{"id":3608,"date":"2024-07-11T15:00:50","date_gmt":"2024-07-11T13:00:50","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/?p=3608"},"modified":"2024-07-08T16:18:50","modified_gmt":"2024-07-08T14:18:50","slug":"die-entstehung-des-antarktischen-eises","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/2024\/07\/11\/die-entstehung-des-antarktischen-eises\/","title":{"rendered":"Die Entstehung des Antarktischen Eises"},"content":{"rendered":"

Let\u2019s talk about deep time!<\/strong><\/span><\/h2>\n

Von Hanna Knahl<\/em><\/span><\/p>\n

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Abbildung 1 – Dies ist eine k\u00fcnstlerische Darstellung des \u00dcbergangs der Antarktis von einem warmen Klima mit Wald zu einem k\u00e4lteren Klima mit zunehmendem Eis vor 34 Millionen Jahren. Quelle: Erstellt mit AI Image Generator<\/span><\/p><\/div>\n

Lasst uns wieder in die Vergangenheit reisen, tief in den Sedimenten graben und sehen, welches Gesicht die Antarktis uns diesmal zeigen will! Ist sie hei\u00df und bunt oder cool und eisig? Oder ist sie beides? Meine „Zeitmaschine“ wird uns in ein Klima voller Ver\u00e4nderungen und Geheimnisse zur\u00fcckbringen.<\/strong><\/span><\/p>\n

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Abbildung 2 – Nagelneue Ver\u00f6ffentlichung \u00fcber eine Zeit voller Ver\u00e4nderungen und meine erste Co-Autorinnenschaft! Quelle: Screenshot science.org (angepasst) [1]<\/span><\/p><\/div>\n

Wir sind wieder auf Zeitreise! Das letzte Mal sind wir 90 Millionen Jahre zur\u00fcckgereist<\/a>, jetzt sind es „nur“ 34 Millionen Jahre – immer noch „deep“. Keine Ahnung, was das bedeutet? Kein Problem, ich zeige es euch! Genau das ist es, was ich in meiner Doktorarbeit fast jeden Tag tue. Jetzt bin ich an einer nagelneuen Ver\u00f6ffentlichung \u00fcber ziemlich altes Zeug beteiligt [1]. Das ist wirklich aufregend, denn sie zeigt uns ein weiteres erstaunliches Gesicht der Antarktis.<\/span><\/p>\n

Die Antarktis hat mehr als ein Gesicht\u2026<\/strong><\/span><\/p>\n

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Abbildung 3 – Die mysteri\u00f6sen Gesichter der Antarktis<\/span><\/p><\/div>\n

…das wisst ihr bereits. W\u00e4hrend des letzten Abenteuers habt ihr herausgefunden, dass die Antarktis w\u00e4hrend der Kreidezeit (der Zeit der Dinosaurier) nicht kalt und eisig war, sondern warm und voller Leben. Ein gem\u00e4\u00dfigter Regenwald bedeckte den Kontinent am S\u00fcdpol, das „hei\u00dfe Gesicht“ der Antarktis. Das war vor etwa 90 Millionen Jahren. [2] Und heute zeigt die Antarktis ihr „cooles Gesicht“, denn sie ist von einem riesigen Eisschild bedeckt. Dazwischen muss es also einen gro\u00dfen Wandel gegeben haben – von hei\u00df zu kalt, von Wald zu Eis! Dieser \u00dcbergang fand zwischen den Epochen Eoz\u00e4n und Oligoz\u00e4n statt. Das war vor 34 Millionen Jahren. Wie mag das ausgesehen haben? Zeig uns ein anderes Gesicht, Antarktis!<\/span><\/p>\n

Seeehr alte Sedimente
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Ihr habt bereits gelernt, wie man aus Meeressedimenten die Vegetation und das Klima in der Vergangenheit herausfinden kann. Ich habe euch gezeigt, wie Wissenschaftler*innen auf Schiffsexpeditionen gehen und mit speziellen Ger\u00e4ten in den Meeresboden bohren.<\/span><\/p>\n

