Mikroalgen in Sedimenten signalisieren, was vor Tausenden von Jahren in der Umwelt passiert ist, und beleuchten die Bandbreite zukünftiger Auswirkungen des Klimawandels.
In den eiskalten arktischen Gewässern der grönländischen Melville Bay erlebten die Paläoklimatologin Sara Harðardóttir und ihre Kollegen an Bord ihres Schiffes einen Moment der Spannung.
Die Wissenschaftler setzten ein Hochleistungs-Schwerkraftlot ein – ein Gerät, das entwickelt wurde, um Sedimente vom Meeresboden zu „fangen“. Nachdem sie das Bohrgerät 1 000 Meter unter die Oberfläche abgesenkt hatten, sahen sie plötzlich einen großen Eisberg, der auf den Draht zutrieb, der das Gerät mit dem Schiff verband.
Vergangenheit rekonstruieren
Minutenlang sah es so aus, als müsste das Expertenteam den Draht durchtrennen und sein wichtigstes Forschungswerkzeug opfern. Aber der Eisberg trieb schließlich ohne Zwischenfälle vorbei.
„Die Arbeit in der Arktis ist immer eine Herausforderung – sie ist abgelegen, das Wetter ist unvorhersehbar und die Schiffe müssen speziell für die eisigen Gewässer ausgerüstet sein“, sagte Harðardóttir, ein Isländer, der die EU-finanzierten Projekte koordiniert EISDRUCK Projekt.
Im Rahmen der 40-monatigen Initiative, die nächste Woche enden soll, haben sie und ihr Team Meeressedimente beprobt, in der Hoffnung, DNA-Spuren von Mikroalgen zu isolieren, winzigen Organismen, die helfen werden, ein Bild davon zu zeichnen, was mit Tausenden von Meereis in der Arktis passiert ist vor Jahren.
Die Rekonstruktion von Klimabedingungen aus der uralten Vergangenheit – das Ziel des als Paläoklimatologie bekannten Gebiets – hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie sich die globale Erwärmung auf die Erde auswirken wird.
Das liegt daran, dass das Wissen über vergangene Schwankungen Einblicke in die Bandbreite zukünftiger Auswirkungen des Klimawandels bietet, ebenso wie ein besseres Verständnis der Vergangenheit in unzähligen Bereichen von Geologie bis Diplomatie dazu beiträgt, die Gegenwart zu informieren und Entwicklungen in diesen Fachgebieten zu antizipieren.
Viele aktuelle Klimamodelle, die entwickelt wurden, um vorherzusagen, was in der Umwelt passieren wird, basieren auf Aufzeichnungen, die erst seit dem Satellitenzeitalter gemacht wurden.
„Durch die Einbeziehung von Paläoaufzeichnungen in Modellsimulationen können wir aktuelle Trends im Kontext von Jahrhunderten oder sogar Jahrtausenden der Klimavariabilität besser interpretieren“, sagte Harðardóttir. „Das heutige Klima ist das Ergebnis der Reaktion der Atmosphäre, der Ozeane und des Eises auf sich ändernde Sonneneinstrahlung und höhere Kohlendioxidwerte über Hunderte und Tausende von Jahren.“
Hinweise auf das Meer
Die einzige Möglichkeit, das antike Klima zu rekonstruieren, besteht darin, nach in der Umwelt erhaltenen Beweisen zu suchen. Zu diesen natürlichen Zeitkapseln gehören Fossilien von Mikroalgen, die in Meeren, Flüssen und Seen leben.
Für das menschliche Auge unsichtbar, sind Hunderttausende von Mikroalgenarten untrennbar mit dem Leben auf der Erde verbunden. Sie produzieren nicht nur die Hälfte des weltweiten Sauerstoffbedarfs, sondern sind auch eine vielversprechende Quelle für Nahrungsmittel und Biokraftstoffe.
Harðardóttir und ihre Kollegen vom Geological Survey of Denmark and Greenland und der Laval University in Kanada machten eine entscheidende Entdeckung: Sie stellten eine Verbindung zwischen DNA-Spuren von Mikroalgen in Sedimenten und der Anzahl der Tage her, an denen Meereis in dem Gebiet vorhanden war.
Genauer gesagt verifizierte das Team, dass das Targeting von DNA einer Mikroalgenart aus der Gruppe der Dinoflagellaten eine Möglichkeit war, das Ausmaß des Meereises vor Tausenden von Jahren zu messen – eines der größten Opfer des heutigen Klimawandels.
Laut dem Weltklimarat der Vereinten Nationen könnte die Arktis bis Mitte des Jahrhunderts in den wärmsten Monaten ihr gesamtes Meereis verlieren. Zu wissen, wie lange Meereissaisonen in verschiedenen Perioden in der geologischen Vergangenheit der Erde gedauert haben, kann Aufschluss über aktuelle und zukünftige Veränderungen geben.
