Ein Eisbohrkern aus dem Nordwesten Tibets bewahrt Klimasignale, die bis etwa 128.000 Jahre in die Vergangenheit reichen. Damit enthält die Guliya-Eiskappe eines der ältesten bekannten Hochgebirgsarchive außerhalb der Polarregionen. Zwei Bohrungen aus unterschiedlichen Jahrzehnten liefern nahezu dieselben Isotopenmuster und stärken damit die Datierung des tiefen Eises. Entscheidend ist nun, wie weit sich die ältesten Schichten tatsächlich noch zurückverfolgen lassen.
Auf dem Guliya-Plateau im westlichen Kunlun-Gebirge liegt eine mächtige Eiskappe in einer extrem trockenen Hochgebirgslandschaft. Dort bohrte ein internationales Team um den Glaziologen Lonnie Thompson von der Ohio State University einen fast bis zum Fels reichenden Kern aus dem Eis und verglich ihn mit Material aus einer älteren Expedition. Die Auswertung der Ohio State University zeigt, dass die Schichten kein zufälliges lokales Muster enthalten, sondern ein wiederholbares Klimaarchiv bilden.
Für die Klimaforschung ist dieses Eis besonders wertvoll, weil Hochgebirgsgletscher deutlich seltener sehr alte, ungestörte Schichten bewahren als die großen Eisschilde der Antarktis und Grönlands. Schnee wird dort über lange Zeit verdichtet, bis einzelne Lagen chemische Spuren früherer Temperaturen, Niederschläge und atmosphärischer Bedingungen festhalten. Ein ähnliches Prinzip nutzt auch ein Eisbohrkern vom Nevado Huascarán, der für die Tropen eine lange Methanreihe liefert. Guliya reicht jedoch viel weiter zurück und erfasst damit einen kompletten Wechsel zwischen Kalt- und Warmzeit.
Der Kern aus der jüngeren Bohrung ist rund 310 Meter lang; eine frühere Bohrung in unmittelbarer Nähe erreichte nahezu dieselbe Tiefe. Beide Archive zeigen über große Abschnitte sehr ähnliche Schwankungen des Sauerstoffisotops δ18O, das in Gletschereis als Klimazeiger dient. Für Thompson und seine Kollegen ist diese Übereinstimmung entscheidend, weil sie zeigt, dass das Signal nicht nur an einer einzelnen Bohrstelle durch lokale Verformung, Schmelze oder ungewöhnliche Ablagerung entstanden ist.
Die Isotopenkurve entsteht, weil sich das Verhältnis schwerer und leichter Sauerstoffisotope im Niederschlag mit Temperatur und Feuchtigkeitswegen verändert. In einem Gebirgsgletscher werden solche Signale jedoch durch Eisbewegung, unterschiedliche Schneemengen und lokale Topografie komplizierter als in vielen polaren Eisschilden. Deshalb reicht es nicht, nur die Tiefe einer Probe zu messen und daraus direkt ihr Alter abzuleiten. Die Forscher mussten mehrere voneinander unabhängige Marker miteinander verbinden, damit aus dem langen Eisprofil eine belastbare Zeitskala wird.
Einen markanten Zeitanker liefert die Laschamp-Exkursion, eine Phase, in der das Erdmagnetfeld stark geschwächt und seine Orientierung gestört war. Während dieses Ereignisses gelangten mehr kosmische Teilchen in die Atmosphäre und erzeugten dort zusätzliche radioaktive Isotope. Im Guliya-Kern fanden die Forscher auffällige Signale von Beryllium-10 und Chlor-36, deren Verhältnis genau in den erwarteten Abschnitt der Isotopenkurve fällt.
Solche kosmogenen Isotope sind für sehr altes Eis besonders wichtig, weil klassische Radiokarbondatierungen nur begrenzt weit zurückreichen und zudem geeignetes organisches Material benötigen. Die Studie kombiniert deshalb mehrere Verfahren statt sich auf einen einzelnen Messwert zu verlassen. Auch Eis nahe dem Rand der Kappe wurde separat untersucht; dort bestätigten radiometrische Daten, dass bereits bodennahes Material aus einer deutlich älteren Kaltzeit stammt. So entsteht eine Kette aus Ankern, die die tieferen Schichten zeitlich schrittweise einordnet.
