Erstmalige Dokumentation des Übergangs in das Eiszeitalter - Lückenlose Daten über einen Zeitraum von mehr als einer Million Jahre.

Analysen des längsten bisher in der kontinentalen Arktis gewonnenen Sedimentkerns geben erstmals einen fast lückenlosen Einblick in die arktische Klimadynamik vor 3,6 bis 2,2 Millionen Jahren. In diesem Zeitraum erfolgte der Übergang vom warmen Pliozän in das Quartär, das sogenannte "Eiszeitalter", in dem wir heute leben und das durch ausgeprägte Kaltzeit/Warmzeit-Zyklen mit wechselnden Eisbedeckungen der Polarregionen charakterisiert ist .

"Die neuen Daten zeigen eindeutig, dass die Abkühlung der Nordhemisphäre nicht kontinuierlich, sondern in einzelnen, gut abgegrenzten Schritten verlaufen ist", erklärt Prof. Martin Melles, der an der Universität zu Köln die Arbeit der deutschen Wissenschaftler koordiniert. "Dies hatte sich zwar schon in anderen Studien angedeutet, in den Seeablagerungen des El'gygytgyn ist dieser Übergang aber zum ersten Mal lückenlos über einen Zeitraum von mehr als einer Million Jahre dokumentiert." Die jetzt in der aktuellen Ausgabe von Science Express (Nr. 1233137; 09.05.2013) erschienene Studie kann das anhand von Bohrdaten aus dem sibirischen El'gygytgyn-See belegen.

Dieser 170 Meter tiefe See befindet sich 100 Kilometer nördlich des Polarkreises in Tschukotka, im äußersten Nordosten von Sibirien. Aufgrund der niedrigen Temperaturen und des im kurzen Sommer nur oberflächlich auftauenden Permafrostbodens ist das Einzugsgebiet des Sees heute durch eine spärliche Tundrenvegetation mit Gräsern und einzelnen niedrigen Büschen gekennzeichnet. Der See ist vor 3,6 Millionen Jahren durch einen Meteoriteneinschlag entstanden, der einen tiefen und großen Krater in den Boden geschlagen hat. Zur damaligen Zeit war die Nordhemisphäre noch komplett eisfrei und die Gegend um den See bewaldet. Erst ungefähr eine Million Jahre später, mit Beginn des Quartärs, begann die Arktis deutlich abzukühlen. "In den Sedimenten, die seit seiner Entstehung Jahr für Jahr ungestört im See abgelagert wurden, ist die bewegte Klima- und Umweltgeschichte dieser Gegend detailliert wie in einem Buch gespeichert", erklärt Dr. habil. Norbert Nowaczyk vom Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam. "Mittels moderner Analysetechniken und neu entwickelter numerischer Verfahren können wir nun Seite für Seite dieser Geschichte lesen".

Wie sich nun zeigt, begannen die ersten Schritte der Abkühlung bereits vor circa 3,3 Millionen Jahren. Anhand der Pollen, die sich im Seesediment angesammelt haben, kann der Verlauf der Temperaturen und Niederschlagsmengen seit der Entstehung des Sees rekonstruiert werden. "Es ist schon erstaunlich, dass es selbst während der ersten Abkühlungsphase noch ähnlich warm war wie heute", sagt Dr. Catalina Gebhardt vom Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven. "Und noch bis vor ca. 2,2 Millionen Jahren war es während der Warmzeiten deutlich wärmer als vor der Industrialisierung."

Wie aus Bohrungen von Meeressedimenten bekannt ist, haben sich vor ungefähr 2,7 Millionen Jahren die Bedingungen im Nordpazifik deutlich verändert. "Bisher sind viele Wissenschaftler davon ausgegangen, dass sich damit die Vergletscherung der Arktis deutlich intensiviert hat", erklärt Melles. "Am El'gygytgyn-See beobachten wir zu dieser Zeit einen deutlichen Rückgang in der Niederschlagsmenge, während die Temperaturen dagegen nur schrittweise absinken. Die Eiszeit/Warmzeit-Zyklen, die wir für die jüngste Vergangenheit kennen, haben sich sogar erst vor etwa 1,8 Millionen Jahren ausgebildet".

Im Winter 2009 hatte ein internationales Team von Wissenschaftlern vom eisbedeckten See aus eine Bohrung in die Seeablagerungen abgeteuft und ein über 300 Meter langes Sedimentarchiv mit nach Deutschland gebracht. Die Sedimente wurden seither chemisch, physikalisch und biologisch untersucht. Die Veröffentlichung in dieser Woche ist die zweite Publikation in der Fachzeitschrift "Science" zum El'gygytgyn-Bohrprojekt. "Mit den jetzt veröffentlichten Ergebnissen ist unser Ziel erreicht, erstmals ein lückenloses Bild der Entwicklung der arktischen Landgebiete seit 3,6 Millionen Jahren zu zeichnen, und die neuen Erkenntnisse zur Klimageschichte durch den Vergleich mit Sedimentkernen aus dem Pazifik, dem Atlantik und der Antarktis in einen globalen Zusammenhang zu stellen", so Melles.

Brigham-Grette J., Melles M., Minyuk P., Andreev A., Tarasov P., DeConto R., Koenig S., Nowaczyk N., Wennrich V., Rosén P., Haltia-Hovi E., Cook T., Gebhardt C., Meyer-Jacob C., Snyder J., Herzschuh U. (2013): Pliocene Warmth, extreme Polar Amplification, and Stepped Pleistocene Cooling recorded in NE Russia. - Science Express, 1233137, 09.05.2013.

Das "El'gygytgyn Drilling Project" wurde durch die folgenden Mittelgeber finanziert: Das "International Continental Scientific Drilling Program" (ICDP), die "National Science Foundation" (NSF) in den USA, das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und das Deutsche GeoForschungsZentrum GFZ in Deutschland, die "Russian Academy of Sciences Far East Branch" (RAS-FEB) und die "Russian Foundation for Basic Research" (RFBR) in Russland sowie das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung (BMWF) in Österreich. Für die Auswertearbeiten wurden zusätzliche Mittel unter anderem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bereit gestellt.