Eisbohrkerne als Klimaanalyse

Eisbohrkerne

In der Abb. 50 ist die
Temperaturentwicklung und die Schneeanhäufung in Grönland der
letzten 20 000 Jahre dargestellt. Vor ca. 12 000 Jahren gab es eine abrupte
Temperaturänderung (Dryas), in der innerhalb 50 Jahren ein Anstieg
um fast 10 °C zu verzeichnen war.
Sie werden sich fragen, woher man Werte aus der Steinzeit hat?
Die Frage stellt sich übrigens ebenfalls beim Thema Evolution. Voraussetzung
ist die Tatsache, daß die Naturgesetze auch früher gegolten
haben.
Dies weiß man durch die Astronomie, die den Weltraum
untersucht. Das Licht ist von dort teilweise länger unterwegs, als
wie die Erde alt ist. Egal wie alt das Licht ist, es hat immer die Eigenschaften,
die man kennt. (Uniformitätsprinzip)

dryas3 - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

Daten aus der Vergangenheit erhält man durch Gesteinsuntersuchungen
oder Analysen von Eis-Bohrkernen
aus der Antarktis oder Grönland. Die dort eingeschlossenen Gase,
in Zusammenhang mit Altersbestimmungen geben Aufschluß über
z. B. die Atmosphäre in früheren Erdepochen.

 

icecore1 - Eisbohrkerne als Klimaanalyse
Eisbohrkern
http://idaho.usgs.gov/projects/icecore/

slide33 - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

 

Rechts ist der Bohrturm der Antarktisstation Vostok
abgebildet, der 1999 die bisher tiefste Eisbohrung (3623 m) vorgenommen
hat. Aus der Analyse kann man die lokale Temperatur, die Luftfeuchtigkeit
und Windgeschwindigkeit ableiten.

Außerdem erhält man
aus Gasblasen Information über O2, CO2
oder Methan, Überreste von Meeresorganismen, und Vulkanausbrüchen
usw.

Taylor6 - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

Die Analysen werden mit Hilfe bestimmter Isotopen
gemacht, deren Zerfallseigenschaften man über die Zeit kennt. Verwendet
werden u.a.

  • Beryllium-10 (10Be)
    (Halbwertszeit 1,600,000 Jahre); entsteht in der oberen Atmosphäre,
    wenn kosmische Strahlung N2 und O2-Moleküle trifft. Die Produktion
    von 10Be folgt dem 11-jährigen Sonnenzyklus
    .—>Rückschlüsse auf Sonnenaktivitäten
  • Sauerstoff-18 (18O).
    Das Verhältnis 18O/16O
    ändert sich beim Kondensieren in einer Wolke in Abhängigkeit
    der Temperatur: je kälter die Wolke, desto niedriger das Verhältnis.-–> Rückschluß auf Temperatur
  • Kohlenstoff-13 (13C)/14C:
    Halbwertszeit 5700 Jahre) Fossile Brennstoffe enthalten kein 14C
    und weniger 13C als Luft; das Verhältnis 13C/12C
    ist in Pflanzen niedriger als in der Luft und in Meeren.
    —> Rückschluß auf Herkunft

Das Eis in 3623m Tiefe hat ein Alter von ca. 400 000
Jahren. In Abb. 53 sind die Ergebnisse
der Analysen der Eisbohrung in Vostok für die letzten 160 000 Jahre
aufgeführt.

Die aktuelle Klimatologie setzt die so bestimmten CO2
und Methan-Konzentrationen der eingeschlossenen Luft gleich mit den damaligen
atmosphärischen Konzentrationen. Dies ist jedoch falsch, da bei der
Bohrung und Analyse der Eisbohrkerne das Eis verändert wird und ein
Gasverlust auftritt. Deshalb sind die so festgestellten Mengen zu niedrig
und reflektieren nicht die paläontologischen Konzentrationen.

