt. In einem Massenspektrometer werden die verschiedenen Isotope des CO2 analysiert, wodurch der Ursprung des Kohlenstoffdioxids abgeleitet werden kann.

Bereits in den 1980er Jahren hatten Forschende vorgeschlagen, dass man anhand des isotopischen «CO2-Fingerabdrucks» dieses Rätsel lösen könnte. Jedoch war bisher eine präzise Analyse des im antarktischen Eis eingeschlossenen Kohlenstoffdioxids wegen technischer Hürden nicht möglich. Den Glaziologen und Klimaforschern der Universitäten Bern und Grenoble sowie des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung ist nun in ihrer Studie der Durchbruch gelungen.

Entwickeln von Zukunftsszenarien

«Durch die neuen Daten konnten bereits einige Theorien über die möglichen Gründe der CO2-Schwankungen überdacht und verbessert werden. Messdaten aus der Vergangenheit erlauben es, Ideen darüber, wie das Klima am Ende der Eiszeit ausgesehen haben muss, klarer zu zeichnen», sagt Jochen Schmitt. Jetzt müssten allerdings die Daten mit den Ergebnissen aus Klimamodellen verglichen werden, um die Modelle zu verifizieren und weiterzuentwickeln. «Neben der wissenschaftlichen Neugier, wie die Erde in der Vergangenheit funktionierte, steht vor allem die Frage im Vordergrund, wie sich die Erde unter dem Einfluss des Menschen künftig entwickeln wird», so Jochen Schmitt. Das seien wichtige Szenarien für die Zukunft, denn während der letzten 800'000 Jahre war der CO2-Gehalt der Atmosphäre noch nie auch nur annähernd so hoch wie heute, so der Berner Klimaforscher.

Quellenangabe: Jochen Schmitt, Robert Schneider, Joachim Elsig, Daiana Leuenberger, Anna Lourantou, Jérôme Chappellaz, Peter Köhler, Fortunat Joos, Thomas F. Stocker, Markus Leuenberger & Hubertus Fischer: Carbon Isotope Constraints on the Deglacial CO2 Rise from Ice Cores. Science Express, 2012.