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Figure 4 – Die Expedition PS104 mit dem Forschungsschiff Polarstern bohrte Sedimentbohrkerne in der Amundsensee (West Antarktis). Quelle: Alfred-Wegener-Institut \/ Thomas Ronge<\/span><\/p><\/div>\n

Auf diese Weise k\u00f6nnen sie die \u00f6rtlichen Bedingungen in der Vergangenheit rekonstruieren (siehe Tabelle 1). Vor 34 Millionen Jahren lagen die Temperaturen weit \u00fcber 0 \u00b0C (die kritische Schwelle f\u00fcr die Bildung von Eis). Es war also immer noch warm, aber nicht so warm wie in der Kreidezeit. Au\u00dferdem gab es in der Westantarktis viel Niederschlag – sogar noch mehr als in der Kreidezeit.<\/span><\/p>\n

Tabelle 1 – Aus den Sedimentkernen ermittelte Klimaparameter f\u00fcr die Kreidezeit [2] und den Eoz\u00e4n-Oligoz\u00e4n-\u00dcbergang [1]. CO2 in Teilen pro Million nach Volumen (ppmv)
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Klima in der West Antarktis<\/span><\/td>\nKreidezeit<\/span><\/td>\nEocene-Oligocene-\u00dcbergang<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
CO2<\/sub><\/span><\/td>\n~ 1000 ppmv<\/span><\/td>\n~500-850 ppmv<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Temperatur (j\u00e4hrliches Mittel)<\/span><\/td>\n~13\u00b0C<\/span><\/td>\n~7.5\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Temperatur (Sommer)<\/span><\/td>\n~18.5\u00b0C<\/span><\/td>\n~12.8\u00b0C<\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Niederschlag<\/span><\/td>\n~1.120 mm pro Jahr<\/span><\/td>\n~1.500 mm pro Jahr<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Das war noch nicht alles! Der Sedimentkern zeigt auch „keinen Hinweis auf die Anwesenheit von Eis“ in der N\u00e4he der Bohrstelle in der Zeit vor 34 Millionen Jahren. Das bedeutet, dass es kein Eisschild gegeben haben kann, das bis zur K\u00fcste und in den Ozean reichte. Daher gab es in diesem Ozeanbecken auch keine treibenden Eisberge. Stattdessen gab es an Land einen kalten, gem\u00e4\u00dfigten Wald, wie er heute in Patagonien (ganz im S\u00fcden S\u00fcdamerikas) existiert. [1]<\/span><\/p>\n

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Abbildung 5 – Hier ist ein \u00e4hnlicher Sedimentkern zu sehen, der an einem anderen Ort in der Antarktis, dem Rossmeer, gebohrt wurde. Er hat seinen Ehrenplatz im geowissenschaftlichen Labor des Alfred-Wegener-Instituts in Bremerhaven erhalten. Es ist in St\u00fccke von 1 Meter L\u00e4nge zerschnitten, um das Handling zu erleichtern. Beginnend mit den j\u00fcngsten Sedimenten von links bis zu den \u00e4ltesten (Eoz\u00e4n) rechts. Quelle: Eigenes Bild<\/span><\/p><\/div>\n

So weit so gut, aber warum ist das so interessant?<\/span><\/strong><\/p>\n

Wir wissen aus anderen Studien, dass die CO2<\/sub>-Konzentration und die Temperaturen in dieser Zeit deutlich gesunken sind. [3] Die k\u00e4lteren Temperaturen lie\u00dfen das Eis wachsen. Und aus Rekonstruktionen von Isotopen an fossilen Meeresorganismen wissen wir, dass es Eis gegeben haben muss – irgendwo auf der Erde. [4] Die Frage ist: WO?<\/span><\/p>\n