Die in den Eisbohrkernen festgestellten Luftblasen sind in Abhängigkeit
der Kernlänge ein Artefakt und entstehen bei Bohrung und Bergung
des Eisbohrkerns. Eisbohrkerne aus Grönland und der Antarktis sind
über 3 km lang. Dies bedeutet, daß auf dem Eis in größerer
Tiefe ein entsprechend größerer Druck lastet (ca. 5 bar bei
100 Jahre altem Eis und 15 bar bei 350 Jahre altem Eis. Ab einem spezifischen
Druckbereich (Tiefe) besitzt Eis keine flüssigen und gasförmigen
Einschlüsse mehr. Die Gase liegen als Clathrat vor, CO2 ab ca. 200m
O2 und N2 ab 600 m. (13)

Andere Proxydaten

Neben den Eisbohrkernen gibt es noch andere Indikatoren,
die auf Klima- und andere Umweltdaten der Vergangenheit hinweisen. Dazu
analysiert man klimaabhängige Relikte aus der Vergangenheit wie:

Jahresringe von Bäumen, Eisbohrkerne, fossile Pollen, marine Sedimente,
Korallen, historische Überlieferungen, Stalagmiten und andere. Man
nennt diese Daten Proxydaten. Anbei
eine kleine Auswahl:

Historische Daten:

grNASA - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

Die Kurve zeigt, daß im Mittelalter
mehr Wein geerntet wurde, was unteranderem auf bessere klimatische Bedingungen
hinweist.

Jahresringe von Bäumen (Dendrochronologie):

Oft werden Baumringe als Beweis für
Klimavariationen herangezogen, da ma diese direkt ablesen kann. Die Wissenschaft,
die sich mit der Analyse der Daten beschäftigt heißt Dendrochronologie.
Diese Wissenschaft nutz verschiedene voraussetztende Prinzipien wie das
Uniformitätsprinzip, um verläßliche
Egebnisse zu erhalten. Darunter versteht man, daß heute dieselben
biologischen, chemischen und physikalischen Gestzmäßigkeiten
gelten wie in der Vergangenheit.

Nachfolgend ein Querschnitt durch einen
Stamm einer Gelbkiefer (Pinus ponderosa)
aus Oregon (USA), deren Jahresringe in der Zeit zwischen 1600 und 1700
sehr eng sind: ein Zeichen für Wachstumsreduktion. Damals herrschte
die kleine Eiszeit mit mittleren Temperaturen die ca. 1,5° niedriger
waren wie heute (siehe Klimageschichte Mitteleuropas, Prof. Glaser).

trering1 - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

Höhlenablagerungen (Speleotherme; Stalagmiten/Stalagtiten)

Speleotheme
sind mineralische Ablagerungen aus Grundwasser in unterirdischen Höhlen.
Solche Stalagmiten und Stalaktiten
zeigen jährliche Bänderungen oder enthalten Mineralstoffe, die
radiometrische bestimmt werden können. Die Dicke der Ablagerungen
oder der Gehalt an Isotopen zeigt Klimavariationen an.


speleo2 - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

speleo1 - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

Bei Steleothermen spielt meist das Kalkgleichgewicht
eine Rolle. Die zugrunde liegende Reaktionsgleichung:

CaCO3
+ CO2
(aq)
+ H2Oukp - Eisbohrkerne als Klimaanalyse
Ca2+(aq)
+ 2 HCO3-
(aq) DH°=-17
KJ

ist eine Gleichgewichtsreaktion, die durch
höhere Temperaturen nach links in Richtung Abscheidung von Kalkstein
(CaCO3) verschoben wird. Je höher die Temperatur, desto
stärke die Abscheidung.

Paläozeanographie (Ozeanische
Sedimente, Planktonfossilien usw.)

Die obersten Schichten der Meeresböden
enthalten Überreste von Organismen aus der Erdgeschichte. Wichtige
Vertreter sind einzellige Tiere mit Kalkschalen z.B. Foraminiferen,
die als Plankton noch heute die Meere besiedeln.

Da die Foraminiferen im Laufe der Erdgeschichte
eine intensive Evolution durchlaufen haben, eignen sich viele von ihnen,
die nur eine relativ kurze Zeitspanne (in der geologischen Zeitskala)
existierten, hervorragend als “Index”-Fossilien
für die Altersbestimmung (Biostratigraphie). So kann man mit Plankton-Foraminiferen
die Schichtenfolge der Kreide- und Tertiärzeit weltweit in über
100 einzelne Zonen untergliedern.

palsed - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

Für die Rekonstruktion der Ablagerungsbedingungen
in der geologischen Vergangenheit liefern sie ebenfalls wichtige Hinweise
(Paläoenvironment). Bei guter Erhaltung liefern die Kalkschalen der
Foraminiferen zudem ausgezeichnete Signale zur Isotopen-Stratigraphie
(16O/18O; 12C/13C).

