Mollusken von Polarexpeditionen enthüllen neue Details über den Ozean

In den frühen Morgenstunden des 30. Oktober 1961 startete ein russischer Bomber und flog nach Norden. Das Flugzeug war auf dem Weg zum Nowaja Semlja-Archipel im russischen Teil der Arktis. Als der Pilot die Inseln weit unten sah, ließ er die Ladung los – eine Bombe von der Größe eines Doppeldeckerbusses.

Während der Pilot beschleunigte, um außer Reichweite zu gelangen, sank die Bombe langsam unter dem Schirm eines riesigen Fallschirms zu Boden. Eine Minute verging, und dann wurde der Himmel vom grellsten Licht erleuchtet, das je von Menschen geschaffen wurde.

Die Bombe, später Tsar Bomba genannt, ist die stärkste Atomwaffe, die jemals gezündet wurde. Es war der Höhepunkt der Atomtests, die die UdSSR, die Vereinigten Staaten und eine Reihe anderer Länder in den Jahren nach dem Zweiten Weltkrieg durchführten.

Zwei Jahre später, im Jahr 1963, einigten sich die Atommächte darauf, atmosphärische Atomtests einzustellen, und die Tests wurden in den Untergrund verlegt.

Doch nach fast 20 Jahren der Detonationen – von der ersten im Jahr 1945 bis zum Vertrag von 1963 – hatte sich die Chemie der Ozeane verändert; Dies ist eine Veränderung, die Tausende von Jahren andauern wird.

Beispielsweise töteten amerikanische und französische Detonationen im Pazifischen Ozean Tausende von Fischen und zerstörten die Artenvielfalt in der Region. Doch die Tests hatten noch eine weitere Konsequenz. Sie erschwerten die Verwendung der Kohlenstoff-14-Datierung.

Der Forscher Christof Pearce vom Department of Geoscience, Arctic Research Centre und iClimate der Universität Aarhus und eine Reihe seiner Kollegen haben versucht, eine Methode zu finden, um diese Probleme zu umgehen. Ihre Arbeit ist veröffentlicht in Geochronologie.

„Wir können das Kohlenstoff-14-Alter von versteinerten Tieren oder Pflanzen, die in Meeressedimenten gefunden wurden, nicht kalibrieren. Die Atomtests erzeugten riesige Mengen an Kohlenstoff-14 in der Atmosphäre, die langsam in den Ozean aufgenommen wurden. Die Atmosphäre hingegen erlangte schnell wieder etwas „Wenn das Gleichgewicht erreicht ist, wird es Hunderte oder sogar Tausende von Jahren dauern, bis der Ozean das Gleiche leisten kann“, sagt Pearce.

„Deshalb brauchen wir Material von vor den Atomtests – und da kommen die Polarexpeditionen ins Spiel. Damit können wir herausfinden, wie viel Kohlenstoff-14 vor den Detonationen vorhanden war, und die Datierung anpassen.“

Was ist Kohlenstoff-14-Datierung?

Die Erdatmosphäre besteht aus einer Reihe von Gasen wie Sauerstoff, CO2 und Stickstoff.

Wenn Stickstoffatome in die oberen Schichten der Atmosphäre gelangen, werden sie von freien Neutronen getroffen, die durch kosmische Strahlung freigesetzt werden. Die Stickstoffatome absorbieren die Neutronen, werden in Kohlenstoff-14 umgewandelt und geben ein Proton ab. Die neuen Kohlenstoff-14-Atome verbinden sich dann mit Sauerstoff und erzeugen CO2.

Bäume, Sträucher und andere Pflanzen nehmen bei der Photosynthese CO2 aus der Luft auf und nehmen somit auch Kohlenstoff-14 auf.

Allerdings besteht der überwiegende Teil des CO2 in der Atmosphäre aus Kohlenstoff-12. Nur ein kleiner Teil des CO2 enthält Kohlenstoff-14, der radioaktiv ist. Daher nehmen Pflanzen hauptsächlich Kohlenstoff-12 auf.

