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9. November 2020   185/20    Forschung

Wie uralter Staub am Meeresboden Klimageschichte erklären hilft

Forschungsteam um Oldenburger Geowissenschaftler analysiert Sedimentkerne aus dem Südpazifik

Oldenburg. Woher kam während der letzten Eiszeit vor circa 20.000 Jahren der eisenhaltige Staub, der im Südpazifik als Dünger für die Meeresvegetation die CO2-Speicherung und somit die damalige Erdabkühlung förderte? Dieser klimageschichtlichen Frage, die auch im Hinblick auf den heutigen Klimawandel bedeutsam ist, sind Forscherinnen und Forscher um den Oldenburger Geowissenschaftler Dr. Torben Struve nachgegangen. Anhand von Sedimentkernen vom Meeresboden fanden sie heraus, dass ein großer Teil des damals im südlichen Südpazifik abgelagerten Staubs einen extrem weiten Weg hinter sich hatte. Bis zu 80 Prozent des Staubs stammten aus dem Gebiet des heutigen Nordwestargentinien, von wo aus er mit den vorherrschenden Westwinden fast um den gesamten Erdball geweht wurde – und so nach einer Reise von bis zu 20.000 Kilometern maßgeblich zu dem erhöhten Eintrag von Eisen in den eiszeitlichen Südpazifik beitrug. Der heute im Südpazifik dominante Staubeintrag mit geringerem Gehalt an löslichem Eisen aus australischen Quellen spielte dort demnach vor 20.000 Jahren lediglich eine Nebenrolle. Diese neuen Einblicke in die Mechanismen des natürlichen Eiseneintrags im Südozean hat das Forschungsteam in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“ publiziert.

„Wir haben den chemischen Fingerabdruck des Staubs analysiert und mit geologischen Daten von mehreren Kontinenten verglichen – eine aufwändige Puzzlearbeit“, sagt Struve, Postdoktorand in der Arbeitsgruppe Marine Isotopengeochemie am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg. Zum Team gehörten Forscherinnen und Forscher aus seiner Arbeitsgruppe sowie vom Bremerhavener Alfred-Wegener-Institut – Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung und von der Columbia University, New York (USA). Sie entnahmen 18 Sedimentkerne im Südpazifik – in einem Arbeitsgebiet etwa von der Größe Russlands zwischen der Antarktis, Neuseeland und Chile – und untersuchten im Labor die chemische Zusammensetzung des enthaltenen Staubs. „Dieser Staub stammt letztlich aus Gestein, das je nach Herkunftsort und Entstehungsgeschichte charakteristische Eigenschaften und somit jeweils eine eigene Signatur hat“, erläutert Struve. Konkret konzentrierten sich die Forscher auf Spurenmetalle, insbesondere Metalle der Seltenen Erden sowie bestimmte Isotope, also verschieden schwere Varianten, der Elemente Neodym, Blei und Strontium. Diese Signatur bleibt über Jahrmillionen erhalten und liefert dementsprechend auch nach 20.000 Jahren verlässlich Auskunft über die Herkunft der betreffenden Gesteinspartikel – also des Staubs.

Zur damaligen Zeit, während des Höhepunkts der letzten Eiszeit, wehten Westwinde den Ergebnissen zufolge Staubpartikel von der Ostseite der zentralen Anden in Südamerika aus über den Atlantik und den Indischen Ozean – also einmal um die Welt, ehe der eisenhaltige Staub sich in den mittleren Breiten des Südpazifiks im Meer ablagerte. Dort beeinflusste dieser das Eiszeit-Klima womöglich erheblich: Da mikroskopisch kleinen Algen in den dortigen Gewässern meist lediglich der Nährstoff Eisen zum Wachsen fehlt, wirkt eisenhaltiger Staub dort bis heute wie eine natürliche Düngung. Das pflanzliche Plankton nimmt dann mittels Photosynthese – wie alle Pflanzen – Kohlenstoff auf und verringert somit den Anteil des Treibhausgases Kohlenstoffdioxid (CO2) in der Atmosphäre. Der damals stark erhöhte Eintrag von eisenhaltigem Gesteinsstaub in erster Linie aus Südamerika in diese Meeresregion, könnte laut Struve erklären helfen, „wie die Erde damals überhaupt so kalt werden konnte“. Zwar sei schon bekannt gewesen, dass der Eiseneintrag während der letzten Eiszeit sehr viel höher war als während der heutigen Warmzeit. „Uns hat jedoch überrascht, dass die Quellen und Transportwege des Staubs komplett anders waren als heute und auch anders, als wir das erwartet hätten.“

In seiner Publikation kommt das Forschungsteam zu dem Schluss, dass die ungewöhnlich hohen Staubemissionen aus Südamerika einen erheblichen Beitrag zu der Reduktion von CO2 in der eiszeitlichen Atmosphäre geleistet haben müssen. Denn um bis zu 40 ppm („parts per million“) habe der Eintrag des eisenhaltigen Gesteinsstaubs damals den CO2-Gehalt in der Atmosphäre verringert. Das entspricht fast der Hälfte der natürlichen CO2-Schwankungen in der Atmosphäre während der letzten 400.000 Jahre in Höhe von 100 ppm. Zum Vergleich: Seit Beginn der Industrialisierung hat der Mensch weitere gut 130 ppm des Treibhausgases in die Atmosphäre eingebracht und so den CO2-Gehalt von rund 280 auf circa 415 ppm erhöht. 

Heutzutage lässt sich in dem betreffenden Gebiet kein Staub aus Südamerika mehr nachweisen. „Mit der Erderwärmung änderten sich die Winde und die Umweltbedingungen in den Herkunftsgebieten“, sagt Struve. Die Forscherinnen und Forscher untersuchen die Sedimentkerne noch weiter und wollen nun herausfinden, wie sich die Zusammensetzung des Staubs im Zeitverlauf seit dem Höhepunkt der Eiszeit verändert und wie dies möglicherweise zu Klimaveränderungen beigetragen hat.

Originalpublikation:

Torben Struve, Katharina Pahnke, Frank Lamy, Marc Wengler, Philipp Böning & Gisela Winckler (2020): A circumpolar dust conveyor in the glacial Southern Ocean. Nature Communications, DOI  10.1038/s41467-020-18858-y

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Die 18 Sedimentkerne vom Meeresboden holten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen mit Kolben und Schwereloten an Bord des Forschungsschiffs "Polarstern". Foto: Katharina Pahnke / Universität Oldenburg

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Die einzelnen Sektionen eines der untersuchten Sedimentkerne. Da Letztere bis zu 30 Meter lang sein können, werden sie in der Regel zerlegt. Foto: Katharina Pahnke / Universität Oldenburg

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Kontakt

Dr. Torben Struve, Tel.: 0441/798-3359, E-Mail: torben.struve@uol.de

(Stand: 21.08.2020)