Durch Vergleich der heute lebenden Arten mit denen aus
früheren geologischen Zeiten ist es möglich, Rückschlüsse
auf damals herrschende Wassertemperaturen
(Paläo-Ozeanographie) und damit Klimabedingungen
(Paläoklima) zu ziehen.

 

 

 

 

 


Abb. 50

Abiotische Faktoren der Vergangenheit
 
In der jüngeren Dryas-Zeit fand eine abrupte Klimaänderung
innerhalb von wenigen Jahrzehnten mit einem Temperaturwechsel
von ca. 10 Grad Celsius statt.Als Ursache werden Schwankungen
der Erddrehung vermutet.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 51

Eisbohrkern

 

 

 

 

 


Abb. 52

Vostok – Antarktis
 
 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 53
Ergebnis der Eisbohrung
 

 

 


Abb. 54
Winterbilder von Pieter Bruegel
(1528 – 1569) 

 

pb02 - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

pb1 - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

pb03 - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

Die Kanäle Hollands sind damals zugefroren, heute ist das
nicht mehr de4 Fall. In diese Zeit fallen die kalten Winter der
kleinen Eiszeit.

kgme - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

Das Buch “Klimageschichte Mitteleuropas” von Prof. Glaser
wertet die Archive Europas bezüglich klimatischer Ereignisse
der Geschichte aus.

 


Abb. 55
Weintraubenernten in Paris zwischen 1350 und 1900
 

 

 

 

 


Abb. 56
Jahresringe von Bäumen
 
Je nach Weite
der Jahresringe bei Bäumen kann man auf bessere oder schlechtere
klimatische Bedingungen schließen. Im Beispiel zeigen sich kältere
Bedingungen im Jahrundert des 30 jährigen Krieges.(kleine Eiszeit)

 

 


Abb. 57
Schichtung von Stalagtiten
 

 

 

 

 

 

 

 

 


Abb. 58
Planktonfossilien aus Meeressedimenten
 
fora - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

sedi - Eisbohrkerne als Klimaanalyse

Weiterführende
Quellen:

CO2 Satelliten http://www.aoml.noaa.gov/ocd/oaces/co2/
Auswirkung von CO2 (Fragen
und Antworten)
http://cdiac.ESD.ORNL.GOV/cdiac/pns/faq.html
CO2 aus Eisbohrungen http://www.uio.no/~tomvs/esef/esef3.htm
und http://nicl.usgs.gov/
Meeresspiegelschwankungen http://www.geologie.uni-stuttgart.de/edu/msp/msp_pop1.html
Isotope
in Eisbohrkernen
http://idaho.usgs.gov/projects/icecore/beryl-10.html
http://www.uoregon.edu/~dogsci/dorsey/geo103/lect3.html

http://www.up.ac.za/academic/medicine/anatomy/antro/c-cycle.htm
Gasblasen-Analyse
in Eisbohrkernen
Jaworowski 2004:
http://www.john-daly.com/zjiceco2.htm
http://www.vancouver.wsu.edu/fac/brook/icecore.htm
Eisbohrungen
und Klimawechsel

Eisbohrungen in der Antarktis
Analyse von Eisbohrungen
http://www.agu.org/sci_soc/vostok.html
http://www.talkorigins.org/faqs/icecores.html
http://www.antcrc.utas.edu.au/antcrc/
http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/taylor/taylor-glacial.html
http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/co2/vostok.htm
Eisbohrungen und Klimawechsel
Eisbohrungen in der Antarktis
Analyse von Eisbohrungen
http://www.agu.org/sci_soc/vostok.html
http://www.talkorigins.org/faqs/icecores.html
http://www.antcrc.utas.edu.au/antcrc/
http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/taylor/taylor-glacial.html
http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/co2/vostok.htm
Historische
Daten
http://de.geocities.com/huegelland2004/kleieneiszeit.htm
Daten
aus Pollen
http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/pollen.html
Speleothermehttp://www.gees.bham.ac.uk/people/fairchildresearch/speleothems.htm
http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/speleothem.html
Paläoozeanographiehttp://www.ngdc.noaa.gov/paleo/paleocean.html

Jahresringe

http://www.ltrr.arizona.edu/

http://www.arts.cornell.edu/dendro/
http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/treering.html
http://web.utk.edu/~grissino/gallery.htm
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