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Warmzeiten: Westantarktische Gletscher verloren in 800.000 Jahren wiederholt viel Eis
Am Meeresboden vor der Westantarktis liegen Spuren eines wiederholten massiven Eisrückzugs. Neue Sedimentanalysen deuten darauf hin, dass die Gletscher Thwaites und Pine Island in den vergangenen 800.000 Jahren während jeder früheren Warmzeit weit ins Landesinnere zurückwichen. Wärmeres Meerwasser spielte dabei offenbar eine entscheidende Rolle. Der Befund verdeutlicht, wie anfällig diese Region für die heutige Erwärmung ist.
Cambridge (England). Große Teile des westantarktischen Eisschilds liegen auf einem Untergrund, der bis weit unter den Meeresspiegel reicht. Dringt warmes Tiefenwasser unter die schwimmenden Gletscherzungen vor, kann es deren Eis von unten abschmelzen. Dadurch verlieren die dahinterliegenden Gletscher einen Teil ihres Widerlagers und können sich schneller zurückziehen.
Wie stark der Eisschild auf frühere natürliche Warmzeiten reagierte, war bisher umstritten. Frühere Modellrechnungen und Meeresspiegelrekonstruktionen deuteten zwar auf beträchtliche Eisverluste hin, konnten aber das betroffene Gebiet nicht eindeutig eingrenzen. Ablagerungen aus der Tiefsee liefern nun einen direkteren geologischen Hinweis auf das Schicksal der Eisströme an der Amundsensee.
Forscher des British Antarctic Survey (BAS) um Dr. Claus-Dieter Hillenbrand haben dafür Sedimente aus zwei Tiefseebohrungen vor der Westantarktis analysiert. Die Bohrkerne wurden bei einer Expedition im Jahr 2019 aus 3.960 und 4.180 Metern Wassertiefe geborgen. Ihre Schichten dokumentieren Klima- und Umweltveränderungen der vergangenen rund 800.000 Jahre.
Eine Schlüsselrolle spielt das Tonmineral Kaolinit, das aus alten, unter warmen und feuchten Bedingungen verwitterten Gesteinen der Antarktis stammt. Wenn der Thwaites-Gletscher und benachbarte Eisströme über ihren Untergrund gleiten, tragen sie kaolinithaltiges Material ab, das schließlich im Meer abgelagert wird. Die Menge des Minerals gibt deshalb Hinweise darauf, wie weit die Eisströme einst reichten.
In den Ablagerungen früherer Warmzeiten sank der Kaolinitanteil an einer Bohrstelle regelmäßig auf weniger als fünf Prozent, stellenweise sogar unter zwei Prozent. Eine heutige Vergleichsprobe aus der Nähe enthält dagegen etwa zwölf Prozent. Dieser deutliche Rückgang spricht dafür, dass das auf dem Untergrund aufliegende Eis im Einzugsgebiet des Thwaites-Gletschers weitgehend verschwand und auch der Pine-Island-Gletscher stark zurückwich.
„Nur so lässt sich erklären, warum die Zufuhr kaolinitreichen Materials zum Meeresboden abreißt“, erklärt Dr. Claus-Dieter Hillenbrand.
Eine zweite Spur stützt die Erklärung des Eisrückzugs. In denselben warmzeitlichen Ablagerungen fanden sich größere Anteile magnesiumreichen Smektits, dessen Zusammensetzung auf eine Herkunft aus dem südöstlichen Pazifik hinweist. Seine Anreicherung spricht dafür, dass verstärkte Tiefenwasserströmungen Material und Wärme bis vor die westantarktische Küste transportierten.
Dazu passen die Überreste fossiler Kieselalgen, deren Schalenform Rückschlüsse auf frühere sommerliche Oberflächentemperaturen erlaubt. Je nach untersuchter Warmzeit ergaben die Rekonstruktionen dort Werte von ungefähr 0,6 bis 4,1 Grad Celsius über dem heutigen Niveau. Das belegt nicht unmittelbar die Temperatur des schmelzenden Tiefenwassers, unterstützt aber die Annahme einer verstärkten Wärmezufuhr aus dem Ozean.
Das Zusammenspiel der beiden Tonminerale lässt sich nicht allein durch eine Verdünnung des Kaolinits erklären. Gemeinsam mit den Temperaturhinweisen deutet es auf einen Rückzug der auf dem Meeresboden gegründeten Eismassen infolge verstärkter Ozeanwärme hin. Welche Rückzugsgeschwindigkeit die einzelnen Warmzeiten kennzeichnete, lässt sich aus diesen Sedimentdaten allerdings nicht genau bestimmen.