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Klimaforschung: Schärferer Blick in die Erdgeschichte möglich

Wenn Wissenschaftler die Klimahistorie der Erde untersuchen wollen, setzen sie auf die Jahresringe alter Bäume und auf Bohrkerne aus Gletschereis. Bisher waren die beiden Klimaarchive nicht kompatibel. Nun ist es gelungen, sie zusammenzuführen.

Der Blick zurück ist eine komplizierte Angelegenheit. Egal auf welche Methode Wissenschaftler setzen, wenn sie auf das Klima früherer Zeiten zurückblicken wollen, immer treten Probleme auf. Im Prinzip läuft das Ganze so: Bei Bäumen können Breite, Dichte und chemische Zusammensetzung der Jahresringe Aufschluss über Temperatur und Niederschlag der Vergangenheit geben; im Eis konzentrieren sich die Forscher auf die chemische Zusammensetzung des Wassers und der im Eis eingeschlossenen Luftbläschen.

Gasblasen im Eiskern: Mit ihrer Hilfe können Forscher weit mehr als 100.00 Jahre in die Klimageschichte zurückblicken
W.Berner/University of Bern

Gasblasen im Eiskern: Mit ihrer Hilfe können Forscher weit mehr als 100.00 Jahre in die Klimageschichte zurückblicken

Die präzisere Methode sind die Ringe alter Bäume, die über Jahrtausende in Mooren und Kiesschichten von Flüssen konserviert wurden. Doch können die Forscher mit ihrer Hilfe nur einen Blick in die vergleichsweise nahe Vergangenheit werfen: Exakt 12.468 Jahre umfasst der ununterbrochene Jahresring-Kalender der Universität Hohenheim. Außerdem gibt es einzelne, noch ältere Puzzle-Stücke, die sich teilweise zu Zeitinseln zusammenfügen - aber noch nicht genau datiert werden konnten. Das Baumarchiv ist also präzise aber kurzsichtig.

Eisschichten Jahrtausende alter Gletscher und Eisschilde reichen deutlich weiter zurück in die Vergangenheit: Mehr als 100.000 Jahre Klimageschichte lassen sich mit ihrer Hilfe rekonstruieren. Doch auch die Informationen aus dem ewigen Eis haben ein Problem: Sie sind im Detail manchmal unpräzise: "Mal fehlen ein paar Jahre, weil der Wind den Neuschnee an manchen Stellen fortwehte, mal sind sie doppelt, weil fort gewehter Schnee an anderer Stelle wieder zu Boden fällt", erklärt der Paläobotaniker Michael Friedrich von der Universität Hohenheim. Über die Jahrhunderte würden sich die Schwankungen immerhin wieder ausgleichen, sodass man die Klimaschwankungen im Groben recht gut nachvollziehen könne.

Wind verfälscht Klimadaten

Ein internationales Forscherteam unter Führung von Raimund Muscheler von der Universität Lund hat beide Klimaarchive nun zusammenführen können. Darüber berichten die Wissenschaftler, zu denen auch die Hohenheimer gehören, in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Nature - Geoscience". Die neue Methode kombiniert die Vorteile beider Archive und überwindet die jeweiligen Nachteile. "Bislang hatten wir zum Beispiel in unserem Baumring-Kalender eine Lücke von bis zu 200 Jahren vermutet", sagt Michael Friedrich. Das Gletschereis lege nun nahe, dass sie vielleicht gar nicht vorhanden sei.

Der Schlüssel zur Zusammenführung der Datierungsmethoden sind zwei radioaktive Elemente, die in der Erdatmosphäre durch Sonnenwind und kosmischer Strahlung gebildet werden: Beryllium (Be-10) und radioaktiver Kohlenstoff (C-14). Das Beryllium wird mit dem Schnee aus der Atmosphäre gewaschen und bleibt in den Eiskernen erhalten, das Kohlenstoffisotop wird von den Bäumen aus der Luft aufgenommen und in die Ringe eingebaut. "Die Beryllium Kurve aus dem Grönländischen Eis und die des radioaktiven Kohlenstoffs aus den Jahrringen weisen im Laufe der Zeit exakt die gleichen Schwankungsmuster auf", sagt Michael Friedrich. Dadurch würden Eiskerne und Jahrringe direkt miteinander vergleichbar.

Für den Jahrring-Kalender bedeutet das, dass alte, bisher isolierte Puzzlestücke aus Holz nun richtig einsortiert werden können. Dadurch lassen sich zum Beispiel die Klimaschwankungen am Ende der letzten Eiszeit genauer bestimmen. Auch für einen anderen Forschungszweig versprechen die aktuellen Ergebnisse Verbesserungen: Es geht um die sogenannte Radiokarbon-Methode. Mit ihrer Hilfe wird das Alter organischer Substanzen wie Knochen, Holz oder Torf bestimmt. Sie alle enthalten kleinere Mengen von radioaktivem Kohlenstoff, der mit der Zeit radioaktiv zerfällt. Über den Anteil an C-14 kann so das Alter der Probe bestimmt werden. Um aber möglichst genaue Ergebnisse zu bekommen, muss man die Ergebnisse mit einer Eichkurve abgleichen. Und die kommt aus dem Hohenheimer Jahresring-Kalender. "Jeder Ausbau des Jahrringkalenders bedeutet daher auch gleichzeitig immer bessere Radiokarbondaten", erklärt Michael Friedrich.

chs

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