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Der See in Sibirien, wo Brigham-Grette gebohrt hat

Ein Kratersee als arktisches Klimaarchiv

Im Nordosten Sibiriens hat ein internationales Forscherteam tief unter einen Kratersee hinab gebohrt und damit ein Archiv freigelegt, das die letzten 3,6 Millionen Jahre arktischen Klimas nacherzählt. US-Geologin Julie Brigham-Grette war dabei und berichtet heute in Wien über die eisige Expedition.

Klimaforschung 21.01.2015

Vor allem die Erkenntnis, dass es immer wieder sehr warme Perioden in der Arktis gegeben hat - die für Temperaturen gesorgt haben, die rund neun Grad Celsius höher waren, als das heute der Fall ist - haben die Wissenschaftlerin erstaunt. Was uns das über den heutigen Klimawandel in der Arktis verrät, erklärt Brigham-Grette im science.ORF.at-Interview.

science.ORF.at: Warum ist der See "El'gygytgyn" im Nordosten Sibiriens für Sie als Geologin ein so interessanter Forschungsgegenstand?

Julie Brigham-Grette; Geologin; Masachusettes; UMAS; Drilling Project;

Brigham-Grette

Zur Person:

Julie Brigham-Grette ist Geologin am Climate System Resarch Center an der University of Massachusetts-Amherst in den USA. Gemeinsam mit Wissenschaftlern aus Russland, Deutschland und Österreich hat sie das "Drilling Project" am See "El'gygytgyn" durchgeführt.

Veranstaltungshinweis:

Am Mittwoch, dem 21.01.2015, wird Julie Brigham-Grette im Rahmen der "Eduard Suess" Lecture an der Österreichischen Akademie der Wissenschaften über die Expedition und Forschungsergebnisse berichten.

Ö1 Sendungshinweis:

Über das Thema berichtet auch Wissen Aktuell am 21.1.2015, 13:55 Uhr.

Bohrung; Lake "El'Gygygytgyn";

Brigham-Grette

Beim Bohren

Julie Brigham-Grette: Ich erforsche seit 35 Jahren die Arktis und ich war fasziniert davon, die Geschichte der Beringstraße, also der Region zwischen Alaska und Nordost-Russland, besser zu verstehen. Es gab immer wieder Perioden, in denen es dort trocken war. Dadurch konnten sich Pflanzen und Tiere zwischen Nordamerika und Asien verbreiten.

Ich habe vor allem in den Küstenregionen erforscht, wie sich der Meeresspiegel und die Vergletscherung verändert haben. Als wir durch russische Kolleginnen und Kollegen vom See "El'gygytgyn" erfahren haben, war schnell klar, dass das eine einmalige Möglichkeit für uns ist, eine umfassende Aufzeichnung der klimatischen Verhältnisse in der Arktis - über Millionen Jahre hinweg - zu erhalten.

Warum birgt der See diese Informationen in sich?

Der See "El'gygytgyn" ist vor 3,6 Millionen Jahren durch einen Meteoriteneinschlag entstanden. Zu dieser Zeit, hat die Arktis ganz anders ausgesehen als heute. Es war viel wärmer, als das heute der Fall ist. Die Arktis war bewaldet, der Grönländische Eisschild war bei weitem nicht so groß wie heute. Nach dem Einschlag, der die Landschaft binnen Minuten stark veränderte, kehrte die Vegetation in den darauffolgenden Jahrtausenden zurück. Durch Regenwasser wurde organisches Material in den See geschwemmt, zusätzlich finden sich dort Fossilien. Dadurch ist der See zu einem wahren "Klimaarchiv" geworden. Durch unser "Drilling Project", einer aufwendigen Bohrexpedition, konnten wir diese Informationen freilegen.

Das "Drilling Project", also die Bohrung, hat im Jahr 2008 bzw. 2009 stattgefunden. Können Sie die Expedition näher beschreiben?

Bevor wir diese Expedition starten konnten, waren viele Jahre an Vorbereitung notwendig - nicht zuletzt dafür, die nötigen finanziellen Förderungen zu bekommen. Mit dem Aufbau des Camps haben wir 2008 begonnen. Im Herbst 2008, als der See komplett zugefroren war, starteten wir die Bohrung. Das war natürlich nicht ganz einfach, denn es musste eine 100-Tonnen-Bohrvorrichtung auf dem See errichtet werden. Jeder, der Eislaufen geht, kennt diese Bedenken, ob das Eis halten wird. Bei dem Gewicht unser Geräte erreicht das noch einmal andere Dimensionen.

