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28.2.2005
Botschaft aus der Kälte
Was Eiskerne aus der Antarktis in Bremerhaven offenbaren
Von Folkert Lenz

Ein Eisberg südöstlich von Neuseeland (Bild: AP Archiv)
Ein Eisberg südöstlich von Neuseeland (Bild: AP Archiv)
Um eiskalte Fakten geht es im Alfred-Wegener-Institut, Bremerhaven. Die Wissenschaftler sind den Geheimnissen der Klimageschichte auf der Spur. Bislang waren sie im antarktischen Eis eingeschlossen. Neue Laboranalysen zeigen, wie sich in der Vergangenheit die Temperaturen geändert haben. Und wie sich die Zusammensetzung der Atmosphäre geändert hat. 740.000 Jahre Klimadaten liegen in der Kältekammer des Instituts.

Wilhelms: Wir wohnen in der Station. Die Station selber steht auf Metallstützen, damit man sie im immer weiter zugetragenen Schnee auch höher setzen kann, damit sie länger überlebt. Und in diesem Zentralbereich der Station ist die Messe, die Küche und der Sanitärbereich. Leben tun die Leute, die den Zentralbereich wie den Generator warten, auf der Station und auch ein Arzt ist direkt auf der Station, während die anderen in Zelten, die dann um die Station herum aufgebaut sind, übernachten.

Knapp minus 50 Grad herrschen im Klima-Gefrierfach. Rund 14.000 Kilometer von Bremerhaven entfernt wartet die vereiste Vergangenheit des Erdklimas. Und dort liegen auch die Hinweise darauf, wohin die Klimareise der Zukunft gehen könnte.

Es ist die sechste Expedition des Physikers Frank Wilhelms in die Eiswüste. Mit Tiefenbohrungen in der Antarktis versuchen Wissenschaftler aus zehn europäischen Ländern die Klimageschichte der Erde zu entschlüsseln. Die Daten sind in unterarmstarken Eiszylindern verborgen. Meter für Meter holen die Forscher sie aus der Tiefe des dicken Schneepanzers rund um den Südpol. Die Kohnen-Station ist ein deutscher Antarktis-Stützpunkt. Nicht weit entfernt davon steht das Gestänge, mit dem die Wissenschaftler die Eisbohrkerne ans Tageslicht bringen. Dort buddeln sich die Forscher tief unter der Schneeoberfläche ein.

Wilhelms: Das ist also ein sechs Meter 80 tiefer, 60 Meter langer Graben im Schnee. Ein Graben, der mit einem Dach abgedeckt ist. Das macht man, damit der Kern kälter bleibt. Es geht darum, einen möglichst guten Eiskern zu bekommen. Und der Kern leidet, wenn er der Sonne ausgesetzt ist.

So ungemütlich das Forscherleben an der unteren Globusspitze auch ist - die Wissenschaftler zieht es immer wieder dort hin. Die Südpolgletscher: Sie sind Motor für das globale Wetter. Heinrich Miller, stellvertretender Leiter des Bremerhavener Alfred-Wegener-Instituts für Polarforschung.

Miller: Man muss sich ja vorstellen: Die Antarktis ist ein riesengroßer Kontinent, der im Wesentlichen weiß ist. 14 Millionen Quadratkilometer weiß und umgeben vom Südozean, der im Südwinter auch noch mal 20 Millionen Quadratkilometer mit einer weißen Fläche - mit Meereis - bedeckt ist. Und diese Fläche hat auf Grund der physikalischen Eigenschaften von Schnee und Eis eben die Eigenschaft, dass viel von der Strahlung, die von der Sonne im Sommer kommt, gleich wieder in den Weltraum reflektiert wird. Das heißt, die antarktische Region ist einer der Kühlschränke unserer Erde.

Aus dem Schnee von gestern wollen die Forscher Erkenntnisse für morgen gewinnen. Sie möchten herausfinden, wie es weiter gehen könnte mit der Welt? Fragen, die sich auch der Bremerhavener Glaziologe Josef Kipfstuhl stellt. Er war fünf Mal in der Antarktis, um Eiskerne aus der Tiefe zu holen.

Kipfstuhl: Eis ist ein Klima- und Umweltarchiv. All die Treibhausgasinformationen, die älter als 50 Jahre sind, kommen aus dem Eis. Dass CO2 seit 300 Jahren angestiegen ist, das kann man im Eis belegen. Das Gleiche gilt in entsprechender Weise für Methan und andere Gase und Spurenstoffe. Von daher ist Eis eben ein atmosphärisches Archiv.

