Alpine Jahrringisotopen Zeitreihen im Holozän

Die natürliche Umwelt des Alpenraumes reagiert sehr sensitiv auf Änderungen von Temperatur und Niederschlag wie es beispielsweise der aktuelle Gletscherrückgang, verursacht durch die gegenwärtige Erwärmung, beweist. Dieser Rückgang belegt auch die Bedeutung von Gebirgsgletschern als natürliches Klimaarchiv. Gletscher werden schon seit vielen Jahrzehnten zur Analyse der holozänen Klimaentwicklung herangezogen. Funde von Holzresten langlebiger Bäume führten jedoch in den letzten Jahren zu einer Änderung der Vorstellungen über die holozäne Gletscher- und damit auch Klimavariabilität in den Alpen. Das zeigt auf, dass die nacheiszeitliche Klimaentwicklung bis heute nicht befriedigend erfasst ist. Solche Kenntnisse sind jedoch wesentlich als Input für Klimamodelle und auch um die natürlichen und anthropogenen Einflüsse auf das Erdklima zu differenzieren. In den Alpen basierte die Kenntnis der holozänen Klimaentwicklung lange Zeit auf nur langfristige Schwankungen anzeigende Klimaarchive wie Gletscher und Waldgrenze. Holozäne Proxy-Zeitreihen mit bis zu jährlicher Auflösung von Klimaarchiven wie Speläothemen oder Jahrringen wurden erst in den letzten Jahren erstellt. Der Vergleich der verschiedenen Proxy-Reihen lässt jedoch Differenzen erkennen: während die Gletscher sowie die Waldgrenze einen übergeordneten holozänen Trend von einem vergleichsweise warmen frühen und mittleren zu einem relativ kühlen späten Holozän belegen, zeigen die hochaufgelösten Proxy-Zeitreihen keinen klaren Langzeittrend an. Die Ursachen für diese Differenzen sind bisher nicht verstanden. Dieses Projekt zielt auf die Verbesserung des Kenntnisstandes zur holozänen Umwelt- und natürlichen Klimavariabilität ab. Dazu sollen erstmals hochaufgelöste, mehrtausendjährige Proxy-Zeitreihen stabiler Isotope unter Heranziehung von Holzmaterial aufgebaut und diese mit anderen Proxy-Reihen ähnlicher Auflösung verglichen werden. Für den Reihenaufbau verwendet werden kalenderdatierte Hölzer von Schweizer Gletschervorfeldern (Tschierva, Unteraar, Morteratsch, Ried und Mont Miné) sowie von anderen alpinen Standorten ähnlicher Höhenlage. Mit dem bereits vorliegenden Holzmaterial kann der Zeitraum der letzten ca. 9100 Jahre durchgehend abgedeckt, ergänzt werden soll diese Proben mit weiteren, bei Feldarbeiten gewonnenen Holzproben. Die Datierungspräzision der Isotopenreihen wird (Kalender) jahresgenau sein. Die neuen Isotopen- Zeitreihen, erstellt mit diesem kalenderdatierten Holzmaterial der letzten rund 9000 Jahre, werden eine Auflösung von 5 Jahren haben. Folgende Ziele verfolgt diese Projekt: i) Aufbau von erstmals mehrtausendjährigen Zeitreihen für die stabilen Isotope C, O und H, basierend auf kalenderdatierten, jeweils 5 Jahrringe umfassenden Holzproben, sowie Durchführung von Spätholzdichte (blue intensity) Messungen am selben Material; ii) Erfassung der natürlichen holozänen Klimasensitivität und variabilität durch die Analyse von Jahrringmaterial aus Klima-Optima als auch aus kühlen Perioden basierend auf einem Multi-Proxy-Ansatz (stabile Isotope, Jahrringbreite, maximale Spätholzdichte) höchste Aufmerksamkeit bekommt dabei das gut dokumentierte 8.2 ka BP Ereignis; iii) Überprüfung der zeitlichen Stabilität der Übereinstimmung sowie der Sensitivität unserer neuen Proxy-Zeitreihen mit anderen hochaufgelösten Reihen stabiler Isotope aus dem Alpenraum sowie aus Grönland; und iv) Einsatz dieser Sensitivitäten für die Verbesserung des gegenwärtig limitierten Verständnisses für den Einbau von Wasserisotopen in Pflanzenmaterial. Dies ist dringend nötig, da kürzlich an extrahierter Zellulose erstellte, das vergangene Jahrtausend abdeckende alpine Jahrring-Isotopen-Zeitreihen unerwartete aber bemerkenswerte Differenzen des Verhältnisses zwischen Sauerstoff- und Wasserstoffisotopen zeigen. Dieses Projekt ist Ausdruck der gut etablierten und funktionierenden Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Geologie sowie dem Physikalischen Institut, beide Universität Bern, und dem Institut für Geographie der Universität Innsbruck.

