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Eiszeiten: Wie haben die nördlichen Eisschilde das Südpolarmeer beeinflusst?
Eisige Fernwirkung: Wachsende Eisschilde auf der Nordhalbkugel könnten Veränderungen am anderen Ende der Erde angestoßen haben. In Modellrechnungen führte die Abkühlung allein im hohen Norden zu einem erheblichen Rückgang des atmosphärischen Kohlendioxids. Er erreichte rund 74 Prozent der CO₂-Abnahme bei einer weltweiten Abkühlung. Das könnte eine bislang schwer erklärbare Verstärkung vergangener Eiszeiten erhellen.
St Andrews (Schottland). Eiszeiten werden von mehreren Klimaeinflüssen gemeinsam geprägt. Langsame Veränderungen der Erdbahn und Erdachse verschieben die Sonneneinstrahlung und begünstigen in manchen Phasen das Wachstum großer Eisschilde im hohen Norden. Zugleich sinkt der CO₂-Gehalt der Atmosphäre, wodurch sich die Abkühlung zusätzlich verstärkt.
Doch zwischen diesen Vorgängen liegt ein halber Planet. Als wichtiger Speicher für den während der Kaltzeiten aus der Luft entfernten Kohlenstoff gilt das Südpolarmeer. Dort bestimmen Meereis und Strömungen mit darüber, wie viel kohlenstoffreiches Tiefenwasser an die Oberfläche gelangt und CO₂ an die Luft abgeben kann. Eine verringerte Durchmischung des Südpolarmeeres könnte deshalb zur eiszeitlichen Kohlendioxidspeicherung beigetragen haben.
Forscher der University of St Andrews um Dr. Madison Shankle haben nun untersucht, wie die großen Eisschilde der Nordhalbkugel die Prozesse im weit entfernten Südpolarmeer beeinflusst haben könnten. Dafür verwendete das Team ein vereinfachtes Modell, das Ozeanströmungen, Meereis und den Austausch von Kohlenstoff mit der Atmosphäre abbildet.
In mehreren Modellversuchen kühlten die Wissenschaftler gezielt nur die hohen nördlichen Breiten ab, um die Wirkung wachsender Eisschilde nachzubilden. Zum Vergleich simulierten sie eine Abkühlung des gesamten Planeten. So konnten sie untersuchen, ob der nördliche Kältereiz auch ohne eine gleichzeitig überall sinkende Temperatur den Kohlenstoffhaushalt der Ozeane verändert.
Die Analysen enthüllten: Schon die isolierte Abkühlung im Norden ließ den atmosphärischen CO₂-Gehalt im Modell deutlich sinken. Der Rückgang erreichte etwa 74 Prozent des Wertes, den die Simulation einer globalen Abkühlung ergab. Diese Zahl vergleicht zwei Modellszenarien. Sie bedeutet nicht, dass nördliche Eisschilde nachweislich 74 Prozent des tatsächlichen eiszeitlichen CO₂-Rückgangs verursachten.
Der mögliche Weg dieser Fernwirkung beginnt im Nordatlantik. Wenn nördliche Eisschilde wachsen, kühlen sie laut der vorgeschlagenen Erklärung die benachbarten Meeresgebiete. Über die großräumige Ozeanzirkulation kann die Temperaturänderung schließlich auch die Gewässer am anderen Ende der Erde erreichen.
Bei ausreichend starker Abkühlung verändert sich dem Modell zufolge die Zirkulation im Südpolarmeer. Auch die Meereisverhältnisse spielen dabei eine Rolle. Dadurch könnte weniger Kohlenstoff aus dem Meer in die Atmosphäre zurückgelangen und mehr davon langfristig im Ozean gespeichert bleiben. Der sinkende CO₂-Gehalt würde wiederum den Treibhauseffekt abschwächen und die bereits begonnene Kaltzeit verstärken.
„Unsere Studie geht den Schritt, dieses Zusammenwirken tatsächlich in Modellsimulationen zu demonstrieren, was einen großen Fortschritt für dieses Forschungsgebiet darstellt“, erklärt Dr. Madison Shankle.
Der Ansatz verbindet damit zwei bislang schwer zusammenzuführende Teile des Eiszeitgeschehens: das Anwachsen der Eisschilde auf der Nordhalbkugel und die Bindung von atmosphärischem CO₂ im Meer rund um die Antarktis. Der aus Erdbahnzyklen entstehende Kältereiz wäre demnach nicht die einzige Ursache der weiteren Abkühlung. Veränderungen der Meeresströmungen könnten ihn zusätzlich verstärkt haben.