Wenn eine Pflanze stirbt, nimmt sie keinen neuen Kohlenstoff mehr auf. Da Kohlenstoff-14 jedoch radioaktiv ist, zerfällt er und verschwindet langsam. Bei Kohlenstoff-12 ist dies hingegen nicht der Fall. Forscher können berechnen, wie alt ein Pflanzenrest ist, indem sie messen, wie viel Kohlenstoff-14 im Vergleich zu Kohlenstoff-12 übrig ist. Wir wissen, dass die Halbwertszeit von Kohlenstoff-14 5.700 Jahre beträgt – und wir wissen, dass die natürliche Verteilung zwischen Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 ziemlich stabil ist.

Pflanzen werden von Pflanzenfressern gefressen, die dadurch den Kohlenstoff aufnehmen. Die Pflanzenfresser wiederum werden von Fleischfressern gefressen, die es dann ebenfalls aufnehmen. Deshalb kann die Methode auch zur Kohlenstoffdatierung von Tieren und Menschen eingesetzt werden.

Museen sind eine Schatzkammer

Die Atomtests sind nicht der einzige Grund, warum sich das Alter von Kohlenstoff-14 in den Ozeanen verändert hat. Auch der CO2-Ausstoß des Menschen hat das Gleichgewicht verschoben – allerdings in die entgegengesetzte Richtung.

Wie der Name schon sagt, bestehen fossile Brennstoffe aus fossilem Pflanzenmaterial und haben daher ein hohes Kohlenstoff-14-Alter. CO2-Emissionen hatten daher den gegenteiligen Effekt wie die Atombomben, die neues Kohlenstoff-14 erzeugten. Dies ist ein bekanntes Problem, insbesondere für Geologen, Archäologen und andere Forscher, die sich dafür interessieren, wie der Ozean in der Vergangenheit aussah.

Für Pearce sind Sedimentproben eine der wichtigsten Wissensquellen über das Klima und die Meeresumwelt der Vergangenheit. So wie Forscher Eiskerne aus dem Eisschild bohren, um das Klima der Vergangenheit zu untersuchen, nutzen Pearce und seine Kollegen Bohrkerne vom Meeresboden.

Die verschiedenen Schichten in den Kernen sind voller Mikrofossilien und organischem Material, die Aufschluss darüber geben können, wie die Ozeane in der Vergangenheit aussahen.

Doch um das in den Bohrkernen aus dem Meeresboden gespeicherte Wissen nutzen zu können, müssen die Forscher wissen, wann die Schichten entstanden sind. Und hier kommt Kohlenstoff-14 ins Spiel.

„Das Problem ist, dass wir den natürlichen Kohlenstoff-14-Gehalt nicht überall im Ozean kennen. Wir haben keinen Nullpunkt wie in der Atmosphäre. Wenn wir versuchen, eine Sedimentschicht zu datieren, haben wir einen.“ „Oft sind es mehrere hundert Jahre. Wir brauchen Material mit bekanntem Alter aus der Zeit vor den großen menschlichen Störungen. Ich habe lange darüber nachgedacht, wie wir das Kohlenstoffproblem für die Ozeane in Teilen der Arktis lösen könnten“, sagt er Pearce.

„Als ich in Stockholm arbeitete, bin ich an einigen Vitrinen vorbeigegangen, die die Flure der Universität säumen. Sie drehen sich um die alten Polarexpeditionen. Da wurde mir klar, dass es möglicherweise noch Proben aus der Zeit vor den Atomtests gibt, die ich finden konnte.“ prüfen.“

Proben von dänischen und schwedischen Expeditionen

Pearce machte sich dann daran, herauszufinden, ob Proben von den alten Expeditionen erhalten geblieben waren. Wenn sie erhalten blieben, prüfte er, ob er sie verwenden könnte. Er entdeckte schnell, dass sowohl Dänemark als auch Schweden Proben ihrer Polarexpeditionen in Museumssammlungen aufbewahrten.