Das "Archivmaterial" ist in Meterstücke aufgeteilt, verpackt in Tiefkühlkisten. Die kalte Ware trifft ein paar Wochen nach der Reise im Bremerhavener Eiskernlabor ein.

Lambrecht: Also hier drin sind's minus 20 Grad. Das Eis ist, na ja, je kühler desto besser. Desto weniger verändert es sich eben. Als erstes muss das Eis jetzt mikrotomiert werden. Das heißt, es wird mit einem scharfen Messer ganz glatt gemacht.

Mit einem zweckentfremdeten Präzisionsmesser der Mediziner hobelt Anja Lambrecht an einer Stange Gletschereis herum. Die Kühlanlage rauscht, mehrere vermummte Gestalten in wattierten Anzügen arbeiten still vor sich hin. Die Wissenschaftlerin präpariert Eisproben für Fotoaufnahmen. Einzelne Lagen, ähnlich wie Jahresringe bei einem Baum, und auch Unregelmäßigkeiten wie Staubschichten oder Luftblasen halten die Forscher fotografisch fest. Eine Bilderreise in die Vergangenheit. Zuvor hat Josef Kipfstuhl die Zylinder in handliche Stücke zerteilt. Viertelstäbe, Halbprofile, dünne Scheiben... - das Schnittmuster für die Bohrkerne steht von vornherein fest. Im Labor sieht es aus wie in einer Tischlerwerkstatt. Mehrere Bandsägen warten auf ihren Einsatz. Und ein Staubsauger - gegen das Eismehl, das beim Zertrennen anfällt.

Kipfstuhl: Eis ist ja ein weiches Material. Hier schneiden wir unsere Stücke eben auf zehn Zentimeter lange Einheiten. Das sind eben die Längen, die man üblicherweise ganz gut handhaben kann. Die auch sehr stabil dabei sind. Also wo man nicht mehr aufpassen muss, dass man sie bricht.

Doch was Johannes Freitag dann ein paar Schritte weiter auf seinen Leuchttisch hebt, wirkt alles andere als unzerbrechlich. Gerade mal drei Zehntel Millimeter dick sind die Eisscheiben, mit denen der Physiker hantiert. Durch einen gekreuzten Polarisationsfilter betrachtet er die Dünnschnitte. Ein Puzzlespiel aus grellen Farben entsteht im Licht.

Freitag: Und hier haben wir ein Stück, das ungefähr aus der Tiefe von 3000 Meter stammt, also 800.000 bis 900.000 Jahre alt ist. Und da sind die Kristalle schon Zentimeter groß. Und wenn Sie das vergleichen mit dem anderen Stück, da sehen Sie die ursprünglichen kleinen Schneekristalle.

Anhaltspunkte dafür, welche Sprünge das Klima im Laufe der Jahrtausende gemacht hat. Seit 1996 bohren sich europäische Wissenschaftler aus zehn Ländern durch das Antarktiseis in die Tiefe. Beim internationalen Epica-Projekt wollen sie den Zusammenhang zwischen Prozessen in der Erdatmosphäre und klimatischen Veränderungen aufdecken. So hoffen sie auch, den Treibhauseffekt verstehen zu lernen. Deswegen untersuchen sie in Bremerhaven die chemische Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften des Eises. Wichtig sind dabei die winzigen, unsichtbaren Luftbläschen, die in den Eiskernen eingeschlossen sind. In den Gasresten sind Luftpartikel und Spurenelemente aus jenen Epochen enthalten, in denen der Schnee gefallen ist, der dann zu Gletschereis gepresst wurde. So kann man Hunderttausende von Jahren zurückblicken, konstatiert Professor Heinrich Miller:

Miller: Eiskerne stellen eben ein einzigartiges Klimaarchiv dar. Weil sie nicht nur die Temperaturen, also die Lufttemperaturen der Vergangenheit, uns geben. Sondern gleichzeitig uns etwas über den Zustand der Atmosphäre der Vergangenheit sagen. Das ist das einzige Archiv, das Klimaarchiv, in dem wir ablesen können, wie die atmosphärische Zusammensetzung in der Vergangenheit war. Und wenn wir heute davon reden, das CO2 durch den Menschen stark zunimmt - was richtig ist -, dann liefern uns die Eiskerne eben den Bezugshorizont. Weil wir aus der alten Atmosphäre sehr genau messen können, wie viel CO2 und wie viel Methan da drin war. Und wie sich dieses verändert hat. Damit können wir am Ende die Prognosefähigkeit und die Sicherheit der Prognosen für die Zukunft erhöhen.

Die Klimatologen hoffen, jetzt endlich Belege für ihre theoretisch errechneten Formeln zu finden. Denn bislang fußen die meisten ihrer Modelle noch auf Annahmen. Nun könnten die Formeln zur Errechnung des Klimas gewissermaßen geeicht werden.

