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Forschung zwischen Frost und Faszination

Stefanie Weißbach, Doktorandin des Bremerhavener Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung (AWI), sägt Eisbohrkerne aus der Antarktis. Foto: Wolfgang Heumer
Stefanie Weißbach, Doktorandin des Bremerhavener Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung (AWI), sägt Eisbohrkerne aus der Antarktis. Foto: Wolfgang Heumer

Nahezu jeder gerät bei der Arbeit mal ins Schwitzen. Manche Wissenschaftler des Bremerhavener Alfred-Wegener-Institutes hingegen frösteln regelmäßig. Für die Minus-Grade im Eislabor entschädigen faszinierende Einblicke in die Klimageschichte.

Die Bandsägen, an denen die Doktorandin Stefanie Weißbach arbeitet, würden das Herz eines Tischlers erfreuen. Auch die langen, wenn auch etwas schmalen Werkbänke könnten die Zierde jeder Werkstatt sein. Wären da nicht die Temperaturen in dem niedrigen Arbeitsraum: minus 20 Grad Celsius. Die sind aber unumgänglich. Denn die Doktorandin des Bremerhavener Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung (AWI) sägt kein Holz, sondern Eis. Und zwar solches, das es wahrlich in sich hat. "In Eisbohrkernen aus der Antarktis stecken 800.000 Jahre Klimageschichte", sagt die Glaziologin Anna Wegner. In den Laboren des AWI wird unter anderem die in dem Eis eingeschlossene Luft vergangener Jahrtausende analysiert, um diese Geschichte zu entschlüsseln.

Die jeweils einen Meter langen Eisstangen stammen aus aufwendigen Spezialbohrungen durch die Eismassen in den Polargebieten der Erde. Drei Kilometer tief durchdrang ein internationales Team bei EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) das Inlandeis der Antarctica; mehr als 2,5 Kilometer sind es mittlerweile bei dem NEEM-Projekt (Nordic Greenland Eem Project) im Norden Grönlands, das von Forschern der Universität Kopenhagen koordiniert wird. Die Bohrer fräsen sich buchstäblich in die Erdgeschichte, denn die mächtigen kalten Panzer sind über viele Hunderttausend Jahre gewachsen. "Der frisch gefallene Schnee schmilzt dort ja nicht", erläutert Anna Wegner, stattdessen lagert er sich ab. Zunächst ein paar hundert Jahre als Firn, dann presst die wachsende Eisschicht die Kristalle immer stärker zusammen: "Die ersten gut 500 bis 1.000 Jahre kann die Luft in dieser Masse noch zirkulieren, danach wird sie in winzig kleinen Bläschen eingeschlossen."

Bis Anna Wegner und die anderen Eisforscher am AWI das Eis schmelzen: "Die Lufteinschlüsse und die im Wasser enthaltenen Spurenelemente und Isotopen enthalten viele Informationen über das Klima in früheren Erdzeitaltern und liefern uns damit wichtige Hinweise, um das System Klima zu verstehen und die Mechanismen des Klimawandels zu ergründen", erklärt die Glaziologin. Das Eis dient so den Wissenschaftlern als gigantisches Klimaarchiv. In Grönland beispielsweise sind sie bis in die jüngste Warmzeit vor der derzeit herrschenden Periode vorgedrungen – sie endete vor etwa 120.000 Jahren.

Den Eisstangen, die Stefanie Weißbach mit der Bandsäge fast wie am Fließband bearbeitet, ist diese geschichtsträchtige Bedeutung auf den ersten Blick nicht anzusehen. Wer die wahren Werte der unscheinbar milchig weißen Stangen erkennen will, muss sehr genau hinschauen. Denn eine zentimeterdicke graue Schicht wie in jenem Exemplar, das Anna Wegner aus einer Styroporkiste in der Ecke kramt, ist die absolute Ausnahme: "Das muss ein Vulkanausbruch relativ nahe der Antarktis verursacht haben", vermutet die Spezialistin mit Kennerblick.

Alfred-Wegener-Institut

Für die Minus-Grade im Eislabor des Alfred-Wegener-Institutes werden die Forscher durch faszinierende Einblicke in die Klimageschichte der Erde entschädigt. Foto: Wolfgang Heumer
Für die Minus-Grade im Eislabor des Alfred-Wegener-Institutes werden die Forscher durch faszinierende Einblicke in die Klimageschichte der Erde entschädigt. Foto: Wolfgang Heumer

Wie genau man hinschauen muss, zeigt der Arbeitsplatz von Johannes Freitag – ein überdimensionaler Computertomograf, der eigens für das AWI-Eislabor entwickelt und gebaut wurde. Einen guten siebenstelligen Betrag hat das Gerät gekostet. Freitag kann damit ganze Eisstangen durchleuchten und bei einer Auflösung von 15 Millionstel Millimeter jedes einzelne Luftbläschen und jedes einzelne gealterte Eiskristall erkennen. Der Blick ins Innere der Eiskerne ist nichts für Ungeduldige: "Ein Scan kann schon mal fünf Tage dauern", sagt Freitag. In dieser Zeit darf die aufrecht stehende Eisstange nicht im Geringsten wackeln – der Tomograf steht deswegen auf einem zehn Tonnen schweren Granitblock und ruht auf Luftpolstern, die jede Bewegung auffangen.

