Ein Sedimentkern aus dem pazifischen Sektor des Südpolarmeeres hat einem Forschungsteam um den Geochemiker Dr. Torben Struve von der Universität Oldenburg einen Hinweis auf eine unerwartete Klimarückkopplung in der Antarktis geliefert. Wie die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Geoscience berichten, bestand während vergangener Eiszeitzyklen ein enger Zusammenhang zwischen Veränderungen des Westantarktischen Eisschildes und dem Algenwachstum im Meer – allerdings anders als vermutet. Das Team schließt aus den Ergebnissen, dass der pazifische Sektor des Südpolarmeeres im Zuge der globalen Erwärmung in Zukunft womöglich weniger Kohlendioxid aufnehmen könnte als im Augenblick, wenn sich der als instabil geltende Westantarktische Eisschild weiter verkleinern sollte.
Der Sedimentkern, den das Team untersuchte, enthält Ablagerungen, die rund eine halbe Million Jahre in die Vergangenheit reichen und damit vier Eiszeitzyklen umfassen. Er wurde bereits 2001 auf einer Expedition des Forschungsschiffes Polarstern bei 116 Grad West und 62 Grad Süd in knapp 5.000 Metern Wassertiefe entnommen. Das Gebiet liegt zwischen Südamerika und Neuseeland südlich der sogenannten Polarfront und gehört damit zum Südpolarmeer.
Eine unerwartete Rolle in dem von den Forschenden beobachteten Klima-Feedback spielt das Element Eisen. „Im Normalfall wirkt die Zufuhr von Eisen im Südpolarmeer wie eine Düngung: Sie regt das Algenwachstum an, was wiederum dazu führt, dass der Ozean mehr Kohlendioxid aufnehmen kann“, erläutert Struve. Dies geschah früheren Untersuchungen zufolge etwa während vergangener Kaltzeiten: Damals wehten starke Winde vermehrt eisenhaltigen Staub von den Kontinenten ins Meer. Als Folge erhöhte sich das Algenwachstum, und das Südpolarmeer nördlich der Polarfront nahm mehr CO2 auf. Das verstärkte jeweils zu Beginn der Eiszeiten die globale Abkühlung.
Der in der aktuellen Studie untersuchte Sedimentkern zeichnete allerdings ein anderes Bild: Die Untersuchungen des Kerns ergaben, dass der Eiseneintrag dort – anders als in anderen Kernen aus benachbarten Meeresgebieten etwas weiter nördlich – vor allem in Warmzeiten besonders hoch war. Aus ihren Analysen ziehen die Forschenden den Schluss, dass die eisenhaltigen Sedimente nicht durch Wind, sondern durch Eisberge dorthin gelangt waren. Darauf deutet etwa die Größe der Partikel hin. Die Untersuchungen legen zudem nahe, dass das Material aus der Westantarktis stammt, dem Teil des Südkontinents westlich der Antarktischen Halbinsel. Der dortige Eisschild gilt als relativ instabil, da große Teile des Eises unterhalb des Meeresspiegels liegen.
Die aktuelle Studie liefere damit einen kleinen Beitrag zur Klärung der Frage, wie empfindlich der Westantarktische Eisschild auf Klimaveränderungen reagiert, berichtet Struve. Verschiedene jüngere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass sich das Eis in diesem Teil der Antarktis während der letzten Warmzeit vor rund 130.000 Jahren stark zurückgezogen hatte. Damals lagen die Temperaturen in etwa so hoch wie heute. „Auch unsere Ergebnisse legen nahe, dass damals in der Westantarktis viel Eis verloren gegangen ist“, erklärt der Struve, der am Oldenburger Institut für Chemie und Biologie des Meeres in der Arbeitsgruppe Marine Isotopengeochemie forscht. Durch den Zerfall des teils kilometerdicken Eispanzers entstanden offenbar zahlreiche Eisberge, die nach Norden drifteten. Im Eis waren Sedimente eingeschlossen, die Gletscher zuvor vom felsigen Untergrund abgetragen hatten und die beim Schmelzen der Eisberge zum Meeresgrund sanken. Den Daten aus dem Sedimentkern zufolge waren am Ende der Kaltzeiten und während des Höhepunkts der Warmzeiten besonders viele Eisberge unterwegs.