Was mit internationaler Anstrengung aus der Tiefe hoch geholt wird, soll möglichst vielen Instituten in Europa zu Gute kommen. Wenn die gefrorenen Meterstücke im Bremerhavener Eislabor eintreffen, werden sie schon sehnsüchtig erwartet. Zum Beispiel von dem Schweizer Thomas Blunier. Der Klimaforscher von der Universität Bern hat ein Instrument entwickelt, mit dem er die elektrische Leitfähigkeit der Kerne bestimmen kann. Bei der Untersuchung wird jedes Stück Eis in der Kältekammer mit Drähten gespickt.

Bauer: Also wir haben hier sieben Elektroden, die aufs Eis gedrückt werden. Und zwischen zwei Elektroden legen wir eine Spannung von 53 Volt an, messen den Strom, der da fließt. Und die Leitfähigkeit ist ein Signal für den Klimazustand, ob es warm oder kalt war. Andererseits sehen wir selten gewisse, ganz scharfe Ereignisse, was auf Vulkanausbrüche zurückzuführen wäre. Und dadurch kann man das Eis aus jüngerer Zeit ganz genau datieren.

Nach achtjähriger Bohrung ist es jetzt möglich, die Klimageschichte der letzten 740.000 Jahre aufzuschlüsseln. Das ist fast doppelt so viel, wie bisher bekannt war. So können die Klimaexperten heute je acht Eis- und Warmzeiten miteinander vergleichen. Der Polarforscher Hans Oerter:

Oerter: Das heißt, wir haben acht komplette Glazialzyklen - also der Wechsel einer Eiszeit und einer Warmzeit - vorliegen. Besonderes Interesse liegt bei unseren Forschungen bei der Warmzeit, die etwa 400.000 Jahre vor heute gewesen ist. Denn wenn man die astronomischen Parameter berücksichtigt, also die Bewegung der Erde um die Sonne, dann ist diese Zeit durchaus vergleichbar mit der heutigen Zeit.

Selbst die Stellung der Erdachse zur Bahn um die Sonne herum ähnelt heute der damaligen. Und deswegen ist diese Zeit auch so wichtig für die Klimaforscher: Was vor rund 400.000 Jahren passiert ist, könnte sich heute wiederholen, glauben sie.

Oerter: Was man eben jetzt schon sieht, dass diese Warmzeit eine sehr lange Warmzeit gewesen ist. Länger als die anderen Warmzeiten , etwa bei 100.000 oder 300.000 vor heute. Das würde sich auch durchaus decken mit den Messungen, die wir jetzt in den letzten 10.000 bis 15.000 Jahren vor heute machen. Der Übergang von der Eiszeit zur Warmzeit ist damals vor etwa 430.000 Jahren ganz ähnlich wie er in den letzten 15.000 Jahren heute gewesen ist. Ich denke, wir können da noch mit gut 10.000 Jahren Warmzeit rechnen.

Dass es erst einmal noch warm bleibt auf der Erde, ist eine Prognose, die die Forscher mittels der Daten der Vergangenheit aufgestellt haben. An Hand der Proben konnten sie feststellen, woher der Wind in der Vergangenheit geweht hat und was er an Staub, Dreck und anderen Kleinstteilen mit in die Antarktis genommen hat. Dabei haben den Klima-Detektiven die Spurenelemente im Eis geholfen. Das Alfred-Wegener-Institut hat dafür selbst eine superfeine Spürnase gebaut. Die "Laserablationsapparatur" ist der Arbeitsplatz des Physikers Michael Kriews. Mit einem Laserstrahl schießt er winzigste Teilchen vom Eis herunter und analysiert sie dann mit einem Massenspektrometer.

Kriews: So kann ich halt eben in dieser Eisprobe feststellen, wie viel Natrium war in der Probe drin, wie viel Blei war in der Probe drin. Und vor allem: Wenn man sich eben vorstellt, dass in Eis, das aus einer Tiefe von 3000 Metern kommt, da ist eine Jahresschicht weniger als einen Millimeter dick. Und durch das Verfahren, das wir hier anwenden, können wir eben selbst in diesem alten Eis noch Jahresschichten auflösen, was sonst nicht möglich wäre, wenn wir die Proben auftauen müssten.