Damit die Wissenschaftler die winzigen Einschlüsse im Eis analysieren können, ist sorgfältige Sägearbeit gefragt. Vorsichtig zieht Stefanie Weißbach die Eisproben durch die Bandsäge – in vier Schritten wird aus der abgerundeten Stange ein ein Meter langer rechteckiger Block. Der wiederum wird nach einem bestimmten Muster in verschieden starke Teilstücke geschnitten, die nicht alle am AWI untersucht werden müssen: "Die Eiskern-Bohrungen und die anschließenden Analysen sind immer internationale Gemeinschaftsprojekte; entsprechend bekommen die beteiligten Institute in den anderen Ländern eben Teile der Eiskerne", sagt Anna Wegner. Damit die Forscher im In- und Ausland wissen, was sie da untersuchen, steckt jede einzelne Eisprobe in einem beschrifteten Eisbeutel – die Angaben geben exakt Auskunft über den Bohrort sowie über die Tiefe, aus der das Stück stammt. Die vielen schwarzen Pfeile auf den Beuteln zeigen an, wo oben und unten beim Bohrkern war: "Es würde ja alles durcheinander bringen, wenn wir ein Stück Bohrkern falsch herum einpacken", sagt Stefanie Weißbach. Immerhin können zwischen Anfang und Ende jeder einzelnen Stange viele Tausend Jahre Erdgeschichte liegen.

800.000 Jahre Erdgeschichte auf einen drei Kilometer langen Eiskern verteilt: "Das lässt schon erkennen, dass wir in diesem Klimakalender nicht jeden einzelnen Tag aufschlagen können", schmunzelt Anna Wegner. Physikalisch wäre das zumindest für die Luft im Eis auch nicht möglich: Bevor die Luft vom Eis umschlossen wurde, wanderte sie über Hunderte von Jahren hin und her.

Die große Linie zählt

Für die Wissenschaftler sind ohnehin vor allem die großen Zeitläufe in der langen Klimageschichte der Erde interessant: "Wir wollen die großen Veränderungen, ihre Ursachen und die dahinter stehenden Mechanismen erkennen und verstehen", betont Anna Wegner. Aber auch dafür müssen die Forscher auf feinste Details achten. Teile des Eises werden geschmolzen, in winzig kleinen Wasserproben suchen die Wissenschaftler nach Staubspuren, Vulkanasche und ähnlichen Rückständen, die Rückschlüsse auf die in der jeweiligen Zeit herrschenden Umwelteinflüsse wie zum Beispiel Vulkanausbrüche oder Meteoriteneinschläge erlauben. Bei der Gasanalyse der eingeschlossenen Luft geht es nicht nur um die Konzentration von Kohlendioxid und Methan, die als Treibhausgase gelten. Über einen anderen Test sind sogar Rückschlüsse auf die durchschnittlichen Temperaturen in den Polarzonen zu den jeweiligen Epochen möglich.

Zweifelsfrei liefern die Bremerhavener Wissenschaftler damit einen wesentlichen Beitrag zum besseren Verständnis einer der drängendsten Fragen unserer Zeit: "Um zu verstehen, wie der aktuelle Klimawandel abläuft und wodurch er im Detail beeinflusst wird, müssen wir viel mehr über die vergangenen Veränderungen wissen", sagt Anna Wegner. Im Mittelpunkt steht dabei die Unterscheidung zwischen natürlichen Ursachen von Klimaschwankungen und denen, die der Mensch beispielsweise durch die Industrialisierung ausgelöst hat. Die AWI-Wissenschaftler sind sich allerdings auch bewusst, dass die Inhalte und Details ihrer Arbeit weiten Teilen der Bevölkerung völlig unverständlich bleiben werden.

Anna Wegner und ihr Kollege Fernando Valero haben deswegen "Paul und Napoleon" geschaffen. Der Pinguin und der Eisbär gehen inzwischen in zwei Kinderbüchern auf die Reise durch die Welt der Wissenschaft; im ersten Band steht mit Paul urplötzlich "Ein Pinguin am Nordpol", im zweiten Band reisen die beiden "Um die Welt in einer Nacht". Fernando Valero hat zudem mit der Internetseite www.eiskern.de ein Medium entwickelt, das (nicht nur) Kindern und Jugendlichen leicht verständlich die Welt der Eis- und Klimaforschung erklärt. Anna Wegner und Fernando Valero hoffen, mit diesem Engagement weit außerhalb ihrer wissenschaftlichen Aufgaben zumindest ein bisschen von dem weiterzugeben, was die Polarwissenschaftler so faszinierend finden.

Mehr unter www.awi.de

7.814 Zeichen, Autor: Wolfgang Heumer

Pressekontakt:

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI)

Dr. Anna Wegner

E-Mail: Anna.Wegner[at]awi.de

AWI Kommunikation und Medien

Dr. Folke Mehrtens

E-Mail: medien[at]awi.de

Erstellungsdatum: 25.07.2012