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Islands Eisschild veränderte die Chemie des Nordatlantiks
Der isländische Eisschild hat die chemische Signatur des Nordatlantiks in den vergangenen 230.000 Jahren stärker geprägt als bisher angenommen. Sedimentdaten vom Rockall Plateau zeigen, dass die Neodym-Isotopensignatur während Kaltzeiten deutlich radiogener war. Das stellt eine wichtige Annahme infrage, auf der Rekonstruktionen früherer Ozeanströmungen mit diesem Isotopen-Tracer beruhen.
Heidelberg (Deutschland). Die Isotopenzusammensetzung von Neodym im Meerwasser dient Paläoklimaforschern als eine Art Herkunftsmarker für Wassermassen. Unterschiedliche Gesteine geben dem gelösten Element charakteristische Verhältnisse der Isotope 143Nd und 144Nd mit. Diese Signaturen werden deshalb genutzt, um frühere Veränderungen der Ozeanzirkulation zu rekonstruieren.
Dabei wird häufig angenommen, dass die charakteristischen Neodym-Signaturen wichtiger Ausgangswassermassen über lange Zeiträume weitgehend konstant blieben. Genau diese Voraussetzung könnte im Nordatlantik während der Eiszeiten verletzt worden sein. Forscher der Universität Heidelberg um Prof. Dr. Norbert Frank haben nun Sedimente untersucht, die solche Veränderungen über rund 230.000 Jahre dokumentieren.
Das Team analysierte Sedimentmaterial der Bohrstelle 982 des Ocean Drilling Program (ODP) auf dem Rockall Plateau im nordöstlichen Atlantik. In den Sedimenten steckt Neodym, das während der Ablagerung aus dem Meerwasser in Eisen-Mangan-Beschichtungen eingebaut wurde. Die Forscher bestimmten daraus die damalige Isotopenzusammensetzung des Wassers und verglichen ihren Verlauf mit den Wechseln zwischen Kalt- und Warmzeiten.
Das Ergebnis zeigt ein wiederkehrendes Muster. Während der Höhepunkte der Eiszeiten waren die oberen Wassermassen des Nordatlantiks deutlich radiogener als in warmen Zwischeneiszeiten. Die Schwankungen verliefen zudem eng mit den Veränderungen des isländischen Eisschilds. Damit lässt sich das Isotopensignal nicht allein als Folge wechselnder Anteile verschiedener Wassermassen verstehen.
„Das isotopische Signal folgte dem Rhythmus der Eiszeiten fast Schritt für Schritt. Das weist darauf hin, dass die isländischen Eisschilde selbst die treibenden Kräfte dafür waren, dass die Meerwasserchemie des Nordatlantiks während der vergangenen 230.000 Jahre mehrfach umgestaltet wurde“, sagt Dr. Antao Xu von der Universität Heidelberg.
Als Erklärung verweisen die Forscher auf die besondere Geologie Islands. Während einer Vergletscherung schabte das wachsende Eis über basaltisches Grundgestein und erzeugte große Mengen feinen, reaktionsfreudigen Gesteinsmehls. Gelangte dieses Material in den Nordatlantik, konnte daraus Neodym mit einer vergleichsweise radiogenen, also stärker von 143Nd geprägten Signatur freigesetzt werden.
Ein Boxmodell der Forscher stützt diesen Mechanismus. Demnach reagierte der geochemische Eintrag nicht einfach auf die Größe des Eisschilds, sondern besonders auf dessen Dynamik. Die stärksten Veränderungen traten im Modell während Phasen rascher Vergletscherung auf. Das spricht dafür, dass Erosion und Freisetzung frischen vulkanischen Materials entscheidend waren.
„Die Ergebnisse unserer Forschungsarbeiten unterstreichen, dass die Eisschildsysteme in hohen Breitengraden bei der Regulierung der Ozeanchemie eine entscheidende Rolle spielen“, betont Prof. Dr. Norbert Frank.
Die Befunde sind vor allem für die Interpretation früherer Ozeanströmungen wichtig. Wenn sich die Neodym-Signatur einer nördlichen Wassermasse durch glaziale Erosion verändert, kann ein Teil des Isotopensignals fälschlich als Verschiebung der Wasserzirkulation gedeutet werden. Rekonstruktionen müssen deshalb stärker berücksichtigen, dass Eis, Verwitterung und vulkanisches Ausgangsgestein den chemischen Fingerabdruck selbst verändern können.