Wir wissen, dass die Westantarktis sensibler f\u00fcr warme Temperaturen ist als der Osten. Was meine ich mit West und Ost, wenn wir \u00fcber den S\u00fcdpol sprechen? Werft dazu einen Blick auf Abbildung 6. Im Westen sehen wir gro\u00dfe Ozeanbecken und weniger Land \u00fcber dem Meeresspiegel als im Osten. In warmen Klimazonen ist nicht nur die Atmosph\u00e4re warm, sondern auch der Ozean speichert eine Menge W\u00e4rme. Dieser W\u00e4rmespeicher ist sehr bedeutend und macht es viel schwieriger, ein Eisschild im Westen zu bilden und zu erhalten als im Osten. Wir haben uns also gefragt:<\/span><\/p>\n

Kann es im Osten ein Eisschild gegeben haben, w\u00e4hrend der Westen eisfrei blieb?<\/span>
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Abbildung 6 – Topographie der Antarktis vor 34 Millionen Jahren. Mit Westantarktis meine ich die linke H\u00e4lfte in der N\u00e4he S\u00fcdamerikas, d. h. westlich des 0\u00b0-Meridians von Greenwich. Mit Osten (East) meine ich die andere H\u00e4lfte in der N\u00e4he von Australien. Der rosa Stern markiert den Bohrort des Sedimentkerns. Quelle: Eigene Darstellung nach [5]<\/span><\/p><\/div>\n

Was w\u00e4ren Zeitreisen ohne eine Zeitmaschine?<\/strong><\/span><\/p>\n

Wie kann man diese Frage angehen? Wir wollten uns ein Bild vom gesamten antarktischen Kontinent machen. Und mal ehrlich, was w\u00e4re eine Zeitreise ohne eine Zeitmaschine? Deshalb habe ich begonnen, das „Gesicht“ der Antarktis mit meiner Zeitmaschine – einem Klimamodell – zu simulieren.<\/span><\/p>\n

Meine „Zeitmaschine“ hat den langen Namen Alfred-Wegener-Institut Erdsystemmodell (AWI-ESM-2.1) und das Parallele Eisschildmodell (PISM). Sie sieht aus wie in der folgenden Abbildung skizziert:<\/span><\/p>\n

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Abbildung 7 – AWI-ESM 2.1 simuliert das Klima, wobei Ozean, Atmosph\u00e4re und Land miteinander interagieren. PISM simuliert das Eisschild. Beide Modelle sind in der Lage, miteinander zu kommunizieren. Quelle: Eigene Darstellung<\/span><\/p><\/div>\n

Es ist ein Computermodell, das mathematische Gleichungen verwendet, die die Dynamik des Ozeans, der Atmosph\u00e4re, der Landoberfl\u00e4che und des Eises beschreiben. Die Pfeile zeigen an, dass die verschiedenen Komponenten miteinander interagieren, so dass sie sehen, was die anderen tun, und sich entsprechend anpassen.<\/span><\/p>\n

Bereit zum Abheben?<\/strong><\/span><\/p>\n

Wenn ich mein Modell laufen lasse, f\u00fchrt es mich zur\u00fcck in ein Klima, das viel w\u00e4rmer ist als heute, aber k\u00e4lter als in der Kreidezeit. Wir finden also keinen gem\u00e4\u00dfigten Regenwald mehr, sondern kaltgem\u00e4\u00dfigte W\u00e4lder und Str\u00e4ucher im Westen, was durch die fossilen \u00dcberreste im Sediment belegt wird. Wenn wir jedoch in die Ostantarktis blicken, zeigt das Modell dort einen gut entwickeltes Eisschild! (Siehe Abbildung 8)<\/span><\/p>\n

Jippie, unsere Frage ist beantwortet!<\/span> <\/strong><\/span><\/p><\/blockquote>\n

