Wöchentlicher Wissenschaftstalk: Wie erzählen alte Eisbohrkerne die Geschichte der Klimaentwicklung der alten Erde?

Wenn Archäologen etwas über alte Zivilisationen erfahren möchten, suchen sie nach Artefakten, um ihre Suche abzuschließen. Einen ähnlichen Ansatz verfolgen Paläoklimatologen, die durch die Untersuchung von Korallenriffen, das Ausgraben von Meeres- und Seeablagerungen sowie von Gletschern und Eisschilden nach Hinweisen auf die Klimageschichte der Erde suchen.

Wie in Bernstein eingeschlossene Organismen können auch in der Luft befindliche Überreste des frühen Klimas der Erde – etwa Staub, Luftblasen, Meersalz, Vulkanasche und Ruß von Waldbränden – für Hunderte von Millionen Jahren in Gletschern eingeschlossen bleiben. Für Klimaforscher erzählen diese Relikte die Geschichte, wie sich das Klima und die Atmosphäre der Erde im Laufe von Tausenden von Jahren verändert haben.

Ein Eisbohrkern ist eine zylindrische Probe aus Schnee und Eis, die aus einem Gletscher gebohrt wurde. Aus Gletscheransammlungsgebieten entnommene Eisbohrkerne enthalten im Lauf der Jahre Schneefall sowie trockene und nasse Sedimentmaterialien, die sich zum Zeitpunkt ihrer Ablagerung angesammelt haben und so die Klima- und Umweltinformationen bewahren. Aus Gletschern gewonnene Eisbohrkerne zeichnen sich durch eine hohe Auflösung, starke Kontinuität und gute Wiedergabetreue aus.

Jede Eisschicht erzählt eine Geschichte über vergangene Klimazonen und darüber, wie die Erde aussah, als eine Schicht Schnee fiel. Das Eis enthält zudem Partikel aus der damaligen Atmosphäre wie Staub, Asche, Pollen, Spurenelemente und Aerosole wie Meersalz. Diese Körner verbleiben Tausende von Jahren später im Eis und liefern physische Beweise für vergangene globale Ereignisse. Darüber hinaus werden durch die Komprimierung des Eises im Laufe der Zeit winzige Luftblasen aus der Atmosphäre – darunter Treibhausgase wie Kohlendioxid und Methan – in das Eis gepresst.

Um die Veränderungen des globalen Klimas in verschiedenen geologischen Zeiträumen zu erforschen, haben Wissenschaftler auf der ganzen Welt umfangreiche Untersuchungen an arktischen und antarktischen Eisbohrkernen durchgeführt und nach und nach die Merkmale des Klimawandels in den arktischen und antarktischen Regionen im Laufe der letzten Hunderttausende von Jahren geklärt. Dabei handelt es sich allerdings nur um Forschungen zu den Polarregionen. Die Eiskernforschung in den mittleren Breiten als „Brücke und Bindeglied“ zur Eiskernforschung in den Polarregionen darf nicht außer Acht gelassen werden. Das Qinghai-Tibet-Plateau, bekannt als „Wasserturm Asiens“, ist die Wasserquelle für mehrere große Flüsse in Asien (wie den Jangtse, den Gelben Fluss, den Yarlung Zangbo, den Indus usw.). Das Qinghai-Tibet-Plateau ist zudem das Gebiet mit der ausgedehntesten Gletscherausbreitung in den mittleren Breitengraden, weshalb die Eiskernforschung in dieser Region besonders wichtig ist. Dank der natürlichen geografischen Vorteile hat die von chinesischen Forschern auf dem Qinghai-Tibet-Plateau durchgeführte Forschung zu Klima- und Umweltdaten allmählich an Aufmerksamkeit gewonnen. Die „Forschung zu hochauflösenden Klima- und Umweltaufzeichnungen in Eisbohrkernen des Qinghai-Tibet-Plateaus“, die gemeinsam vom Institut für tibetische Plateauforschung, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und anderen Einheiten durchgeführt wurde, gewann 2014 den zweiten Preis des Nationalen Naturwissenschaftspreises.

Auf Grundlage der Überwachung der klimatischen Bedeutung moderner Niederschläge auf dem Qinghai-Tibet-Plateau rekonstruierte das Projekt die paläoklimatische Bedeutung und die Umweltveränderungen von 12 Eisbohrkernen und untersuchte die Klima- und Umweltveränderungen des Qinghai-Tibet-Plateaus seit der letzten Zwischeneiszeit und seine Beziehung zu den umliegenden Gebieten. Auf dem Qinghai-Tibet-Plateau war im letzten halben Jahrhundert ein klarer Erwärmungstrend zu beobachten, mit einer höheren Erwärmungsrate als in Gebieten auf demselben Breitengrad und einem einzigartigen höhenabhängigen Erwärmungsphänomen. Durch die Untersuchung der Beziehung zwischen verschiedenen Proxy-Indikatoren in den Eisbohrkernen des Qinghai-Tibet-Plateaus und Klima- und Umweltveränderungen rekonstruierten und analysierten die Forscher hochauflösende Klima- und Umweltaufzeichnungen für unterschiedliche Zeitskalen der letzten 100.000 Jahre. Sie fanden heraus, dass das Qinghai-Tibet-Plateau unter dem Einfluss globaler Veränderungen empfindlicher ist, sich dramatischer verändert und mehr regionale Unterschiede aufweist als andere Regionen.

Erst Mitte des 19. Jahrhunderts begannen die Menschen, die Temperatur und andere Variablen auf globaler Ebene zu beobachten. Aufgrund der kurzen Aufzeichnungszeiträume ist es unmöglich, den Klimawandel vollständig und objektiv zu verstehen und zu erkennen, wenn man sich ausschließlich auf kurzfristige Beobachtungen verlässt. Daher ist es äußerst wichtig, gleichzeitige Forschungen zum Klimawandel in historischen und geologischen Zeiträumen durchzuführen (d. h. zum Paläoklimawandel). Eisbohrkerne sind eines der Mittel zur Untersuchung früherer Klimamerkmale und bieten eine umfassende Perspektive zum Verständnis der Gesetze des langfristigen Klimawandels. Andererseits liefert es auch äußerst wertvolle Referenzinformationen für die Vorhersage künftiger Klimaänderungen und die Ermittlung der Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf das Klima.

(Text: Zhu Yehua, stellvertretender Herausgeber von Science and Technology Herald; Rezensionsexperte: Zou Zhen, assoziierter Forscher des China Science Popularization Research Institute)

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