Warum das älteste Eis wichtig für die Zukunft der Erde ist

Die uralten Geheimnisse aus dem 2,7 Millionen Jahre alten Eis können uns helfen, die heutige Welt besser zu verstehen. Genauer: das Klimasystem. Kaum etwas ist heute so wichtig, wie zu begreifen, was passiert, wenn man im übertragenen Sine an seinen Stellschrauben dreht.

Was muss geschehen, damit sich das Klima verändert? So wie zum Beispiel vor 1,5 Millionen Jahren: Damals begannen die Kalt- und Warmzeiten sich auf einmal nicht mehr alle 40.000 Jahre, sondern nur noch alle 100.000 Jahre abzuwechseln. Was ist damals passiert?

Antworten auf diese Frage liefert das konservierte Eis der Antarktis. „Es ist das einzige Archiv, das uns etwas über die frühere Zusammensetzung der Atmosphäre verrät“, sagt Olaf Eisen vom Alfred-Wegener-Institut. Das Eis verrät, welche Temperaturen damals auf der Erde herrschten und wie hoch die Konzentration von Treibhausgasen war. „Im Eis sind kleine Blasen, in denen jeweils die aktuelle Luft eingeschlossen ist“, erklärt Eisen, der das europäische Projekt zum ältesten Eis in der Antarktis koordiniert. Der Inhalt der Blasen lässt sich extrahieren und seine Zusammensetzung analysieren: „Das ist nicht ganz einfach, aber es funktioniert“, sagt Eisen. Das Ergebnis zeigt dann, wie groß die Konzentration von Treibhausgasen wie CO2 zu einem bestimmten Zeitpunkt war.

Um herauszufinden, wie warm es war, als die Luftblasen im Eis eingeschlossen wurden, muss man sich dagegen die Wassermoleküle anschauen. Beziehungsweise die Wasserstoff- und Sauerstoffisotope, aus denen das Wasser besteht. Einfach gesagt gibt es „schweres“ und „leichtes“ Wasser. Das Verhältnis vom einen zum anderen hängt von der Temperatur ab. Wenn man also analysiert, wie sich das Isotopenverhältnis im Eis verändert, weiß man, wie sich die Temperatur entwickelt hat.

Doch das Eis verrät noch mehr: Mit seiner Hilfe kann man sehen, was zuerst kam: Der Anstieg der Temperatur oder eine erhöhte Konzentration von CO2 in der Atmosphäre? „Diese Informationen nutzen wir dann für Modelle, die die Prozesse nachbilden, die zu dem Umschwung geführt haben“, sagt Eisen. Je besser man – dank des Wissens aus dem Eis – das Klimasystem versteht, desto besser kann man es für die nächsten 50 oder hundert Jahre modellieren – und uns vor unliebsamen Überraschungen schützen.

Um zu bestimmen, wie alt das Eis genau ist, das ihre Bohrungen zutage bringen, nutzen die Forscher die Zerfallsraten von Radioisotopen. „Das Problem ist, dass man dazu eine große Probe braucht, die man nicht immer hat“, sagt Eisen. Die Wissenschaftler profitieren daher bei ihrer Arbeit von einer neuen Bohrtechnik, dem „rapid access drilling“. Dabei bohrt sich der Bohrer schnell und direkt in das Eis, das so zermalmt und geschmolzen wird. „Mit den rapid access Bohrern bekommen wir Zeitreihen, die wir mit marinen Sedimentschichten vergleichen können“, erklärt Eisen. Das Alter des Eises werde so zwar indirekt, aber ausreichend genau bestimmt.

Ein weiterer Vorteil von „rapid access drilling“: Die Analyse kann schon direkt hinter dem Bohrkopf beginnen. Das ist zwar wesentlich ungenauer als im Labor, aber „es liefert uns sehr viel schneller die ersten Informationen“, sagt Eisen. Denn einen langen, intakten Eiskern zu produzieren, ist mühsame, aufwendige Arbeit. Wenn man damit beginnt, will man sicher sein, dass man die richtige Stelle zum Bohren ausgesucht hat.

Derzeit arbeiten mehrere internationale Teams an verschiedenen Orten in der Antarktis, halten nach geeigneten Bohrstellen Ausschau, machen Bohrungen oder Voruntersuchungen. Dabei verfolgen sie  zwei unterschiedliche Ziele: Da ist zum einen die Jagd nach dem ältesten Eis an sich. In der Antarktis – im Gegensatz zu Arktis, wo das Eis höchstens etwa 130 000 Jahre alt ist – gibt es Eis, das sogar deutlich älter als 2,7 Millionen Jahre ist. Wenn man es findet, hat man Schnappschüsse von der Vergangenheit der Erde.

Eisen interessiert sich im Gegensatz dazu vor allem für Zeitreihen, für den Wechsel zwischen den Perioden. Er verfolgt die Suche nach dem ältesten Eiskern: „Wir versuchen, einen Eiskern zu finden, der die Zeit von heute bis zu vor 1,5 Millionen Jahre abbildet“, sagt Eisen. Denn nur so kann man feststellen, wie die einzelnen Übergänge abliefen.

Es macht tatsächlich einen großen Unterschied, ob man 800 000 oder mehrere Millionen Jahre altes Eis untersucht. Das liegt am menschengemachten Klimawandel: Die Menschheit kommt mit ihrem CO2-Ausstoß in einen Bereich, den man mit den bisherigen Eisdaten nicht vergleichen kann. Heißt: Keine der Eisproben, die es bisher gibt, zeigt einen so hohen CO2-Gehalt. Um den zu finden, muss man weiter in der Vergangenheit zurückgehen. Vor etwa fünf Millionen Jahren herrschten auf der Erde Bedingungen, die den unseren heute ähneln. „Wir können dann sehen, wie das Klimasystem darauf reagiert hat“, erklärt Eisen. „Vielleicht gibt es Phänomene, die wir noch gar nicht kennen, aber in den Eisproben entdecken können.“

Denn letztlich sind alle Teams, die in der Antarktis nach altem Eis bohren, an der gleichen Frage interessiert: Was kann uns die im Eis eingefrorene Vergangenheit über unsere Zukunft sagen?