Staub beeinflusst Klimageschichte der Erde

Im Frühjahr 2010 kehrte der Forschungseisbrecher „Polarstern“ mit Meeressedimenten aus einem bislang kaum erforschten Teil des Südpolarmeeres zurück. In mehrjährigen Analysen untersuchten Geowissenschaftler den mitgebrachten Schlamm, um daraus die Klimageschichte der Polargebiete zu rekonstruieren. Mithilfe der Sedimentkerne aus dem Südpazifik gelang nun erstmals der lückenlose Nachweis, dass Staub den natürlichen Wechsel zwischen Kalt- und Warmzeiten auf der Südhalbkugel maßgeblich mitbestimmt hat. Wie ein internationales Forscherteam in der Fachzeitschrift „Science“ berichtet, waren die Staubeinträge im Südozean – bezogen auf die vergangenen eine Million Jahre – während der Eiszeiten doppelt bis dreifach höher als in warmen Klimaphasen.

Seekarte des Südpazifik mit mehreren eingezeichneten Linien Eine davon zeigt die Route der Polarstern-Expedition von Chile (rechter Bildrand) nach Neuseeland (linker Bildrand) an.
Fahrtroute der Polarstern

„Hohe großflächige Staubeinträge können vor allem aus zwei Gründen klimawirksam sein“, erläutert Erstautor Frank Lamy vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven den Befund. „Mit Staub können für das Leben essenzielle Spurenstoffe wie das Eisen in den Ozean eingetragen werden. Dadurch kurbelt er die biologische Produktion an und erhöht die Fähigkeit des Meeres, Kohlenstoff zu binden. Im Ergebnis wird der Atmosphäre das Treibhausgas Kohlendioxid entzogen. In der Atmosphäre selbst reflektiert Staub die Sonneneinstrahlung und reduziert schon allein dadurch den Wärmeeintrag in das System Erde. Beide Effekte führen dazu, dass die Erde abkühlt.“

Vermutet wurde der Einfluss von Staubeinträgen auf den Wechsel von Kalt- und Warmzeiten schon länger. Sowohl in antarktischen Eiskernen als auch in Sedimentkernen aus dem Südatlantik hatten Klimaforscher besonders eisenhaltige Staubanteile gefunden, die offenbar immer dann auftraten, wenn eine Eiszeit auf der Erde herrschte. Aus dem mit fünfzig Prozent größten Teil des Südozeans, dem pazifischen Sektor, lagen bisher allerdings keine Daten vor. „Diese zentrale Lücke konnten wir nun schließen“, hebt Lamy die Bedeutung der neuen Studie hervor. Im Südpazifik fanden die Forscher die gleichen Muster wie im Südatlantik und in der Antarktis. Die erhöhten Staubeinträge auf der Südhalbkugel waren in Kaltzeiten also ein erdumspannendes Phänomen. „Sie müssen nun bei der Bewertung der komplexen Mechanismen, die natürliche Klimaänderungen steuern, anders berücksichtigt werden“, erläutert Lamy.

Eine bunte Weltkarte, die Wirbel von Staubpartikeln und anderen Teilchen zeigt. In der unteren Hälfte sind die Staubeinträge in den atlantischen und pazifischen Teil des Südozeans mit Pfeilen markiert.
Staubeintrag in den Südozean

Der hohe Staubeintrag ging vermutlich auf verschiedene Ursachen zurück, spekulieren die Wissenschaftler. So glaubt Lamy, dass sich der über dem Südpazifik besonders kräftige Westwindgürtel nach Norden zum Äquator hin ausdehnte oder verlagerte. Dadurch gerieten weitläufige Trockengebiete auf dem australischen Kontinent unter den Einfluss starker Winderosion. Hohe Staubeinträge in den Pazifik waren die Folge. Dazu kam noch Neuseeland als zusätzliche Staubquelle. Die Vergletscherung der dortigen Gebirge während der Eiszeit stellte viel feinkörniges Material bereit, das durch die Winde weit in den Südpazifik geblasen wurde.

„Durch unsere Untersuchungen steht nun zweifelsfrei fest“, so das Fazit von Lamy und seinen Kollegen, „dass Kaltzeiten auf der Südhalbkugel über einen Zeitraum von einer Million Jahren immer und praktisch überall einhergingen mit niedrigeren Kohlendioxidgehalten in der Atmosphäre und höheren Staubeinträgen aus der Luft. Die Klimageschichte der Erde wurde also auch mit Staub geschrieben.“