Wir hatten einen Bulldozer auf dem Eis, der eine Fläche so groß wie eine Fußballfeld vom Schnee befreite. Danach haben Ingenieure Wasser aus dem See gepumpt und auf die Oberfläche gesprüht - dadurch wurde die Eisschicht um zwei Meter dicker. Das hat sie stark genug gemacht, um die Bohrvorrichtung zu tragen. All diese Arbeiten haben bei minus 40 Grad Celsius stattgefunden, das war nicht immer leicht. Die drei Bohrkerne, die wir entnommen haben, haben wir anschließend nach Deutschland gebracht, sie geteilt und das Forschungsmaterial an die jeweiligen Wissenschaftler weiter gegeben.

Wie tief haben Sie gebohrt?

An dem Punkt, wo wir gebohrt haben, hat der See eine Tiefe von 175 Metern. Wir haben durch pliozänes und pleistozänes Sediment gebohrt - also sprichwörtlich von der Gegenwart bis zurück vor 3,6 Millionen Jahren. Das haben wir in etwa 318 Meter unter dem Seegrund erreicht. Dann haben wir noch mal 200 Meter nach unten gebohrt, durch Gesteinsbruchstücke, die durch den Meteoriteneinschlag entstanden sind. Das heißt insgesamt haben wir eine Bohrtiefe von 500 Metern erreicht.

Lage des Sees in Sibirien

Arctic Climate Impact Assessment

Lage des Sees El'gygytgyn im Nordosten von Sibirien (roter Stern)

Und was haben Sie da unten gefunden?

Zu allererst: Wir wussten, dass es in der Arktis Eiszeiten und Zwischeneiszeiten gab, die sich in einem Kreislauf abgespielt haben. Was wir aber nicht erwartet hatten, war das, was wir "super interglacials" nennen. Also Wärmeperioden, die für viel höhere Temperaturen in der Arktis gesorgt haben. Wir haben herausgefunden, dass die Wälder, die in Russland existierten, während dieser Wärmeperioden immer wieder in den arktischen Ozean vorgedrungen sind und sich während kälterer Perioden wieder zurückgezogen haben. Vor und zurück, immer wieder. Das zeichnet ein Bild von einem sehr dynamischen klimatischen und ökologischen Wechsel in dieser Region.

Was uns auch verwundert hat, war die Vielfalt der Bäume, die in den Jahren nach dem Meteoriteneinschlag, als die Vegetation wieder zurückkam, existierte. Da waren wirklich exotische Sorten dabei - etwa Walnussbäume. Diese existieren heute in diesen Breitengraden nicht mehr. Das sagt uns, wie warm es damals gewesen sein muss: Mindestens acht bis neun Grad Celsius wärmer, als das heute in der Arktis der Fall ist. Damals hatte es im Sommer auf diesen Breitengraden wahrscheinlich 15 bis 16 Grad - heute sind es an einem wirklich warmen Sommertag im Durchschnitt acht Grad Celsius.

Können diese Ergebnisse etwas zum Verständnis des Klimawandels, der sich heute in der Arktis vollzieht, beitragen?

Man könnte es fast ein Déjà-vu nennen. Es gab schon vor langer Zeit sehr warme Perioden und diese Erwärmung sehen wir auch heute. Allerdings wird diese von Menschen hervorgerufen. Wir wärmen aber nicht nur die Arktis, sondern den ganzen Planeten. Eine Konsequenz davon können wir in den diesen nördlichen Breitengraden sehen: Büsche dringen in die dortige Tundra vor, wir sehen, dass sich Wälder Richtung Norden ausbreiten. Auch die kommerzielle Fischerei wandert nordwärts. Und wir sehen natürlich auch, dass die Schneedecke im Frühling weniger wird und ganz offensichtlich, dass das arktischen Eis zurückgeht.

Das hat es alles schon einmal gegeben. Die Informationen über frühere Wärmezeiten können wir uns insofern zu Nutze machen, als dass wir Modelle darüber erstellen, wie sich der Klimawandel zukünftig auswirken könnte. Wir können etwas über die Resilienz und die Anpassungsfähigkeit der unterschiedlichen Ökosysteme lernen. Aber einen großen Unterschied zu früheren Wärmeperioden gibt es: die Geschwindigkeit, mit der dieser Wandel heute vonstatten geht.

