Der Südliche Ozean, der den antarktischen Kontinent umgibt, schützt das Meereis vor der Wärme aus den anderen Weltmeeren, indem er sie in seinen Tiefen einschließt. Unter bestimmten Bedingungen kann diese Wärme jedoch an die Oberfläche gelangen, wo sie große Löcher mitten in der Meereisdecke aufbricht. Diese Polynjas sind wie ein Fenster, durch das der Ozean und die Atmosphäre miteinander agieren können. Außerdem sind sie wahre Hotspots für Einzeller wie Phyto- oder Zooplankton. Forschende des Alfred-Wegener-Instituts konnten nun zum ersten Mal anhand von marinen Sedimentkernen die Temperatur und den Salzgehalt des Südlichen Ozeans während der letzten Eiszeit mit hoher zeitlicher Auflösung zu rekonstruieren. Ihre Ergebnisse zeigen, dass es während dieser Zeit immer wieder Polynjas gab, die sehr wahrscheinlich flächenmäßig größer als Deutschland waren und den Antarktischen Eisschild massiv beeinflusst haben. Die Studie erschien in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Der Südliche Ozean ist wie Sandwich geschichtet: Oben fließt kälteres, weniger salziges Wasser aus geschmolzenen Eismassen, weiter unten, ab 200 Metern, strömt warmes, salziges Tiefenwasser aus den Weltmeeren ein und in der Tiefe ab 1.500 Metern ist das Wasser kalt und salzig. Die Unterschiede in Temperatur und im Salzgehalt machen die Wassermassen unterschiedlich schwer, so dass sie stabil geschichtet bleiben. Nur Einflüsse wie starke Winde oder Veränderungen in der Dichtestruktur können eine Durchmischung der Schichten erzwingen – vor allem wenn das Wasser an der Oberfläche kälter und salziger wird, während das Wasser in der Tiefe wärmer wird. Folglich bestimmen Variationen in der Schichtung des oberen Ozeans den Grad der Vermischung zwischen Oberflächen- und Tiefenwasser. Schafft es das warme Wasser aus der mittleren Schicht nach oben, schmilzt es das Meereis von unten und es entsteht ein Loch mitten in der Meereisdecke – sogenannte Polynjas. Diese können riesige Ausmaße annehmen: In den 1970ern klaffte mit der Großen Weddell-Polynja am Maud Rise ein Loch im antarktischen Eis, das so groß wie Deutschland war. 

„Polynjas verändern die Art, wie Ozean und Atmosphäre miteinander interagieren“, sagt Tainã Pinho, Erstautor vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). „An diesen Stellen kann Wärme aus dem Meer entweichen, sie geben Feuchtigkeit an die Luft ab und beeinflussen das Meereis, die Ozeanzirkulation und den Schneefall in der Antarktis.“ In seiner Studie hat der Paleoklimaforscher Sedimentkerne aus der Ostantarktis untersucht und Anzeichen gefunden, dass sich während der letzten Eiszeit (zwischen 75.000 und 19.000 Jahren vor heute) immer wieder Polynjas gebildet haben, die sogar noch größer waren als jene aus den 1970ern. „Obwohl sie Löcher im Meereis verursachen, könnten Polynjas in der Vergangenheit durch ihre Wirkung auf das Klima dazu beigetragen haben, dass sich der Rand des ostantarktischen Eisschildes verdicken konnte.“ 

Denn ein so enormes, wiederkehrendes Freiwassergebiet im südlichen Ozean, der ansonsten mit Eis bedeckt war, gibt große Mengen Wärme und Feuchtigkeit an die Atmosphäre ab. Gepaart mit kühlen Temperaturen in der Antarktis zu dieser Zeit, fiel mehr Schnee, der sich am Rand des Kontentalschelf sammelte und so den vorrückenden Eisschild verdickte. „Was uns überrascht hat war, dass sich das tiefe Wasser des Südlichen Ozeans über Jahrtausende hinweg immer wieder erwärmt hat, während sich die Atmosphäre über der Antarktis abkühlte“, so Tainã Pinho. „Einen möglichen Grund für dieses gegenphasige Muster konnten wir in unseren Sedimentkernen finden.“ Denn mit diesen konnten die Forschenden die Temperatur und den Salzgehalt des Südlichen Ozeans, nur wenige Kilometer vom Dronning Maud Land (Ostantarktis) entfernt, während der letzten Eiszeit zum ersten Mal zu rekonstruieren. „Unser Datensatz ist die sowohl höchste zeitliche Auflösung als auch die südlichste bisher veröffentlichte Nachbildung der Ozeantemperatur unter der Erdoberfläche.“