Überrascht waren Struve und seine Kolleginnen und Kollegen vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven und vom Lamont-Doherty Earth Observatory im US-Staat New York vor allem davon, dass die verstärkte Sediment- und Eisenzufuhr im Meer kein Algenwachstum anregte. „Das Wachstum des Phytoplanktons, also der Mikroalgen in den lichtdurchfluteten oberen Schichten des Ozeans, wurde nicht oder nur schwach angeregt, was somit zu einer stark verringerten Aufnahme von CO2 führte“, erklärt Dr. Frank Lamy, Paläoklimatologe am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und Koautor der Studie. Die Forschenden führen dies darauf zurück, dass es sich um stark verwitterte Sedimente handelte. Das Eisen, das diese Mineralkörnchen enthielten, lag ihrer Analyse zufolge in einer schlecht löslichen Form vor, die von Lebewesen nicht gut verwertet werden kann.
Das Bild, das sich aus den Daten ergibt, sieht folgendermaßen aus: „Unter dem Eisschild der Westantarktis befindet sich wahrscheinlich geologisch altes, bereits stark verwittertes Gestein“, erläutert Struve. Immer, wenn der Eisschild in vergangenen Warmzeiten schrumpfte und dabei zahlreiche Eisberge abbrachen, trugen diese größere Mengen der verwitterten Mineralien in den angrenzenden Südpazifik – wo das Algenwachstum dennoch gering blieb. „Dieser Zusammenhang war für uns sehr überraschend“, so der Forscher.
Denn: „Die Gesamtmenge an Eisen war in diesem Bereich des Südpolarmeeres nicht der kontrollierende Faktor für das Algenwachstum“, erklärt er. Die Ergebnisse würden zeigen, dass man nicht, wie bisher angenommen, pauschal davon ausgehen könne, dass eine Eisenzufuhr die CO2-Aufnahme des Südpolarmeers erhöht. Dies hänge vielmehr von der Bioverfügbarkeit des Eisens und damit etwa auch von der chemischen Zusammensetzung der eingetragenen Mineralien ab.
Für die Zukunft, wenn der Westantarktische Eisschild im Zuge der globalen Erwärmung vermutlich weiter schrumpfen wird, seien womöglich ähnliche Szenarien wie in der letzten Warmzeit zu erwarten, so das Team. „Nach allem, was man weiß, ist ein Zerfall des Eisschildes nicht in naher Zukunft zu erwarten, aber wir sehen, dass sich das Eis dort bereits ausdünnt“, erklärt Struve. Ein weiterer Rückgang könnte zur Folge haben, dass Gletscher und Eisberge erneut die verwitterten Gesteinsschichten verstärkt abtragen. Das könnte wiederum dazu führen, dass der pazifische Sektor des Südpolarmeers weniger Kohlendioxid aufnimmt als im Augenblick – eine Rückkopplung, die den Klimawandel noch verstärkt. Um mehr zum Ausmaß und zur Bedeutung dieses Phänomens sagen zu können, wäre es Struve zufolge sinnvoll, noch genauere geochemische Untersuchungen durchzuführen und weitere Meeresbodenproben aus dem Südpazifik zu analysieren: „In verschiedenen Archiven gibt es noch viel Material, mit dem man arbeiten kann.“
Universität Oldenburg
Originalpublikation:
Struve, T., Lamy, F., Gäng, F. et al. South Pacific carbon uptake controlled by West Antarctic Ice Sheet dynamics. Nat. Geosci. (2026). doi.org/10.1038/s41561-025-01911-0