Eine der alten Expeditionen, die er betrachtete, stach vor fast 100 Jahren von Kopenhagen aus in See. Sie wurde „Godthaab-Expedition“ genannt und obwohl es sich um eine der weniger bekannten Expeditionen handelt, brachten die Forscher auf ihr zahlreiche wertvolle Erkenntnisse mit. Dieses Wissen ist heute eine Goldgrube für Forscher wie Pearce.

„Die Expedition segelte zwischen Grönland und Kanada. Sie maß den Salzgehalt und die Temperatur des Wassers, maß die Tiefe, nahm Bodenproben und sammelte Muscheln. Ein riesiges Unterfangen. Glücklicherweise befinden sich Proben und Aufzeichnungen aus dieser Zeit noch in den Lagerräumen des Zoological Museum in Kopenhagen. Und wie es der Zufall wollte, durften wir einige der Proben mit zurücknehmen. So konnten wir vor den Atomtests den Kohlenstoff-14-Gehalt im Ozean testen.“

Das Schwedische Naturhistorische Museum in Stockholm ermöglichte dem Forschungsteam auch die Entnahme von Proben aus alten Polarexpeditionen.

Ein übelriechender Job

Pearce und seine Kollegen brachten fast 100 Proben in ihr Labor zurück.

Allerdings konnten nur Muscheln und Schnecken mit darin verbliebenem Weichgewebe verwendet werden. Und sie für die Analyse vorzubereiten war keine Aufgabe für Menschen mit einem empfindlichen Geruchssinn.

„Wir haben halb verfaulte Muscheln und Schnecken aus den alten Glasflaschen gefischt. Es roch furchtbar, aber wir mussten sie herausholen und trocknen, bevor sie verwendet werden konnten. Sobald die Proben fertig waren, wurden sie zur Abteilung für Physik und Astronomie gebracht.“ , wo sich das einzige Labor in Dänemark befindet, das eine Kohlenstoff-14-Datierung durchführen kann.“

Dann warteten die Forscher gespannt auf die Ergebnisse und drückten die Daumen, dass die Proben gut genug sein würden.

Eine genauere C14-Datierung

Glücklicherweise waren die Proben gut, und sobald die Ergebnisse eintrafen, konnte Pearce erkennen, dass sie über genügend Daten verfügen würden, um Material aus ganz Grönland genauer zu datieren.

„Und nicht nur das, wir wissen jetzt viel mehr über lokale Unterschiede. Die Konzentration von Kohlenstoff-14 im Ozean wird durch Meeresströmungen beeinflusst. Die niedrigsten Werte wurden rund um die Baffin Bay zwischen Kanada und Grönland gefunden, wo der Einfluss der Arktis herrscht.“ „Der Ozean ist am stärksten. Niedrige Werte wurden auch in Gebieten mit viel Meereis gefunden, das als Barriere zwischen Atmosphäre und Ozean fungiert“, sagt Pearce.

Er erklärt, dass die neuen Berechnungen die Erforschung des Meeresklimas der Vergangenheit genauer machen werden. Dieses Wissen ist entscheidend, wenn wir vorhersagen wollen, wie sich der Klimawandel in Zukunft auf die Ozeane auswirken wird.

„Um zu berechnen, was mit den arktischen Gewässern in Zukunft passieren wird, müssen wir wissen, wie sich der Ozean in den letzten mehreren tausend Jahren entwickelt hat. Und wir haben jetzt ein Werkzeug, das uns dabei hilft, dies genauer zu bestimmen“, sagt er.

„Außerdem denke ich, dass wir gezeigt haben, wie wichtig es ist, die Proben in alten Museumssammlungen zu bewahren. Sie mögen heute nicht von großem Wert sein, aber man weiß nie, sie könnten in der Zukunft wichtig sein, genau wie die 100-Jahr-Sammlung.“ -alte Weichtiere wurden uns plötzlich wichtig.“