Zumindest f\u00fcr dieses Modell und diesen Aufbau. Wie immer in der Wissenschaft gibt es Unsicherheiten. Verschiedene Modelle und Einstellungen zeigen sehr unterschiedliche Gr\u00f6\u00dfen des Eisschildes zu dieser Zeit. Das liegt daran, dass wir immer noch L\u00fccken in unserem Wissen \u00fcber die Bedingungen und den Zeitpunkt des \u00dcbergangs vom warmen zum kalten Klima haben. Au\u00dferdem unterscheiden sich die Klimamodelle in ihren jeweiligen St\u00e4rken und Schwerpunkten. Nichtsdestotrotz bringen uns meine Modellergebnisse im Zusammenspiel mit Daten aus Sedimentkernen einen Schritt weiter, um unsere Wissensl\u00fccken in dieser besonderen Zeit voller Ver\u00e4nderungen zu schlie\u00dfen und damit numerische Modelle f\u00fcr Simulationen mit hohem CO2<\/sub>-Gehalt zuverl\u00e4ssiger zu machen.<\/span><\/p>\n

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Abbildung 8 – Dicke des Eisschilds (links) und Vegetationstyp (rechts) simuliert durch das Klimamodell. Quelle: [1] Bearbeitet<\/span><\/p><\/div>\n

Man k\u00f6nnte zum Beispiel denken, dass das Eis auf den h\u00f6chsten Bergen im Osten zu wachsen beginnt, wo es am k\u00e4ltesten ist. Falsch gedacht! Wir sehen, dass das Eis tats\u00e4chlich in K\u00fcstenn\u00e4he auf dem Festland zu wachsen beginnt, wo sich – zur gleichen Zeit – die transantarktischen Berge beginnen zu erheben. Warum ist das so? Ihr habt bereits in dem Artikel \u00fcber die Kreidezeit gelernt, dass man nicht nur kalte Temperaturen braucht, um eine Eisdecke wachsen zu lassen, sondern auch gen\u00fcgend Niederschlag. Wenn es keinen Schnee gibt, kann es so kalt sein, wie es will, es wird sich kein Eisschild bilden. Das ist der Effekt, den wir in dem Modell sehen. Nur an der K\u00fcste gibt es genug Niederschlag, um den Prozess des Aufbaus einer Eisdecke in Gang zu setzen, bei dem sich jede Schneeschicht auf die Vorherige legt.<\/span><\/p>\n

Das Eisschild w\u00e4chst bis zu einer Gr\u00f6\u00dfe, die etwa 35 Metern des Meeresspiegels entspricht, was bedeutet: Wenn das Eis schmelzen w\u00fcrde, w\u00fcrde der globale mittlere Meeresspiegel um etwa 35 Meter ansteigen. F\u00fcr das heutige antarktische Eisschild betr\u00e4gt dieser Wert etwa 58 Meter. [6] Das modellierte ostantarktische Eisschild ist also schon ziemlich gro\u00df und hat einen gro\u00dfen Einfluss auf das lokale und globale Klima. Aber das wird Teil zuk\u00fcnftiger Forschung sein;)<\/span><\/p>\n

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Ein neues Gesicht der Antarktis ist enth\u00fcllt<\/strong><\/span><\/p>\n

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Abbildung 9 – Das Gesicht der Antarctis als das Eis zu wachsen begann. Quelle: Ver\u00e4ndert nach der Erzeugung durch KI<\/span><\/p><\/div>\n

Mit vereinten Kr\u00e4ften haben Sedimente und Modellsimulationen erneut ein neues Gesicht der Antarktis enth\u00fcllt. W\u00e4hrend des \u00dcbergangs von hei\u00dfem zu kaltem Klima zeigt die Antarktis ein Gesicht aus beidem – Eis und Wald. W\u00e4hrend im Westen noch k\u00fchl-gem\u00e4\u00dfigte Vegetation und milde Temperaturen herrschen, ist im Osten bereits ein gut entwickelter Eisschild zu sehen. Dieser \u00dcbergang setzte sich fort und machte schlie\u00dflich dem riesigen Eisschild Platz, das den gesamten Kontinent bis heute bedeckt. Lasst uns unser Bestes tun, um dieses wunderbare Eisschild zu erhalten!<\/span><\/p>\n

