Eisbohrkerne

Das Norwegische Polarinstitut untersucht die Masse und Verteilung der Gletscher und wie sich der Klimawandel von Jahr zu Jahr auf sie auswirkt. Alte Eisschichten in Gletschern können zudem als Klimaarchive dienen sowie als Indikator für die Verbreitung von Umweltgiften.

Ein tiefgefrorenes Klimaarchiv

Schnitt durch einen Eiskern.

Schnitt durch einen Eiskern. Im Eis gibt es eingeschlossene Luftblasen und Partikel, die Treibhausgase wie z. B. CO2 enthalten. Photo: Ola Brandt / Norwegishe Polarinstitut

Chemikerin untersucht einen Eisbohrkern auf dem Lomonosovfonna.

Chemikerin Anja Eichler untersucht einen Eisbohrkern auf dem Lomonosovfonna. Bohrung und Verpackung der Eiskerne werden in einem Bohrzelt vorgenommen, um das Eis vor Wind und Sonne zu schützen. Photo: Gerit Rotschky / Norwegishe Polarinstitut

Eine 149 Meter tiefe Eiskernbohrung wird durchgeführt.

Wissenschaftler vom Norwegischen Polarinstitut und dem Paul Scherrer Institut in der Schweiz während Geländearbeiten auf dem Lomonosovfonna, Svalbard. Eine 149 Meter tiefe Eiskernbohrung wird durchgeführt. Photo: Gerit Rotschky / Norwegishe Polarinstitut

Die Eisschilde der Antarktis und Grönlands enthalten gefrorene Informationen über das Klima der Vergangenheit. Der Schnee, der hier einmal fiel, gibt uns wichtige Informationen über das Klima in früheren Zeiten.

Wir können auf dieses Archiv zurückgreifen, indem wir in der Antarktis Kernbohrungen in Tiefen bis zu 3000 Metern durchführen. In den Eisbohrkernen können wir sehen, wie sich die Temperaturen im Laufe von Hunderttausenden von Jahren verändert haben und wie Vereisungen kamen und gingen. Diese Informationen lassen Vergleiche mit unserer eigenen Zeit zu. In den kleinen Luftblasen im Eis sehen wir, wie sich die Atmosphäre abhängig von den jeweiligen Temperaturen vor 700 000 Jahren zusammengesetzt hat. Mithilfe von Eisbohrkernen aus der Antarktis finden wir heraus, dass die Konzentration von Treibhausgasen (u.a. CO2) in der Erdatmosphäre heute höher ist als je zuvor.

60 Prozent der Landfläche Svalbards sind von Gletschern bedeckt, aber diese bieten sich nicht so leicht als Klimaarchiv an. Das Problem ist, dass hier im Sommerhalbjahr sehr viel Eis schmilzt, sodass Informationen verschwinden, wenn das Schmelzwasser durchs Eis sickert. Wenn man jedoch die höchstgelegenen Gletscher auswählt, wo die Abschmelzung geringer ist, kann man auch hier wertvolle Klimaarchive finden.
Unsere Eisbohrkerne aus Svalbard repräsentieren die letzten 1000 Jahre.

Altersdatierungen von Gletscherbohrkernen

Wie bei allen Arten von Klimaarchiven sind Altersdatierungen wichtig. Um das Alter eines Eisbohrkerns zu bestimmen, gibt es viele verschiedene Methoden, von denen in den meisten Fällen mehrere parallel genutzt werden. Zeithorizonte, die weltweite Ereignisse widerspiegeln, sind in diesem Zusammenhang wichtig. So weist Schnee, der nach Atomwaffentests fiel, wie sie in Sibirien zwischen 1954 und 1974 stattgefunden haben, hohe Konzentrationen des radioaktiven Isotops Cäsium (Cs-137) auf und bildet so einen datierbaren Zeithorizont im Eis von Svalbard. Die höchste Konzentration von radioaktiven Isotopen durch nukleare Explosionen wurde im Zeitraum 1962-1963 gemessen. Messungen im Zusammenhang mit dem Reaktorunfall von Tschernobyl im Jahr 1986 können vereinzelt auch verwendet werden, um den Schnee auf Svalbard zu datieren, aber die Spuren sind nicht so offensichtlich wie nach den Atomwaffentests in Sibirien.

Bekannte Vulkanausbrüche sind eine weitere anwendbare Datierungsmethode. In allen unseren Bohrkernen aus dem Eis von Svalbard ist der Ausbruch des isländischen Vulkans Laki im Jahr 1783 deutlich in Form von hohen Sulfatinhalten sichtbar, und es finden sich auch auch einige Partikel von vulkanischer Asche im Eis.

Wie erhält man Informationen aus Eisbohrkernen?

Glaziologische Geländearbeit auf dem Eisschelf Fimbulisen in der Antarktis.

Glaziologische Geländearbeit auf dem Eisschelf Fimbulisen in der Antarktis im Rahmen des Forschungsprojektes ICE-Fimbulisen. Photo: Helgard Anschütz / Norwegishe Polarinstitut

Eisbohrkerne sind ein erstaunliches Archiv, wenn es darum geht, die Klimageschichte zu rekonstruieren. Sie enthalten viel mehr Informationen als zum Beispiel die relativ kurzen Messreihen der Lufttemperatur Svalbards, die erst im Jahre 1911 begannen.

Die 1000 Jahre lange Zeitreihe von Klimadaten aus Svalbard reicht zurück bis zum Ende der Wikingerzeit. Zu dieser Zeit war das Klima mild, was einer der Gründe dafür war, warum die Wikinger mit ihren Booten in die nördlichen Gebiete reisen konnten.

Es sieht so aus, als ob es auf dem Lomonosovofonna solch warme Sommer wie die der letzten zehn Jahre seit dem 13. Jahrhundert nicht mehr gegeben hat. Um 1750 gab es allerdings eine Periode mit etwas höheren Temperaturen. Um diese Zeit gab es viel Walfangaktivität im Meer nördlich von Nordaustlandet. Aber in den verbleibenden Zeiträumen zeigen die Eisbohrkerne hauptsächlich eine anhaltende Kälteperiode, die unter dem Namen „kleine Eiszeit" bekannt ist.
Ergebnisse aus Eisbohrkernen stimmen sehr gut mit der modernen Temperaturentwicklung überein und zeigen, dass in den letzten Jahren die wärmsten Temperaturen seit Beginn der Messungen mit modernen Instrumenten im Jahr 1911 aufgetreten sind.

Was versteckt sich unter dem Eis?

Bohrloch im Eis.

Bohrloch im Eis. Photo: Helgard Anschütz / Norwegishe Polarinstitut

Im Rahmen der glaziologischen Forschung sind Radardaten sehr wichtig. Mit Radar sieht man Strukturen im Schnee und im Eis. Radaruntersuchungen liefern auch Informationen über Topografie und Bodenverhältnisse unter der mehrere Kilometer dicken Eisschicht.

Wasser ist leicht in den Radardaten zu erkennen, und an vielen Stellen unter dem Eis der Antarktis, wo die Eisdicke zwischen 2000 und 4000 Meter dick ist, wurden Seen gefunden. Diese haben viel Aufmerksamkeit erhalten, da man glaubt, dass in ihnen verschiedene Lebensformen vorkommen können. Forscher arbeiten an einer zuverlässigen, sauberen Bohrtechnik, mit der man ohne Kontamination nach solchen Spuren suchen kann.