Neue isotopen geochemische Tracer für Staub aus Grönlandeis

Heutzutage sind weltweit viele Anzeichen für einen schnellen Klimawandel offensichtlich. Auf die großmaßstäblichen atmosphärischen Zirkulationsmuster tut schon jetzt oder wird dieser Klimawandel einen großen Einfluss ausüben, speziell auf die Temperaturen und Niederschlagsmengen und -verteilung. Zirkulationsmodelle für die Erdatmosphäre können die involvierten Prozesse und Änderungen voraussagen. Aber, um die Zuverlässigkeit dieser Modelle zu verbessern ist es notwendig, diese auch für Klimabedingungen zu testen, die sehr stark von den heutigen Bedingungen abweichen. Drastische Klimawandel und damit einhergehende Änderungen in den Umweltbedingungen (Eiszeiten und interglaziale Warmzeiten) haben schon vor tausenden von Jahren die globalen atmosphärischen Zirkulationsmuster stark beeinflusst. Dadurch sind auch die Emission von Staub via Veränderungen in der Vegetationsbedeckung und hydrologischen Bedingungen stark geprägt worden. So zum Beispiel gelangten große Mengen an terrestrischem mineralischen Staubes in die Erdatmosphäre. Dieser Staub wurde nach einem weiten Transportweg von etlichen Tausend Kilometern teilweise in Grönland auf dem Eisschild als Verunreinigung abgelagert. Die dadurch angesammelten Staubmengen, gewonnen aus Eisborkernen zentral Grönlands, stellen ein erforschbares Abbild der vergangenen Klimawandel und der Aktivität von Staubemissionszentren dar. Hierbei wichtig zu wissen ist, welche Staubemissionszentren wie stark aktiv waren und wie sich diese Aktivitäten im Laufe der Zeit geändert haben. In diesem Forschungsprojekt versuchen wir die Methodik zur Identifikation der angesprochenen Staubemissionszentren mittels neuer analytischer Methoden (finger printing vie Hafnium-Isotopie in Kombination mit Strontium- und Neodymium-Isotopie) zu erarbeiten. Ist die Herkunft des Grönlandeisstaubes bekannt, kann unser Verständnis des Einflusses von Klimawandel auf Landgebiete (Niederschlagsmengen und verteilung, Vegetation) verbessert werden. Zugleich können die erwähnten Atmosphären- Zirkulationsmodelle getestet werden. Damit sind dann auch verbesserte Klimamodelle für zukünftige Änderungen in der atmosphärischen Zirkulation erarbeitbar. 1

Eisbohrkerne aus Grönland stellen wichtige Zeitzeugen und Archive von Klimawandel dar. Sie reichen dabei bis ins letzte Interglazial (ca. 130'000 - 115'000 Jahre vor heute), das ein ähnliches Klima wie heute hatte. Ein verbessertes Verständnis von Klimawandel und dessen Effekten zur damaligen Zeit erlaubt eine besser Abschätzung dessen, was in Zukunft passieren wird sobald die Konzentrationen der Treibhausgase ein hohes Niveau erreicht haben werden. Klimaänderungen bewirken großmaßstäblichen Veränderungen der globalen atmosphärischen Zirkulation und haben somit einen direkten Einfluss zum Beispiel auf die Temperatur- und Niederschlagsverteilung auf der Kontinenten. Die Simulation von atmosphärischen Prozessen kann diesen Einfluss voraussagen, aber es ist von größter Wichtigkeit, daß diese Modelle mit den Klimadaten zu Zeiten fundamental anderer klimatischen Bedingungen vor Tausenden von Jahren in der geologischen Vergangenheit verglichen werden. Aerosole/Staubpartikel, die während der Kälteperioden auf dem Grönlandeisfeld abgelagert wurden, stammen von den Kontinenten der nördlichen Hemisphäre. Die Herkunftsbestimmung der Staubpartikel und die Untersuchung von Verunreinigungen im Eis helfen die Effekte von Klimaänderungen an Land, auf Niederschlagsmengen, auf Vegetation, auf die Prozesse im Staubherkunftsgebiet zu erkennen und verstehen. Sie helfen auch, die atmosphärischen Zirkulationsmodelle während Kälteperioden zu validieren. In diesem Lise Meitner Projekt haben wir Messmethoden zur Bestimmung der Isotopie der Element Hafnium, Neodynium und Strontium (Hf-Nd-Sr) an kleinen Mengen (3-6 mg) von Stäuben und Aerosole entwickelt. Diese Methoden sind nicht nur billiger als bisherigen Methoden, sondern ermöglichen auch eine höher Durchlaufrate ohne dabei die Genauigkeit und Präzision der Isotopiedaten zu kompromittieren. Zusätzlich wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Lausanne die Wasserstoffisotopie des in Tonmineralen gebundenen Wassers bestimmt. Dieses 'finger printing' erlaubt eine Diskriminierung und Bestimmung der Liefergebiete. Dies stellt ebenfalls eine neuartige Methode der Beheimatung von Aerosolen/Stäuben dar. Die Messung der Isotopien der Aerosole aus dem NorthGRIP Eisbohrkern und von potentiellen Liefergebieten zeigen, dass die Aerosole höchstwahrscheinlich aus dem Gebiet der Taklamakanwüste (NW China) stammen. Auch möglich scheint zudem eine Herkunft aus Südosteuropa zu sein. Diese Herkunftsbestimmung ist sehr wichtig, müssen doch zukünftig globale atmosphärischen Zirkulationsmodelle diese berücksichtigen. Die Zirkulationssimulation für die Zeit des letzten Eishochstandes (LGM) in einem kleineren Maßstab und in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unter Verwendung des 'Max Planck Institute for Meteorology Earth System Model' zeigen, daß Aerosole aus Europa sehr wohl Grönland während des LGM erreicht haben könnten. Ein solches Szenario wurde in der Vergangenheit nicht diskutiert weil Europa einfach als von Grönland in Windrichtung liegend betrachtet wurde. Das Lise Meitner Projekt hat einen großen Beitrag zu unserem Verständnis der möglichen Herkunftsorte von Aerosolen in Grönlandeis geleistet und hat erbracht, daß die Hf-Nd-Sr und Wasserstoff Isotopien als sehr aussagekräftige Tracer in Herkunftsstudien verwendet werden können.