Drilling Platform; Lake El'Gygygtgyn; Bohrung;

Brigham-Grette

Das Bohrloch aus der Vogelperspektive

Es gibt auch immer wieder Stimmen, die behaupten, der heutige Klimawandel sei auch nur eine Wärmeperiode, wie es sie in der Vergangenheit immer wieder gegeben hat.

Die Wissenschaft weiß sehr genau, was "normaler" Klimawandel ist und was diesen verursacht. Das hat vor allem mit Veränderungen der Erdumlaufbahn um die Sonne zu tun. Wenn man sich diese natürlichen klimatischen Zyklen anschaut, müsste man eigentlich davon ausgehen, dass wir auf kältere Zeiten zusteuern, nachdem es in den letzten Jahrtausenden sehr warm auf der Erde war.

Aber die Treibhausgase, die wir ausstoßen, haben diesen Prozess umgekehrt. Anstatt kälter, wird es immer wärmer. Mit einer rapiden Geschwindigkeit. Und daran ist nichts normal oder natürlich. Der CO2-Gehalt in der Atmosphäre ist seit den 1970er Jahren massiv angestiegen.

Aber ich bin eine Optimistin: Wir müssen eine Wende hin zu nicht-fossiler Energie schaffen, sodass wir den Prozess zumindest verlangsamen können. Das ist das Gebot der Stunde, und ich denke Konzerne und Gier tragen einen großen Teil dazu bei, dass wir noch nicht ausreichend in diese Richtung gehen.

Welche Forschungsergebnisse sind noch ausständig, was wollen Sie anhand der Bohrkerne aus dem See noch herausfinden?

Hier bei uns am Institut arbeiten Kollegen daran, Biomarker aus dem See zu analysieren. Das ist im Grunde organisches Material, in dem fossile Moleküle analysiert werden können. Das erlaubt eine zweite Meinung zu jenen Ergebnissen zu haben, die wir bisher aus der Pollenbelastung ablesen konnten. Das ist eine sehr traditionelle Weise, um Veränderungen in Temperatur und Niederschlag im zeitlichen Verlauf zu untersuchen. Dabei handelt es sich um eine sehr laborintensive Tätigkeit, die eine kleine Armee von Post-Doc-Studierenden am Institut erledigt.

Anhand dieser Biomarker könne wir aber noch mehr ablesen: etwa die Isotopen-Signatur. Genauer: die Isotopen von unterschiedlichen Blattwachsen. Das kann man sich wie eine kriminalistische Tatortuntersuchung der Polizei vorstellen. Diese Isotopen-Signaturen können uns nämlich Auskunft darüber geben, von wo Wasser in Form von Niederschlag, in den See gekommen ist: aus dem Nordpazifik? Oder aus dem arktischen Ozean? Das trägt dazu bei, das Klima besser zu verstehen.

Und es hilft auch bei der Aufgabe, an der wir hier am Institut nach wie vor arbeiten - nämlich Klimamodelle für die Zukunft zu erstellen. Und in diesem Zusammenhang versuchen wir auch mehr über das Zusammenspiel vom Klimawandel in der Arktis und der Antarktis zu herauszufinden.

Denn was die Erkenntnisse aus den Bohrungen am "El'gygytgynsee" auch gezeigt haben, ist, dass immer wenn der westantarktische Eisschild verschwunden ist, auch diese extremen Wärmeperioden in den nördlichen Breitengraden aufgetreten sind. Wir versuchen immer noch, die Mechanismen, die dazu führen, besser zu verstehen.

Sie kommen durch ihre Forschung auch an sehr ungemütliche Orte. Was schätzen Sie an Ihrer Arbeit mehr: die Tätigkeit im Feld oder die anschließende Laborarbeit und die Analyse der Daten?

Ich bin Geologin geworden, weil ich die Arbeit im Feld liebe. Ich bin mit dem Campen aufgewachsen, schon als kleines Mädchen war ich mit meiner Familie unterwegs. Ich mochte es schon immer, in einem Schlafsack zu schlafen. Und noch mehr schätze ich es in der Natur unterwegs zu sein und die Landschaft zu genießen. Für mich war das Entdecken und Erforschen von Neuem die erste Liebesaffäre mit der Geologie.

Aber auch das was danach im Labor kommt: Es ist wie bei einem Puzzle, die einzelnen Teile zu einer ganzen Geschichte zusammenzutragen. Und das mit einem Team, in dem jeder unterschiedliche Expertise einbringt - das genieße ich sehr. Das sind die Gründe, warum ich am Morgen aufstehe, mich auf meine Arbeite freue und sie genieße.

Theresa Aigner, science.ORF.at

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