Anders gesehen: The Day Before Yesterday

12. Juli 2006, 14:30
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Innsbrucker Wissenschafter verbessern die Interpretation von Eisbohrkernen und ermöglichen damit präzisere Aussagen über die Klimageschichte unseres Planeten

Seit die düsteren Eiszeitszenarien aus Hollywood in den heimischen Kinos Eingang gefunden haben, erleben auch hierzulande Klimaprognosen wieder eine Hochkonjunktur. Um jedoch die klimatischen Entwicklungen der Zukunft auch nur annähernd abschätzen zu können, benötigt die Wissenschaft gesicherte Aussagen über das Klima der Vergangenheit. Während die Aufzeichnungen des Menschen bestenfalls ein paar Hundert Jahre zurückreichen, sind in den polaren Eiskappen die Klimadaten aus Jahrtausenden gespeichert. Mithilfe von Eisbohrkernen dringen daher internationale Forschergruppen in der Arktis und Antarktis in dieses gefrorene Klimaarchiv vor. Forscher der Uni Innsbruck arbeiten mit Unterstützung des Wissenschaftsfonds an Methoden, um die Interpretation dieser Klimazeugen aus der Vergangenheit zu verbessern.

Für Klimaforscher ist vor allem das Verhältnis verschiedener Sauerstoffisotope in Eisbohrkernen interessant, da dieser so genannte Delta-18 O-Wert gut mit der mittleren Jahrestemperatur zur Zeit des Niederschlags korreliert. Allerdings ist er nicht nur von der Temperatur abhängig, wie die Meteorologin Elisabeth Schlosser von der Uni Innsbruck erläutert: "Der Isotopengehalt, den ich im Bohrkern messe, hängt von der ganzen Entstehungsgeschichte des Niederschlags ab - unter anderem vom Ursprungsgebiet und von physikalischen Prozessen auf dem Weg zum Ort des Schneefalls. Für eine korrekte klimatische Interpretation der Eisbohrkerne müssen wir also erst einmal die begleitenden atmosphärischen Prozesse und Transportmechanismen besser verstehen."

Das Problem: Die Probennahme erfolgt meist in sehr entlegenen Gebieten, wo weit und breit keine Messstation die für die "Eichung" der Bohrkerne nötigen meteorologischen Vergleichsdaten liefert. Eine Ausnahme ist die deutsche Antarktisstation Neumayer des Alfred-Wegener-Instituts, die 1981 auf dem Ek- ström-Schelfeis am Rande des Weddell-Meers errichtet wurde. Für die Station stehen nicht nur durchgehende meteorologische Messreihen zur Verfügung, parallel dazu läuft auch ein - übrigens von Innsbrucker Wissenschaftern gestartetes - glaziologisches Messprogramm. Seit mehr als zwanzig Jahren werden hier Neuschneehöhen gemessen, Schneeschächte, Firnkerne und Neuschneefälle beprobt und die Isotopenverhältnisse bestimmt.

Schlosser, die selbst von 1989 bis 1991 an den Messungen beteiligt war, will mithilfe dieser Daten ein genaueres Bild über die Beziehung zwischen den meteorologischen Verhältnissen und den Isotopenwerten im antarktischen Firn und Eis gewinnen. Dazu verfolgte sie die Transportwege der Luftteilchen mittels eines Trajektorienmodells an den Ursprungsort des Niederschlags zurück. Vergleiche mit Firnmessungen vor Ort ergaben dabei unter anderem, dass auch die jahreszeitliche Verteilung des Schneefalls einen großen Einfluss auf das Isotopenverhältnis hat. "Ein erhöhter Wert kann auch als Folge geringerer Winterniederschläge auftreten und so scheinbar wärmere Temperaturen vorspiegeln", erklärt dazu Schlosser. "Das kann bei der Interpretation von tiefen Bohrkernen am Übergang zwischen Warmzeit und Eiszeit wichtig sein, weil sich durch systematische Umstellungen in der atmosphärischen Zirkulation auch die Bahnen der Tiefdruckgebiete und dadurch auch die Niederschlagsverhältnisse geändert haben können."

Ohne Berücksichtigung der atmosphärischen Dynamik kann es also leicht zu Fehlinterpretationen der Delta-18 O-Werte in Eisbohrkernen kommen. Und hier sieht Schlosser unter anderem auch die große Schwäche der Isotopenmodelle, die eingesetzt werden, um Informationen über das Ursprungsgebiet des Niederschlags zu gewinnen. Aus der Meeresoberflächentemperatur, der relativen Luftfeuchte und der Windgeschwindigkeit im Ursprungsgebiet berechnen diese Modelle die Änderung der Isotopenverhältnisse für drei Prozesse: die Verdunstung des Ozeans, die Kondensation in der Wolke und den Niederschlag am Ort der Probennahme.

Durch den Vergleich der berechneten Isotopenwerte mit den im Bohrkern tatsächlich gemessenen Daten versuchen die Wissenschafter, das Ursprungsgebiet einzugrenzen und Näheres über die dortigen Temperaturverhältnisse zu erfahren. Da die Eingabedaten auf Annahmen beruhen und die Isotopenmodelle dynamische Prozesse in der Atmosphäre auf dem Weg zum Ort des Schneefalls unberücksichtigt lassen, sind die Resultate bisher sehr grobe Abschätzungen. Schlosser will daher die Prozesse von der Niederschlagsentstehung bis zum Schneefall für die vergangenen 20 Jahre am Beispiel Neumayer mit gesicherten Daten rekonstruieren und kombiniert dazu erstmals ein Isotopenmodell mit einem Trajektorienmodell. "Dadurch weiß ich, welchen Weg die Luftmassen in diesem Zeitraum in Richtung Neumayer genommen haben, kenne also das Ursprungsgebiet. Das Isotopenmodell wird mit den bestehenden Messdaten aus diesem Gebiet gefüttert und man überprüft, ob die berechneten Ergebnisse mit den vor Ort gemessenen Isotopendaten übereinstimmen." Erstmals soll so mit reellen Daten nachgeprüft werden, ob Isotopenmodelle zuverlässige Ergebnisse bringen und welche Einflüsse den Isotopengehalt entscheidend verändern können - eine zentrale Frage für die Auswertung großer Bohrkerne.

Von besonderem Interesse sind die Forschungsarbeiten für "Epica", die europäische Bohrkampagne in der Antarktis, wo derzeit unter anderem ein Bohrkern 550 Kilometer südöstlich von Neumayer aus dem Eis geholt wird. Mittlerweile ist die Bohrung bis zu einer Tiefe von etwa 2500 Metern vorgedrungen; die im ewigen Eis gespeicherten Daten reichen hier 180.000 Jahre, also bis in die vorletzte Eiszeit zurück. Da die Niederschlagsgebiete zeitweise auch über die Station Neumayer zur Bohrstelle ziehen, hoffen die Klimaforscher, mit den Erkenntnissen aus Innsbruck die Isotopendaten aus dem Bohrkern präziser interpretieren und damit genauere Aussagen über die Klimavergangenheit unseres Planeten treffen zu können. (Angelika Prohammer/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 26./27. 6. 2004)

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