Die Erstellung von mehrtausendjährigen und hoch aufgelösten Isotopen-Zeitreihen auf Basis von jahrgenau datierten Holzproben war das Hauptziel des schweizerisch-österreichischen D-A-CH Kooperationsprojektes "Alpine Jahrringisotopen-Zeitreihen im Holozän", das von den nationalen Wissenschaftsförderorganisationen SNF und FWF unterstützt wurde. Die darin erarbeiteten Isotopenzeitreihen für das Sauerstoffisotop 18O, das Kohlenstoffisotop 13C sowie Deuterium sind bisher ohne Vergleich und dokumentieren die natürliche Klimavariabilität im Zeitraum ca. 9000 bis 3500 Jahre vor heute. Die 18O Zeitreihe belegt etwa die Abkühlungsperiode um 8200 Jahre vor heute und die vergleichsweise hohen Werte im Zeitraum um 7000 Jahre vor heute stimmen generell mit dem nacheiszeitlichen Temperaturmaximum überein. Darüber hinaus wurden im österreichischen Teilprojekt ergänzend zu Jahrringbreiten- auch Holzdichte-Messungen an ausgewählten Hölzern durchgeführt, die die Erstellung einer entsprechenden, teilweise noch lückenhaften gemittelten Zeitreihe für die letzten 9000 Jahre erlaubten. Zudem wurden in Kooperation mit schweizerischen Projektpartnern über 220 Hölzer in alpinen Gletschervorfeldern beprobt, die die nacheiszeitliche Gletscherentwicklung in den Alpen dokumentieren beziehungsweise zu deren Rekonstruktion beitragen. Solche Gletscherhölzer, beprobt und untersucht in den letzten Jahren und Jahrzehnten im Rahmen einer österreichisch-schweizerischen Kooperation, waren überhaupt der Ausgangspunkt für das D-A-CH Forschungsprojekt. Die anhand der früheren Gletscherfunde erarbeiteten Ergebnisse belegen zwar klar die langfristige nacheiszeitliche Klimaentwicklung, diese sollte durch hoch aufgelöste Isotopen-Daten ergänzt werden. Dazu wurden jahrgenau datierte Hölzer aus dem Zeitraum der letzten 9000 Jahre in 5-Jahrring-Blöcke zerlegt und in weiterer Folge für die Isotopenmessungen aufbereitet. Während die Zerlegung der Holzproben Teil des österreichischen Teilprojekts (Leitung: Kurt Nicolussi, Institut für Geographie, Universität Innsbruck) war, erfolgten die Isotopenmessungen an der Abteilung für Klima und Umweltphysik der Universität Bern, Schweiz (Leitung: Markus Leuenberger, Klima und Umweltphysik, Universität Bern). Die Feldbegehung und Beprobungen in den Gletschervorfeldern wurden teilweise zusammen mit dem langjährigen Kooperationspartner Christian Schlüchter (Institut für Geologie, Universität Bern) durchgeführt. Die Holzdichtemessungen sowohl an den Gletscherhölzern als auch an weiteren nacheiszeitlichen Holzproben sollen zur Vervollständigung und Verbesserung der mehrtausendjährigen Zeitreihe im Hinblick auf jährlich aufgelöste Klimarekonstruktionen in einem Folgeprojekt fortgeführt werden.