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Eine neue Studie verbindet Wachstum und Rückgang der antarktischen Eisschilde mit 40.000-jährigen Rhythmus in der subtropischen marinen Produktivität
Zyklen im Wachstum und Rückgang der antarktischen Eisschilde prägten einst die marine biologische Produktivität Tausende von Kilometern entfernt im subtropischen Ozean. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie von Forschenden der University of Wisconsin-Madison (USA) und des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen.
Die Studie ergab, dass der Obliquitätszyklus – ein 40.000-jähriger astronomischer Zyklus, der mit Veränderungen der Neigung der Erdachse zusammenhängt – die Produktivität der Ozeane in subtropischen Breiten beeinflusst hat, und zwar vor etwa 34 Millionen Jahren, als sich die antarktische Eiskappe erstmals ausdehnte. Die Ergebnisse wurden jetzt in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.
Die Erkenntnis überraschte die Forschenden, da der 40.000-Jahres-Zyklus zwar ein wichtiger Faktor für die Bedingungen an den Polen der Erde ist, aber in der Regel einen begrenzteren Einfluss auf das Klima und die Meere in Äquatornähe hat. Dennoch stellten die Forschenden einen starken, einzigartigen Einfluss auf die Bioproduktivität des urzeitlichen subtropischen Ozeans fest, und zwar über einen Zeitraum von einer Million Jahren, der mit der ersten Ausdehnung der antarktischen Eisschilde vor etwa 34 Millionen Jahren in Verbindung steht. Die marine Bioproduktivität bezeichnet die Produktion von Biomasse im Ozean, die letztlich mit der Photosynthese und der Umwandlung von Kohlendioxid in organisches Material zusammenhängt. „Das zeigt uns, dass die Bioproduktivität durch einen weit entfernten Prozess in hohen Breitengraden beeinflusst wird, und zwar durch die Zufuhr von Nährstoffen in die niedrigeren Breitengrade“, sagt Stephen Meyers, Professor für Geowissenschaften an der University of Wisconsin-Madison und einer der Hauptautoren der Studie.
Das Team gelangte zu dieser Schlussfolgerung durch die Analyse chemischer Signale, die in Meeresablagerungen erhalten geblieben sind und die vergangene biologische Produktivität dokumentieren. Die Sedimente wurden im Rahmen von Meeresbohrungen von 2020 bis 2022 an Bord des inzwischen ausgemusterten wissenschaftlichen Bohrschiffs JOIDES Resolution gesammelt. Jahrzehntelang entnahm das Schiff Meeresbodensedimentkerne, um die Ozeane der Erde und ihre geologische Geschichte zu erforschen, finanziert im Rahmen international geförderter Ozeanbohrprogramme wie dem International Ocean Discovery Program (2013 bis 2024) oder dessen Nachfolger seit 2025, dem International Ocean Drilling Programme (IODP³).
„Das Schiff hat Archivmaterial geliefert, das als Grundlage für bedeutende wissenschaftliche Entdeckungen im Zusammenhang mit globalen Klimaereignissen, der Evolution des Lebens und der Plattentektonik diente“, sagt Dr. Alexandra Villa, die als Doktorandin an der University of Wisconsin-Madison gemeinsam mit Meyers die Forschung leitete und als Wissenschaftlerin an Bord der IODP Expedition 393 tätig war. Villa ist heute Postdoktorandin am MARUM in Bremen und setzt ihre Forschung fort, indem sie weiter Archive aus wissenschaftlichen Meeresbohrungen verwendet.