Für den ältesten Teil verglich das Team die Sauerstoffisotope des Guliya-Eises mit einem unabhängig datierten Tropfsteinarchiv des asiatischen Monsuns. Die Muster passen über einen langen Zeitraum so gut zusammen, dass die Zeitskala bis in die Größenordnung von 128.000 Jahren gestützt wird. Damit reicht das Klimaarchiv in eine Phase zurück, die vor dem Höhepunkt der letzten Eiszeit liegt und den Übergang aus einer früheren Warmzeit umfasst.
Der Befund macht Guliya zu einem außergewöhnlichen Standort, weil vergleichbar alte Gebirgseisarchive außerhalb der Pole kaum erhalten sind. Auf dem Huascarán in Peru reichen bekannte lange Eisreihen wesentlich weniger weit zurück, während antarktische Kerne ganz andere Höhen-, Niederschlags- und Zirkulationsbedingungen repräsentieren. Forschung an einem 1,2 Millionen Jahre alten Eisbohrkern aus der Antarktis zeigt zwar, wie weit polare Archive reichen können, ersetzt aber kein Hochgebirgsarchiv aus Zentralasien.
Besonders ungewöhnlich ist, dass die beiden Hauptkerne mit mehr als zwei Jahrzehnten Abstand gebohrt wurden und dennoch dieselbe grundlegende Abfolge zeigen. Zwischen den Bohrpunkten liegt kein identischer Eisblock, sondern ein bewegtes Gletschersystem, dessen Schichten durch Druck und Fließen verformt werden können. Dass markante Isotopenwechsel dennoch an vergleichbaren Positionen erscheinen, spricht dafür, dass großräumige Klimasignale im Eis erhalten geblieben sind.
Diese Reproduzierbarkeit hilft auch bei einer alten Streitfrage um die Guliya-Eiskappe. Frühere Altersmodelle kamen je nach Methode zu stark unterschiedlichen Ergebnissen, weil manche Kerne an Orten mit anderer Eisdicke oder anderer Untergrundform gezogen wurden. Eine spätere Bohrung westlich der Hauptstelle traf beispielsweise deutlich dünneres Eis und lieferte in großer Tiefe wesentlich jüngere Schichten. Der Untergrund entscheidet dort also mit, wie viel Klimaarchiv an einem bestimmten Punkt tatsächlich übereinandergestapelt ist.
Im tiefsten Abschnitt sinkt die Konzentration von Chlor-36 so stark, dass sie auf sehr altes Eis hindeutet. Gleichzeitig liefern die Verhältnisse von Chlor-36 zu Beryllium-10 zusätzliche Hinweise, dass der Kern die Marke von 100.000 Jahren überschreitet. Diese Methode ist jedoch anspruchsvoll, weil Chlorverbindungen nach der Ablagerung im Eis wandern oder ausgasen können und dadurch eine einfache Altersberechnung verzerren.
Die Autoren behandeln die extremsten Alterswerte deshalb vorsichtig. Besonders weit reichende Schätzungen hängen von Annahmen über die Produktion und spätere Bewegung der Isotope ab, während die kombinierte Zeitskala bis zum Ende des verglichenen Höhlenarchivs deutlich besser abgesichert ist. Genau diese Trennung ist wichtig: Das Guliya-Eis ist eindeutig sehr alt, doch die Frage, wie viele zusätzliche Jahrtausende unterhalb der bisher gut verankerten Skala verborgen liegen, bleibt offen.
Für eine nächste Bohrung schlagen die Forscher Krypton-81 als zusätzlichen Zeitmesser vor. Das seltene Edelgasisotop besitzt eine lange Halbwertszeit und eignet sich für Eis, das zwischen mehreren Zehntausend und ungefähr einer Million Jahren alt ist. Moderne Messverfahren benötigen dafür nur noch etwa ein Kilogramm Probenmaterial, während frühere Ansätze ein Vielfaches verlangten.
Damit ließe sich der unterste Teil einer künftigen Guliya-Bohrung unabhängiger prüfen und die Unsicherheit der bisherigen Isotopenmodelle verkleinern. Gleichzeitig könnten neue Analysen Staub, chemische Bestandteile und weitere Klimazeiger in jenen Schichten untersuchen, die bislang nur grob zeitlich eingeordnet sind. Die nächste entscheidende Frage lautet deshalb nicht mehr, ob die Eiskappe Eis aus der letzten Kaltzeit bewahrt hat, sondern wie tief das älteste datierbare Archiv tatsächlich in die vorherige Warmzeit hineinreicht.
Science Advances, Additional evidence supports a timescale exceeding 100,000 years for the Guliya ice cap, Tibetan Plateau; doi:10.1126/sciadv.aeh2912
Ohio State University, Digging deep, researchers find high-altitude glacier endured last ice age
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