Staub vom trockenen Puna-Plateau im Nordwesten Argentiniens war in den letzten beiden Eiszeitzyklen – insbesondere zu Beginn dieser Zyklen – eine wichtige Eisenquelle für den nährstoffarmen Südpazifik. Das war das zentrale Ergebnis einer Studie, die im vorgestellt wurde Proceedings of the National Academy of Sciences Fachzeitschrift eines Forscherteams um den Geochemiker Dr. Torben Struve von der Universität Oldenburg.
Der Jetstream-Zirkulation – mächtige Luftströmungen, die in mehreren Kilometern Höhe von West nach Ost strömen –, so die Theorie des Teams, erfasste die feinen Mineralpartikel auf der Ostseite der Anden und transportierte sie fast um den gesamten antarktischen Kontinent zum Südostpazifik. Anhand eines Sedimentkerns vom Meeresboden als Klimaarchiv konnten die Forscher die Beiträge verschiedener Staubquellen auf den umliegenden Kontinenten rekonstruieren.
Atmosphärischer Staub ist eine Schlüsselkomponente des Klimasystems. Einerseits beeinflussen Feinstaubpartikel den Energiehaushalt der Erde, weil sie in großer Höhe einfallendes Sonnenlicht reflektieren und so kühlend wirken. Andererseits können mineralische Partikel Nährstoffe wie Eisen und Mangan in abgelegene Meeresgebiete transportieren, wo sie das Algenwachstum anregen.
Wenn die Algen absterben und in die Tiefsee absinken, entziehen sie der Atmosphäre Kohlendioxid, das zusätzlich kühlend wirkt. Diese Mechanismen können im abgelegenen und eisenarmen subpolaren Südpolarmeer besonders wirksam sein, so dass Veränderungen im Staubzyklus der südlichen Hemisphäre eine bedeutende Rolle beim natürlichen Wechsel zwischen kalten Eiszeiten und warmen Zwischeneiszeiten in der Vergangenheit zugeschrieben wird. Die Quellen und Transportwege von Staub sind daher seit einiger Zeit Gegenstand intensiver Forschung.
Staub aus Südamerika dominierte während des gesamten Untersuchungszeitraums
Struves Team analysierte einen Sedimentkern vom Meeresboden des subpolaren Südpazifik, in dem die Ablagerungen bis vor 260.000 Jahre zurückreichen und damit zwei Eiszeiten abdecken. Anhand des geochemischen Fingerabdrucks der Staubfraktion im Kern konnten die Forscher den Anteil von Partikeln aus Südamerika, Südafrika, Australien und Neuseeland in den verschiedenen Phasen der beiden Eiszeiten bestimmen.
„Wir waren überrascht, dass Staub aus Südamerika während des gesamten Untersuchungszeitraums dominierte, obwohl er eine sehr lange Strecke von der Quelle bis zu unserer Probenahmestelle zurücklegen musste“, sagt Struve, Hauptautor der Veröffentlichung.
Bis zu zwei Drittel der Partikel stammen laut Analyse von dort, besonders hoch war dieser Anteil zu Beginn der Eiszeiten. Landmassen, die näher an der Probenahmestelle liegen, wie Australien und Neuseeland, trugen nur etwas mehr als die Hälfte des abgelagerten Staubs bei, und das über relativ kurze Zeiträume. Ihre Beiträge nahmen besonders gegen Ende der Eiszeiten zu, als die globalen Temperaturen wieder zu steigen begannen.
Die Forscher schließen aus diesen Daten, dass der südamerikanische Staub aus den hochgelegenen Quellregionen der östlichen Anden in den Jetstream emittiert wurde und in den oberen Schichten der Atmosphäre um die Antarktis reiste. Staubpartikel aus den niedrig gelegenen Quellregionen in Australien und Neuseeland hingegen wurden mit dem Regen schneller aus der Atmosphäre gespült, so dass sie für den Langstreckentransport selten solche Höhen erreichten.
Die Studie zeigte, dass der größte Teil des südamerikanischen Staubs aus Regionen in den Anden stammt, die sich über den Nordwesten des heutigen Argentinien und Südbolivien erstrecken und in Höhen von bis zu 5.000 Metern liegen. Dieses Gebiet umfasst Teile des Puna-Altiplano-Plateaus und die trockenen Hochtäler der zentralen Anden. Als potenzielle Eisenquelle für den Südlichen Ozean wurde ihm bisher jedoch wenig Beachtung geschenkt. Das Team berichtet, dass der aus dieser Region stammende Staub während der Eiszeiten höhere Anteile an bioverfügbarem Eisen enthielt, wahrscheinlich aufgrund einer erhöhten Gletscheraktivität in den Quellregionen.
Die Staubproduktion aus allen Quellen nahm in den Eiszeiten zu
Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Staubproduktion aus allen Quellen in den Eiszeiten im Vergleich zu den wärmeren Zwischeneiszeiten zugenommen hat, mit der Folge, dass der Eiseneintrag aus dem Staub um den Faktor drei bis sechs gestiegen ist – ein Befund, der frühere Studien bestätigt in kühleren Klimazonen trockener und vermutlich auch windiger als in warmen Perioden. Das Team fand in den Daten auch Hinweise darauf, dass sich die um die Antarktis vorherrschenden Westwinde am Ende der Eiszeiten und während der warmen Zwischeneiszeiten nach Süden verlagerten oder abschwächten.
Diese Erkenntnisse könnten zu einem besseren Verständnis des Wechsels zwischen Eis- und Zwischeneiszeiten auf der Südhalbkugel beitragen, bemerkt Struve. „Wie genau die natürliche Eisendüngung im Südpolarmeer diese klimatischen Veränderungen verstärkte, ist noch nicht vollständig verstanden“, ergänzt der Geochemiker, betont aber, dass die neuen Daten wertvolle Erkenntnisse bieten und in aktuelle Erdsystemmodelle einfließen könnten, die wiederum liefern würden ein detaillierteres Bild der beteiligten Prozesse.
Die Frage, ob es sinnvoll sei, nährstoffarme Meeresgebiete künstlich mit Eisen zu düngen, um den derzeitigen Klimawandel zu reduzieren, könne mit dieser Studie jedoch nicht beantwortet werden, so Struve. „Da wäre ich sehr vorsichtig – um einen signifikanten Effekt zu erzielen, müsste man abgelegene Meeresgebiete über lange Zeiträume und in großem Umfang mit bioverfügbarem Eisen versorgen. Das scheint kaum machbar.“
Mehr Informationen:
Torben Struve et al, Systematische Änderungen des zirkumpolaren Staubtransports in den subantarktischen Pazifik während der letzten beiden Eiszyklen, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2206085119
Zur Verfügung gestellt von der Universität Oldenburg