Derzeit wird im Eislabor des Alfred-Wegener-Instituts ein einmaliger Eiskern bearbeitet: Der älteste kontinuierliche Eiskern, der jemals auf der Erde erbohrt wurde. Im Jahr 2019 errichtete ein Forschungskonsortium im Rahmen des EU-geförderten Projekts Beyond EPICA – Oldest Ice auf dem Hochplateau in der Ostantarktis ein Bohrcamp. Bis zum Januar 2025 teuften dort jeweils in den antarktischen Sommermonaten internationale Teams über 2.800 Meter Eis in lückenloser Folge ab. Darin eingeschlossen sind Luftblasen, die direkte Messungen von Treibhausgasen der letzten 1,2 Millionen Jahre und vermutlich noch darüber hinaus erlauben - ein historischer Meilenstein für die Klimaforschung.
Erste Analysen bestätigen, dass das im Projekt Beyond EPICA – Oldest Ice (BEOI) erbohrte Eis mehr als 1,2 Millionen Jahre alt ist. Damit haben die Forschenden das Ziel erreicht, den sogenannten Mittel-Pleistozän-Übergang zu beproben. Dieser fand vor etwa 900.000 bis 1,2 Millionen Jahren vor heute statt. In dieser Zeit änderte sich die Periodizität im Wechsel von Kalt- und Warmzeiten von ehemals 41.000 auf heute 100.000 Jahre. Erdbahnparameter wie der Neigungswinkel, Sonneneinstrahlung und Eis-Albedo bestimmen diese Zyklen. Aber warum sich die Reaktion des Erdsystem sich plötzlich so verschoben hat, ist nach wie vor eines der größten Rätsel der Klimawissenschaften, das mit diesem Projekt gelüftet werden soll. Insbesondere die Zyklen der Erdbahnparameter haben sich über diesen Zeitraum nicht grundlegend gegenüber zuvor geändert, so dass sich ein interner Verstärkungsfaktor (wie z.B. die Treibhausgaskonzentrationen) über diesen Übergang grundlegend geändert haben muss.
Die Frequenz von Eiszeitzyklen zu verstehen ist nicht nur wichtig für die bisherige Geschichte des Planeten Erde und der Menschheit, sondern auch für unsere Zukunft. Die Analyse des BEOI-Kerns soll helfen, die Prozesse besser zu verstehen, die hinter dem Mittel-Pleistozän-Übergang stecken. Dass dieser Übergang stattgefunden hat, ist aus Sedimentkernen bekannt. Im Gegensatz zu Sedimentkernen beinhaltet ein Eiskern jedoch auch Gaseinschlüsse und erlaubt es somit beispielsweise, den Gehalt an Treibhausgasen direkt zu messen. Den Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffkreislauf und der Temperatur unseres Planeten aufzuzeigen und in zukünftigen Klimamodellen abzubilden, ist ein weiteres Ziel der Wissenschaftler:innen.
Um dem Eis all diese Geheimnisse zu entlocken, stehen unterschiedlichste Analysen an. Damit alle Projektbeteiligten das dafür benötigte Material erhalten, gibt es einen ausgeklügelten Schnittplan, den verschiedene Teams jetzt im Eislabor des Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) abarbeiten. Aus der Antarktis kommt das Eis in jeweils einen Meter langen Stücken, die sorgfältig beschriftet sind: Aus welcher Tiefe stammt es, wo ist oben und wo unten. Zwei Horizontalschnitte teilen jeden Kern der Länge nach in drei große Unterproben. Und Zettel mit den Informationen zu Ausrichtung und Tiefe wandern mit jedem Stück die verschiedenen Stationen ab: Ein Teil wird direkt wieder eingelagert und dient als Archivmaterial, um später mit möglicherweise neuen Methoden daran zu forschen. Ein anderer Teil wird poliert und dann gescannt, um die Schichtung des Kerns und seine Struktur festzuhalten. Dabei zeigt beispielsweise viel Staub an, dass der Abschnitt aus einer Kaltzeit stammt, wenig Staub weist auf eine Warmzeit hin. Staub und weitere Verunreinigungen verändern auch die Leitfähigkeit des Eises, die in einem weiteren Schritt bestimmt wird. Dann wird der Kern weiter zersägt: Vertikale Schnitte zerteilen ihn in unterschiedlich lange Stücke, die für spätere Untersuchungen zu den Laboren der beteiligten Institutionen transportiert werden. Sowohl aus den eingeschlossenen Luftblasen als auch aus dem Wasser der Teilstücke werden die Isotope verschiedener Elemente analysiert die sehr genaue Altersdatierungen sowie Rückschlüsse auf die Zusammensetzung von Treibhausgasen erlauben.
Historischer Abriss: (Beyond) EPICA
- Von 1996 bis 2004 wurde im Projekt EPICA (European project for ice coring in Antarctica) ein etwa 3.500 Meter langer Eiskern erbohrt, der rund 800.000 Jahre altes Eis enthielt. Der Aufbau des antarktischen Eispanzers unterscheidet sich regional, so dass dieser Kern trotz größerer Länge jünger war, als der jetzt erbohrte. In einer weiteren Förderphase (2004-2008) fanden Analysen und Auswertungen statt.
- 2016-2019 koordinierte das Alfred-Wegener-Institut die Auswahl der Bohrlokation, Technologieentwicklung und logistische Vorbereitungen von Beyond EPICA – Oldest Ice (BEOI). Gesucht wurde ein Ort mit Eis, das mindestens 1,2 Millionen Jahre alt ist und somit die Lücke des Mittel-Pleistozän-Übergangs schließen soll.
- 2019-2026 ist die aktuelle Bohrphase BEOIC unter der Leitung des Institute of Polar Sciences of the National Research Council of Italy, ISP-CNR. Nach dem erfolgreichen Erbohren von mehr als 1,2 Millionen Jahre altem Eis ist in der kommenden Saison geplant, zusätzliches Material vom ältesten Teil des Eiskerns zu gewinnen, indem der untere Teil des Eiskerns nochmals parallel erbohrt wird.
- Eine Projektförderung für die weitere Analyse und Auswertung ist geplant.
Über das Projekt Beyond EPICA – Oldest Ice:
Dieses Projekt wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 815384 gefördert. Das Projekt wurde auch von nationalen Partnern und Förderorganisationen in Belgien, Dänemark, Frankreich, Deutschland, Italien, Norwegen, Schweden, der Schweiz, den Niederlanden und dem Vereinigten Königreich unterstützt. Projektwebseite: www.beyondepica.eu/en/
Konsortium:
- Institute of Polar Sciences of the National Research Council of Italy, ISP-CNR, Italien (Leitung)
- Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, AWI, Deutschland
- British Antarctic Survey, BAS (Vereinigtes Königreich)
- French Polar Institute, IPEV (Frankreich)
- National Agency for New Technologies, Energy and Sustainable Economic Development, ENEA (Italien)
- National Scientific Research Centre, CNRS (Frankreich)
- Utrecht University (Niederlande)
- Norwegian Polar Institute, NPI (Norwegen)
- University of Stockholm (Schweden)
- University of Bern (Schweiz)
- University of Copenhagen (Dänemark)
- Brussels University (Belgien)