Das ICEPRINT-Team sammelte Sedimentproben von Meereis, eisigem Oberflächenwasser und Meeresboden entlang der Küste Nordgrönlands sowie in der Naresstraße und der Baffinbucht, Teilen des Meeres, die Grönland und kanadisches Territorium verbinden.
Da das Alter des Sediments bestimmt werden konnte, bewies die Forschung, dass dieser DNA-„Hinweis“ zeigen kann, wie lange die Eissaisonen bereits vor etwa 12.000 Jahren gedauert haben.
„Meereis-Mikroalgen hinterlassen DNA-Spuren im Meeresboden der Ozeane und können uns direkte Beweise für die Variabilität des Meereises in der Vergangenheit liefern“, sagte Harðardóttir. „Das ist ein großartiges Werkzeug.“
Alpine Geheimnisse
Mehrere tausend Kilometer südlich der Arktis, in einer Umgebung, die ähnlich anfällig für die globale Erwärmung ist, hilft eine andere Art von Mikroalgen Wissenschaftlern, alte Klimabedingungen zu rekonstruieren.
Durch die EU finanziert Hydro-ALPS Projekt, das 24 Monate bis Juni 2024 läuft, verwendet ein Team des französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (CNRS) Überreste von Kieselalgen, um vergangene hydrologische Veränderungen in Alpenseen aufzudecken.
Kieselalgen sind mikroskopisch kleine Organismen, die fast alle aquatischen Lebensräume auf der Erde bewohnen.
Die Alpen, eine Gebirgskette, die sich über sieben europäische Länder erstreckt, sind eine wichtige Wasserquelle für Flüsse wie Donau, Rhein, Po und Rhone. Aber es ist unklar, was die Zukunft für diese „Wassertürme Europas“ bereithält, da sie zunehmend von Dürren, Überschwemmungen und Erdrutschen heimgesucht werden.
Unter der Leitung der Diatomeerin und Geochemikerin Rosine Cartier entnimmt das Hydro-ALPS-Team Sedimente aus zwei Seen im Mercantour-Massiv in den französischen Alpen, um Mikrospuren von Diatomeen zu finden, die sich seit dem Rückzug der Gletscher angesammelt haben.
Indem sie wertvolle Informationen aus der Vergangenheit transportieren, können Diatomeen dazu beitragen, das Wissen über die Zukunft lokaler Wasserressourcen zu verbessern.
„Viele Studien haben gezeigt, dass die Lufttemperaturen in den Alpen des Mittelmeerraums schneller steigen als im globalen Durchschnitt“, sagte Cartier. „Wir gehen davon aus, dass dieses Umfeld sehr schnellen Veränderungen unterliegen wird, weshalb wir uns auf diese Seen konzentrieren.“
Ziel ist es, das Verständnis dafür zu verbessern, wie sich diese erhöhte Umgebung im Laufe der Zeit entwickelt hat.
Esellieferungen
Hier könnten sich in Sedimenten konservierte Kieselalgen als nützlich erweisen.
Diese Einzeller bauen mit Sauerstoff und Silizium aus dem Wasser eine Zellwand aus Kieselsäure auf. Wissenschaftler konnten die Silikatschalen dieser Kieselalgen als eine Art Archiv nutzen, in dem Veränderungen in der Wasserchemie im Laufe der Zeit aufgezeichnet werden.
„Auf diese Weise können wir uns ein Bild von Änderungen im Wasserhaushalt und in der Temperatur machen“, sagte Cartier.
Die Radiokohlenstoffdatierung der Sedimente kann diese Veränderungen 12.000 oder 13.000 Jahre zurückverfolgen.
Beide Seen liegen 2 200 Meter über dem Meeresspiegel, was die Vorbereitungen für die wissenschaftliche Feldarbeit erschwert. An einem Punkt benutzten die Forscher Esel, um Material zu den Standorten zu tragen.
Die Menschen nutzten diese besonderen Berggebiete über viele Jahrhunderte hinweg für verschiedene Aktivitäten, darunter Mineraliengewinnung, Weidewirtschaft und Abholzung. Wissenschaftler hoffen daher, dass Seekieselalgen auch aufzeigen könnten, wie der Mensch die Wasserqualität und die Bodenerosion beeinflusst hat.
„Unsere Ergebnisse könnten nicht nur dazu beitragen, die Klimaprognosen auf lokaler Ebene und in den verschiedenen Höhenlagen zu verbessern, sie könnten auch Interessenvertretern helfen, Wasserressourcenstrategien für die Zukunft anzupassen“, sagte Cartier.
Die Forschung in diesem Artikel wurde über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen (MSCA) der EU finanziert. Der Artikel erschien ursprünglich in Horizontdas EU-Magazin für Forschung und Innovation.