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Klimaforscher berechnen, wie kalt die Meere früher waren

Im Eis der Antarktis eingeschlossene Edelgase zeigen die Ozeantemperaturen der Vergangenheit an. In rund zehntausend Jahren haben sich die Weltmeere um knapp drei Grad erwärmt.
Roland Knauer
Die Weltmeere speichern derzeit rund 93 Prozent der zusätzlichen Wärme des von uns Menschen ausgelösten Klimawandels. (Bild: Getty)

Die Weltmeere speichern derzeit rund 93 Prozent der zusätzlichen Wärme des von uns Menschen ausgelösten Klimawandels. (Bild: Getty)

Nehmen Forscher das Klima der vergangenen Jahrtausende unter die Lupe, fehlt ihnen oft die wichtige Information über die damalige Temperatur der Weltmeere. Das Wasser in den Ozeanen wirkt ja wie ein gigantischer Energiespeicher, der heute rund 93 Prozent der Extrawärme des von der modernen Zivilisation ausgelösten Klimawandels aufnimmt. Die durchschnittliche Temperatur des Wassers von den Polarmeeren bis in die Tropen und von der Oberfläche bis in die Gräben der Tiefsee konnten die Forscher bisher aber für die Vergangenheit kaum messen.

Erst seit Bernhard Bereiter von der Eidgenössischen Mate­rialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf, Jeff Severinghaus von der Scripps Institution of Oceanography im kalifornischen San Diego und ihre Kollegen die Edelgase analysieren, die im Eis der Antarktis eingeschlossen sind, können sie die Weltwassertemperaturen für die Eiszeit oder den Übergang aus der damaligen Kälte zum heutigen Klima abschätzen. Rund 2,6 Grad Celsius wurden die Ozeane in den knapp zehntausend Jahren dieses Übergangs wärmer, berichten die Forscher in der Zeitschrift «Nature» (Band 553, Seite 39).

Heute sind die Meere im Schnitt 3,5 Grad warm

Messen Forscher heute mit Sonden die Temperaturen in verschiedenen Wassertiefen und Meeresgebieten, kommen sie auf eine durchschnittliche Temperatur von rund 3,5 Grad Celsius. Denkt man an die angenehmen Temperaturen in den letzten Strandferien, überrascht dieser niedrige Wert zunächst. «Allerdings bildet das Wasser in den warmen Regionen der Erde nur eine relativ dünne Schicht an der Oberfläche der Meere, während darunter kaltes Wasser liegt, das ursprünglich aus den Polargebieten stammt», erklärt Empa-Forscher Bernhard Bereiter.

Obendrein gefriert das Salzwasser der Ozeane typischerweise erst bei minus 1,8 Grad Celsius. Dadurch können die riesigen und sehr kalten Polarmeere die Durchschnittstemperatur weiter senken und den Beitrag des warmen Oberflächenwassers verringern.

Leider liefern die Messsonden des 21. Jahrhunderts nur wenig Information für grosse Wassertiefen unter 2000 Meter und gar keine Daten zu den Temperaturen vergangener Zeiten. Klimaforscher suchten lange nach Faktoren, die möglichst genau verraten, wie kalt die Ozeane zum Beispiel in der Eiszeit waren. «Bei den Edelgasen sind wir dann fündig geworden», so Bernhard Bereiter, der bis 2015 an der Scripps Institution of Oceanography in San Diego forschte.

Verhältnis zwischen Edelgasen und Stickstoff

Diese Gase lösen sich nämlich bei wechselnden Temperaturen unterschiedlich gut im Meerwasser: Wird es wärmer, geben die Ozeane einen Teil der gespeicherten Edelgase an die Luft ab. Wie gross dieser Teil ist, hängt von der Grösse der Edelgase ab: Vom schweren Kaliber Xenon wird mehr abgegeben als vom leichteren Krypton.

Gut vorstellen kann man sich diese Vorgänge mit Hilfe eines halb vollen Wasserglases, das abgedeckt ist. «Heizt man Glas und Wasser mit einer Kerze auf, gelangt relativ viel Xenon und weniger Krypton in die Luft darüber, während sich beim Stickstoff wenig ändert», erklärt Bernhard Bereiter. Messen Forscher, wie sich die drei Verhältnisse zwischen Xenon und Stickstoff, Krypton und Stickstoff sowie Xenon und Krypton in der Luft ändern, können sie aus diesen Werten ausrechnen, wie stark die Wassertemperatur gestiegen ist.

Das ewige Eis als Schatztruhe früherer Luft

Nur messen Bereiter und seine Kollegen nicht die Verhältnisse im Wasserglas, sondern in der Atmosphäre. Weil das Eis der Antarktis oder anderer grosser Eiskappen ein wenig Luft einschliesst und sie erst beim Schmelzen wieder frei gibt, finden die Forscher im ewigen Eis noch heute Luftproben aus der Vergangenheit, in der sich dieses Eis einst gebildet hat. 78 solche Eisproben aus dem Westen der Antarktis haben die Forscher jetzt unter die Lupe genommen.

Nachdem sie mit Massenspektrometern Edelgase und Stickstoff bestimmt hatten, verrieten die Ergebnisse ihnen einiges über die Klimageschichte seit der letzten Eiszeit. Seit die weissen Massen zu schmelzen begannen, hat es fast zehntausend Jahre gedauert, bis sich die durchschnittliche Weltmeertemperatur um 2,6 Grad erhöht hat. Parallel stiegen auch über dem Eis der Antarktis die Temperaturen an.

Überraschende Erwärmung von 12 000 Jahren

Von der Parallelität gleichzeitig steigender Wasser- und Lufttemperatur gibt es eine überraschende Ausnahme: Vor etwa 12000 Jahren schnellten die Meerestemperaturen regelrecht nach oben, in nur 700 Jahren liefern die Edelgasdaten einen Temperaturanstieg von 1,6 Grad Celsius. In dieser Zeit wurde es zwar auch in der Antarktis wärmer, nur stiegen die Temperaturen weniger rasch an, dafür aber einige Jahrhunderte länger. In Europa dagegen sackten die Temperaturen sogar noch einmal in den Keller, die kalten Steppen kehrten nach Mitteleuropa zurück, und die Gletscher wuchsen wieder.

Ein neuer Faktor wirbelte das Weltklima durch: Schmelzwasser des schwindenden Eispanzers über Nordamerika hatte sich in einem See gesammelt, weil noch immer riesige Dämme aus Eis den Abfluss zum Atlantik verstopften. Als sich das aufgestaute Wasser seinen Weg durch dieses Eis gebahnt hatte, schossen gigantische Mengen Süsswasser in den Nordatlantik und verdünnten dort das Salzwasser. Die Warmwasserheizung für Europa fiel aus, während sich die Weltmeere andernorts erwärmten.

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