Die Sedimentkerne boten den Forschenden die Möglichkeit zu rekonstruieren, ob und wie sich das Leben in subtropischen Ozeanen als Reaktion auf die Dynamik des Tausende von Kilometern entfernten antarktischen Eisschildes verändert hat. Um zu verstehen, wie sich der antarktische Eisschild auf das Leben in den subtropischen Ozeanen auswirken könnte, „ist es zunächst wichtig, darüber nachzudenken, wie die Ozeanzirkulation mit der Bioproduktivität zusammenhängt“, sagt Villa. „Heute wird etwa drei Viertel der gesamten marinen Bioproduktivität nördlich von 30 Grad südlich des Äquators durch Nährstoffe gestützt, die aus der Zirkulation des Südlichen Ozeans stammen – das ist der Ozean, der die Antarktis umgibt“, so Villa. „Das nährstoffreiche Wasser des Südlichen Ozeans sinkt ab und gelangt dann in die niedrigeren Breitengrade, wo es nach oben an die Oberfläche gemischt wird und so die Bioproduktivität beeinflusst.“
Als sich vor etwa 34 Millionen Jahren die antarktische Eisdecke bildete, veränderte dies die Zirkulationsmuster und den Nährstofftransport in den Ozeanen. „Und als die Eisdecke groß genug wurde, um sich bis zum Südlichen Ozean auszudehnen, beeinflusste der 40.000-jährige Neigungszyklus der marinen Eisschilde den Nährstofftransport zu unserem subtropischen Standort“, sagt Villa.
Die neue Studie baut auf früheren Untersuchungen der UW–Madison auf, die gezeigt haben, wie stark sich der 40.000-jährige Neigungszyklus auf die marinen Eisschilde auswirkt. Nun können Forschende diesen Zyklus mit der globalen Ozeandynamik in Verbindung bringen, was weitreichende Auswirkungen hat. Tatsächlich verdeutlichen die neuen Erkenntnisse, wie eng das Klimasystem der Erde miteinander vernetzt ist.
„Das Erdsystem ist so stark vernetzt, dass Veränderungen in einem Teil des Planeten überraschende Auswirkungen haben können“, sagt Meyers. „Die polaren Eisschilde und die globale Ozeanzirkulation sind wichtige Beispiele dafür, wie sich dies manifestiert und wie es marine Nahrungsnetze weit entfernt vom Eisschild beeinflusst. Unsere Studie zeigt, wie dynamisch, variabel und manchmal überraschend diese ‚globalen Fernverbindungen‘ sein können.“
Das MARUM gewinnt grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse über die Rolle des Ozeans und des Meeresbodens im gesamten Erdsystem. Die Dynamik des Ozeans und des Meeresbodens prägen durch Wechselwirkungen von geologischen, physikalischen, biologischen und chemischen Prozessen maßgeblich das gesamte Erdsystem. Dadurch werden das Klima sowie der globale Kohlenstoffkreislauf beeinflusst und es entstehen einzigartige biologische Systeme. Das MARUM steht für grundlagenorientierte und ergebnisoffene Forschung in Verantwortung vor der Gesellschaft, zum Wohl der Meeresumwelt und im Sinne der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen. Es veröffentlicht seine qualitätsgeprüften, wissenschaftlichen Daten und macht diese frei zugänglich. Das MARUM informiert die Öffentlichkeit über neue Erkenntnisse zur Meeresumwelt, und stellt im Dialog mit der Gesellschaft Handlungswissen bereit. Kooperationen des MARUM mit Unternehmen und Industriepartnern erfolgen unter Wahrung seines Ziels zum Schutz der Meeresumwelt.
Dr. Alexandra Villa
MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
E-Mail: avilla@marum.de
A. Villa, & S.R. Meyers: High-latitude teleconnections drive subtropical marine bioproductivity at the dawn of the Antarctic ice sheet, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (11) e2424082123, https://doi.org/10.1073/pnas.2424082123 (2026).
https://www.marum.de/Alte-Eiszyklen.html
Alex Villa nimmt Proben im Bremer Bohrkernlager, wo Kerne der internationalen Bohrprogramme gelagert ...
Source: U. Prange
Copyright: MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen; U. Prange
Criteria of this press release:
Journalists, all interested persons
Biology, Chemistry, Environment / ecology, Geosciences, Oceanology / climate
transregional, national
Research results
German
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