In den Eiskernen finden sich aber nicht nur feinste Staubteilchen, sondern auch Reste alter Luft. So sind dort jene Gase gespeichert, die das Klimageschehen beeinflussen. Diese können mit Hilfe eines Gaschromatografen bestimmt werden, wenn das Eis geschmolzen wird. Die Experten suchten nach Kohlendioxid, Methan und Lachgas. Und sie fanden bestätigt, dass während Eiszeiten nur wenig Kohlendioxid in der Atmosphäre war, in wärmeren Perioden aber knapp die Hälfte mehr an C02. In den vergangenen zwei Jahrhunderten ist allerdings der Anteil des Gases, das mit für den so genannten Treibhauseffekt verantwortlich ist, auf fast das Doppelte gestiegen - weil der Mensch und die Industrie dazwischen gefunkt haben, glaubt der Polarforscher Josef Kipfstuhl.

Kipfstuhl: Der Mensch hat halt nun schon irgendetwas in die Atmosphäre hinein gebracht, was während der letzten Million Jahre nicht da gewesen ist. Und wenn die Physik, die wir ja benutzen, richtig ist, und unsere Annahme richtig ist, dann kann man erwarten, dass durch den Treibhauseffekt die Temperaturen ansteigen werden. Also nicht in den nächsten 1000 Jahren, sondern in den nächsten zehn, 20, 50 oder 100 Jahren. Wie sich das dann auswirkt, das kann Ihnen heute niemand konkret auf das Grad Celsius genau vorhersagen.

Die Bremerhavener Eisexperten wollen die Vorhersagemodelle für die Zukunft der Atmosphäre weiter verbessern. Im Fokus haben Heinrich Miller und seine Kollegen das Kohlendioxid - damals wie heute. Der Geophysiker will jetzt heraus bekommen, welchen Einfluss der Mensch auf den Klimawandel hat. Ob die vermehrte Produktion von Kohlendioxid zu einem Temperaturanstieg führt, oder ob das System vielleicht genau anders herum funktioniert, ist für ihn noch nicht ganz geklärt:

Miller: Es ist nicht so, dass zum Beispiel am Ende einer Kaltzeit zunächst CO2 ansteigt und dann die Temperaturänderung bewirkt. So ist es nicht. Es sieht eher so aus, als ob zuerst die Temperatur ein bisschen ansteigt, dann das CO2 ein bisschen ansteigt - das hat wieder einen Rückkopplungseffekt. Die Frage nach Henne und Ei ist hier noch in gewisser Weise offen.

Miller ist vorsichtig mit Rückschlüssen. Doch es wird vorerst wärmer auf der Erde - das scheint klar. Schmelzen deshalb die Polkappen? Müssen zahlreiche Küstenstriche weltweit "Land unter" melden? Horrorszenarien malt der Klimaexperte nicht aus.

Miller: So paradox es klingt: Bei einer Erwärmung werden - wenn man die Polkappen zusammen nimmt: Grönland und die Antarktis - werden die einen Meeresspiegelanstieg, den es aus anderen Gründen geben wird - weil das Meerwasser sich, wenn es wärmer wird, ausdehnt - die Polkappen werden also diesen Anstieg bremsen. Und das liegt daran, dass zwar in Grönland ein bisschen mehr Eis schmilzt. Nicht viel, aber ein bisschen mehr: Das wird den Meeresspiegel anheben. Aber gleichzeitig wird es in der Antarktis ja auch wärmer. Und wenn es dort wärmer wird, dann kann mehr Niederschlag fallen, weil wärmere Luft mehr Feuchtigkeit transportieren kann. Und wenn dort mehr Niederschlag fällt in der Antarktis, dann fällt das als Schnee - weil, auch wenn es wärmer wird, ist es dort immer noch furchtbar kalt - und der bleibt dann liegen, ist dann sozusagen dem Ozean entzogen und in fester Form aufs Land transportiert.

Auch in diesem Südsommer, der gerade zu Ende geht, waren die Bremerhavener Polarforscher wieder in ihrem Antarktis-Camp und haben sich tiefer ins Eis hineingebohrt - ein Kampf gegen die Zeit, sagt Frank Wilhelms:

Wilhelms: Eis ist plastisch deformierbar. Das heißt, es fließt so wie Wachs oder Honig. Und das heißt, das Loch hat die Tendenz sich zu schließen. Um das zu verhindern, füllt man das Loch mit einer Flüssigkeit. Das ist Diesel mit einem Zusatz, um das ein bisschen schwerer zu machen. Der hat dann die gleiche Dichte wie das Eis. Und damit wird dann verhindert, dass sich das Loch von selbst schließt.

Denn sonst müssten die Wissenschaftler in jedem Jahr von vorn anfangen. Die Kühlcontainer mit den neu gewonnenen Eiskernen dieser Saison sind jetzt auf dem Weg nach Bremerhaven - genau so wie die meisten Forscher. In der Schneewüste der Antarktis ist vorerst Ruhe eingekehrt.
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