Den Ursachen rascher Eisschildinstabilitäten in der Klimageschichte auf der Spur

Extreme Abkühlungsereignisse während der letzten Eiszeit, sogenannte Heinrich-Ereignisse im Nordatlantik, sind ein gutes Beispiel dafür, wie lokale Prozesse das globale Klima verändern. Während die Auswirkungen der Heinrich-Ereignisse auf die globale Gletscherumgebung in der wissenschaftlichen Literatur gut dokumentiert sind, sind ihre Ursachen noch unklar. Forscher aus Bremen, Kiel, Köln und São Paulo (Brasilien) haben nun in einer neuen Studie gezeigt, dass ein Hitzestau in der tieferen Labradorsee zu Instabilitäten im Laurentiden-Eisschild führte, das damals große Teile Nordamerikas bedeckte. Dadurch wurden die Heinrich-Ereignisse ausgelöst. Die Forscher demonstrierten dies, indem sie vergangene Temperaturen und Salzgehalte im Nordatlantik rekonstruierten. Ihre Ergebnisse wurden nun in veröffentlicht Naturkommunikation.

Heinrich-Ereignisse – oder genauer gesagt Heinrich-Schichten – sind wiederkehrende, auffällige, meist 10 bis 15 Zentimeter dicke Sedimentschichten mit groben Gesteinsbestandteilen, die die ansonsten feinkörnigen ozeanischen Ablagerungen im Nordatlantik unterbrechen. In den 1980er Jahren vom Geologen Hartmut Heinrich entdeckt und erstmals beschrieben, nannte der US-Geochemiker Wally Broecker sie später offiziell Heinrich-Schichten, was in der Paläozeanographie zu einem Standardbegriff geworden ist.

Das Vorhandensein von Heinrich-Schichten wurde im gesamten Nordatlantik festgestellt, von Island nach Süden bis zu einer Linie, die von New York nach Nordafrika verläuft. Solch grober Gesteinsschutt konnte nur durch Eisberge von seinem Ursprungsort in der Hudson Bay so weit transportiert werden.

„Die eigentliche Bedeutung dieser Heinrich-Ereignisse liegt jedoch darin, dass mit der Schmelzphase und dem Ablösen von Eisbergen große Mengen an Süßwasser in den Nordatlantik eingetragen wurden“, sagt Lars Max, Paläozeanograph am MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen und Erstautor der Studie. Im Rahmen ihrer Arbeit rekonfigurieren er und seine Co-Autoren die Wechselbeziehungen zwischen Heinrich-Schichten, Süßwasserversorgung und Veränderungen in der Ozeanzirkulation. Eine dünne Süßwasserlinse, die während der Heinrich-Ereignisse auf Millionen Kubikkilometern Wasser lag, gilt derzeit als Ursache für die Störung der Atlantischen Meridionalen Umwälzzirkulation (AMOC) oder ihre vollständige Abschaltung mit tiefgreifenden regionalen und globalen klimatischen Folgen. Die AMOC ist nur ein Segment des globalen Förderbandes der Meeresströmungen, das von Temperatur und Salzgehalt angetrieben wird und eine bedeutende Rolle im Klimasystem spielt.

„Ursprünglich wurde die Störung als Folge interner Instabilitäten des Eisschildes selbst angesehen. Unsere Studie liefert jedoch Hinweise darauf, dass Veränderungen im Ozean einen destabilisierenden Einfluss auf den Eisschild auf dem nordamerikanischen Kontinent hatten“, sagt Lars Max. Die Untersuchung eines vom Forschungsschiff Maria S. Merian gewonnenen Sedimentkerns am Ausgang der Labradorsee im Nordatlantik liefert den ersten handfesten Hinweis auf wiederkehrende, massive Ansammlungen von Ozeanwärme in den tieferen Schichten des subpolaren Nordatlantiks. Dies erleichterte das Abschmelzen der polaren Eisschilde von unten.

„Tatsächlich konnten wir mit spurenelement- und isotopenanalytischen Methoden Temperatur- und Salzgehaltserhöhungen in rund 150 Metern Wassertiefe rekonstruieren, die den Heinrich-Ereignissen immer systematisch zeitlich vorausgingen und Zeiten eines bereits geschwächten Atlantiks entsprachen Meridional Overturning Circulation“, erklärt Dirk Nürnberg vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel, der für die Laboranalysen verantwortlich ist.

Dies deutet darauf hin, dass Veränderungen in der Ozeanzirkulation die Instabilitäten der Eisschilde ausgelöst haben. Eine kontinuierliche Erwärmung des Ozeans in dieser Tiefe war entscheidend für die Destabilisierung des Schelfeises von unten und führte schließlich zum beschleunigten Abwurf von Eisbergen – den Heinrich-Ereignissen.

Das Verständnis der Prozesse aus der Erdgeschichte ermöglicht es uns auch, Veränderungen besser vorherzusagen, die mit der aktuellen globalen Erwärmung einhergehen werden. „Sollte sich die Umwälzzirkulation aufgrund des anthropogenen Klimawandels in Zukunft abschwächen“, schlägt Christiano Chiessi von der Universität São Paulo vor, „würden wir eine beschleunigte Erwärmung des tieferen subpolaren Nordatlantiks erwarten, die sowohl die Stabilität der Gegenwart negativ beeinflussen könnte arktischen Gletschern und dem Süßwasserhaushalt des Nordatlantiks.“

Der jüngste Sachstandsbericht des Weltklimarats (IPCC) (2021) kommt zu dem Schluss, dass es bei anhaltender Erwärmung des Klimas innerhalb dieses Jahrhunderts zu einer Abschwächung der Umwälzzirkulation im Atlantik kommen könnte. Auch eine verstärkte Erwärmung des tieferen subpolaren Nordatlantiks und ein schnelleres Abschmelzen der arktischen Gletschermassen könnten zu einer weiteren Beschleunigung des globalen Meeresspiegelanstiegs führen. Wie auch Lars Max betont, ist jedoch zu erwarten, dass die Stabilität des antarktischen Eisschildes eine wesentliche Rolle im Verlauf des Meeresspiegelanstiegs spielen wird. Weitere Studien sind dringend erforderlich, um besser vorhersagen zu können, inwieweit die zukünftige Verlangsamung der Umwälzzirkulation und eine mögliche Erwärmung des tieferen Ozeans die zukünftige Stabilität des antarktischen Eisschilds beeinflussen könnten.

Zur Verfügung gestellt von der Universität Bremen