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Sauerstoffisotopendaten ermöglichen Forschenden einen Blick in die geologische Vergangenheit, um das Klima der Vergangenheit zu rekonstruieren. Dabei berücksichtigen sie verschiedene Faktoren wie die Meerestemperatur und Änderungen des Eisvolumens in den Polarregionen. Eine neue Veröffentlichung eines internationalen Teams aus Bergen (Norwegen) und Bremen in Nature Geoscience kommt zu dem Schluss, dass die antarktische Eisdecke während des Oligozäns vor 34 bis 23 Millionen Jahren weniger dynamisch war als bisher angenommen.
Was wir heute über Klimaschwankungen in der geologischen Vergangenheit wissen, basiert weitgehend auf dem Anteil des schweren Sauerstoffisotops (18O) in marinem Kalzit der Tiefsee (δ18O). Dieser wird an den fossilen Schalen mikroskopisch kleiner Organismen gemessen, die seit Hunderten von Millionen Jahren auf dem Ozeanboden leben und als benthische Foraminiferen bezeichnet werden. Der Wert δ18O spiegelt ein mögliches Zusammenspiel von Meerestemperatur und kontinentalem Eisvolumen wider und hat in den vergangenen 50 bis 60 Jahren eine Fülle von Informationen geliefert, beispielsweise über die Eiszeiten der vergangenen 2,6 Millionen Jahre oder das eisfreie warme Klima des frühen Känozoikums vor 66 bis 34 Millionen Jahren.
Ein Problem der δ18O-Methode besteht jedoch darin, dass es nicht immer einfach ist, den Beitrag der Temperatur und den des Eisvolumens vom Signal zu trennen. Beispielsweise wurden im mittleren Oligozän vor etwa 28 Millionen Jahren große Schwankungen in der Sauerstoffisotopen-Zusammensetzung benthischer Foraminiferen mit einem Rhythmus von 110.000 Jahren als große Eiszeiten interpretiert, die einhergingen mit dem Wachsen und Schwinden der antarktischen Eisdecke um bis zu 90 Prozent ihrer heutigen Größe.
Ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Bergen (Norwegen) hat nun erstmals entdeckt, dass die starken Schwankungen der Sauerstoffisotope in der Mitte des Oligozäns in erster Linie auf große Temperaturänderungen in der Tiefsee zurückzuführen sind und nicht, wie bisher angenommen, auf enorme Veränderungen des Eisvolumens in der Antarktis. „Die Temperatur in der Tiefsee galt traditionell als relativ stabil über Zeiträume von mehreren Jahrtausenden, da diese Umgebung Tausende von Metern unter der Oberfläche liegt und somit etwas isolierter von klimatischen Einflussfaktoren ist, die an der Schnittstelle zwischen Ozean und Atmosphäre wirken“, sagt Dr. Flavia Boscolo-Galazzo, Hauptautorin der Studie. Sie hatte ihre Analysen an der Universität Bergen begonnen und arbeitet inzwischen am MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen. Mithilfe einer neuartigen Methode namens „Clumped-Isotope Palaeothermometry“ konnten die die Forschenden jedoch große Temperaturschwankungen – bis zu 4 Grad Celsius – in einer Tiefe von etwa 4.000 Metern im Südlichen Ozean rekonstruieren. Diese Schwankungen traten gleichzeitig mit Schwankungen der Sauerstoffisotope (δ18O) sowie Veränderungen der Exzentrizität der Erdumlaufbahn auf, was auf einen klimatischen Antrieb hindeutet.
„Dies ist eine wichtige Erkenntnis, da sie zeigt, dass sich die Meerestemperatur selbst in solchen Tiefen als Reaktion auf Klimaschwankungen stark verändern kann. Aus diesem Grund können Sauerstoffisotope aus der Tiefsee nicht mehr als Indikator für Veränderungen des Eisvolumens interpretiert werden, ohne dass unabhängige Temperaturrekonstruktionen vorliegen“, erklärt Boscolo-Galazzo. Die neuen Temperaturrekonstruktionen für den tiefen Südlichen Ozean lassen zusammen mit Computermodellen darauf schließen, dass das Eisvolumen der antarktischen Eisschicht im Oligozän relativ stabil war. „Es gibt Hinweise darauf, dass der antarktische Kontinent höher über dem Meeresspiegel lag als heute und dass sich die Eisdecke im Oligozän wahrscheinlich nicht bis in den Ozean erstreckte. Diese von der heutigen Konfiguration abweichende Situation könnte die Eisdecke vor dem wärmenden Einfluss des umgebenden Ozeans geschützt haben.“
Das Team hat für die Analysen Material aus Tiefsee-Bohrkernen genutzt, die im Rahmen internationaler Ozeanbohrprogramme gewonnen wurden und die im Bremer Bohrkernlager archiviert sind. Aus diesen Proben wurden fossile benthische Foraminiferen-Schalen extrahiert und in der FARLAB-Anlage für Clumped Isotopes der Universität Bergen auf ihre chemische Zusammensetzung untersucht.
Das Team der Studie schlussfolgert, dass Ihre Ergebnisse dazu beitragen die Funktionsweise des Klimasystems in wärmeren Klimazeiten als heute zu verstehen.
Das Projekt wurde vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council) sowie vom Norwegischen Forschungsrat finanziert.
Dr. Flavia Boscolo-Galazzo
Mikropaläontologie and Paläozeanographie
MARUM – Zentrum für marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
E-Mail: fboscologalazzo@marum.de
Flavia Boscolo-Galazzo, Victoria E. Taylor, Eirik V. Galaasen, Diederik Liebrand, Edward Gasson, Edoardo Dallanave, Alvaro Fernandez-Bremer, Jakub Witkowski, Steve M. Bohaty, A. Nele Meckler: Oligocene deep ocean oxygen isotope variations primarily driven by temperature. Nature Geoscience 2025. DOI: 10.1038/s41561-025-01878-y
Flavia Boscolo-Galazzo arbeitet mit fossilen Foraminiferen. Die Ergebnisse der aktuellen Studie zeig ...
Source: Patrick Pollmeier
Copyright: Patrick Pollmeier/ Universität Bremen
Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Chemistry, Environment / ecology, Geosciences, Oceanology / climate
transregional, national
Cooperation agreements, Research projects
German
Flavia Boscolo-Galazzo arbeitet mit fossilen Foraminiferen. Die Ergebnisse der aktuellen Studie zeig ...
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