Touch down in der Gegenwart…<\/span><\/p>\n

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Quellen<\/strong><\/span><\/p>\n

[1] J. P. Klages\u00a0et al.<\/em>, Ice sheet\u2013free West Antarctica during peak early Oligocene glaciation. Science <\/em>0<\/strong>, eadj3931 DOI:10.1126\/science.adj3931<\/a><\/span><\/p>\n

[2] Klages, J.P., Salzmann, U., Bickert, T. et al.<\/em> Temperate rainforests near the South Pole during peak Cretaceous warmth. Natu<\/em>re<\/em> 580<\/strong>, 81\u201386 (2020). https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41586-020-2148-5<\/span><\/p>\n

[3] Hutchinson, D. K. et al. (2021). \u201cThe Eocene\u2013Oligocene transition: a review of marine and terrestrial proxy data, models and model\u2013data comparisons\u201d. In: Climate of the Past 17.1, pp. 269\u2013315. doi: 10.5194\/cp-17-269-2021.<\/span><\/p>\n

[4] Bohaty, S. M. et al. (2012). \u201cForaminiferal Mg\/Ca evidence for Southern Ocean cooling across the Eocene\u2013Oligocene transition\u201d. In: Earth and Planetary Science Letters 317-318, pp. 251\u2013261. issn: 0012-821X. doi: 10.1016\/j.epsl.2011.11.037.<\/span><\/p>\n

[5] Paxman, G. J. G. et al. (2019). \u201cReconstructions of Antarctic topography since the Eocene-Oligocene boundary\u201d. In: Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology 535.109346. doi: 10.1016\/j.palaeo.2019.109346.<\/span><\/p>\n

[6] IPCC, 2019: Climate Change and Land: an IPCC special report on climate change, desertification, land degradation, sustainable land management, food security, and greenhouse gas fluxes in terrestrial ecosystems [P.R. Shukla, J. Skea, E. Calvo Buendia, V. Masson-Delmotte, H.-O. P\u00f6rtner, D. C. Roberts, P. Zhai, R. Slade, S. Connors, R. van Diemen, M. Ferrat, E. Haughey, S. Luz, S. Neogi, M. Pathak, J. Petzold, J. Portugal Pereira, P. Vyas, E. Huntley, K. Kissick, M. Belkacemi, J. Malley, (eds.)]. In press.<\/span><\/p>\n

\u00dcbersetzt mit der Unterst\u00fctzung durch KI (deepl.com)<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Let\u2019s talk about deep time! Von Hanna Knahl Lasst uns wieder in die Vergangenheit reisen, tief in den Sedimenten graben und sehen, welches Gesicht die Antarktis uns diesmal zeigen will! Ist sie hei\u00df und bunt oder cool und eisig? Oder ist sie beides? Meine „Zeitmaschine“ wird uns in ein Klima voller Ver\u00e4nderungen und Geheimnisse zur\u00fcckbringen.<\/p>\n","protected":false},"author":12876,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_bbp_topic_count":0,"_bbp_reply_count":0,"_bbp_total_topic_count":0,"_bbp_total_reply_count":0,"_bbp_voice_count":0,"_bbp_anonymous_reply_count":0,"_bbp_topic_count_hidden":0,"_bbp_reply_count_hidden":0,"_bbp_forum_subforum_count":0,"footnotes":""},"categories":[512672],"tags":[],"class_list":["post-3608","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-schreibwerkstatt","post-preview"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3608","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/12876"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=3608"}],"version-history":[{"count":8,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3608\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":3636,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/3608\/revisions\/3636"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=3608"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=3608"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=3608"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}