Forscher aus Bremen und Bremerhaven liefern neue Erkenntnisse über den Wechsel von Warm- und Kaltzeiten Wie Staub das Klima verändert

In der Erdgeschichte gab es Zeiten, in denen die Polargebiete vollkommen eisfrei waren. Schon vor Millionen Jahren hat jedoch eine Phase begonnen, die Wissenschaftler als Eiszeitalter bezeichnen und die bis heute andauert: In der Arktis und Antarktis gibt es große Eisschilde. Innerhalb dieses Eiszeitalters haben sich wiederholt wärmere und kältere Phasen, sogenannte Warm- und Kaltzeiten, abgewechselt. Eine neue Studie belegt, dass dabei Staub eine zentrale Rolle gespielt hat.
24.01.2014, 00:00
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Wie Staub das Klima verändert
Von Jürgen Wendler

In der Erdgeschichte gab es Zeiten, in denen die Polargebiete vollkommen eisfrei waren. Schon vor Millionen Jahren hat jedoch eine Phase begonnen, die Wissenschaftler als Eiszeitalter bezeichnen und die bis heute andauert: In der Arktis und Antarktis gibt es große Eisschilde. Innerhalb dieses Eiszeitalters haben sich wiederholt wärmere und kältere Phasen, sogenannte Warm- und Kaltzeiten, abgewechselt. Eine neue Studie belegt, dass dabei Staub eine zentrale Rolle gespielt hat.

Die bislang letzte ausgedehnte Kaltzeit begann vor mehr als 100000 und endete vor etwa 11700 Jahren. Auf dem Höhepunkt dieser Kaltzeit lag ganz Skandinavien unter einer kilometerdicken Eisdecke. Weite Teile Nordamerikas waren vermutlich ebenfalls von Eis bedeckt. Bei der Suche nach den Ursachen für den Wechsel von Kalt- und Warmzeiten sind Forscher unter anderem auf kosmische Faktoren gestoßen. So verändert sich die Umlaufbahn der Erde um die Sonne in einem bestimmten Rhythmus, sprich: Der Abstand des Planeten zum Zentralgestirn ist mal größer, mal kleiner.

Dass Staub für das Klima auf der Erde eine große Rolle spielt, ist keine neue Erkenntnis. Forscher denken dabei allerdings nicht an den Hausstaub, der sich unter anderem aus Hautschuppen, winzigen Teilen von Pflanzen, Fasern von Stoffen, Bakterien und Hausstaubmilben zusammensetzt. Für sie sind besonders mineralische Staubteilchen wichtig, wie sie unter anderem aus Wüsten wie der Sahara oder bei Vulkanausbrüchen in die Erdatmosphäre gelangen.

Solche Staubteilchen werden ebenso wie beispielsweise Meersalz aus der Gischt, Sporen und Pollen auch als Aerosolpartikel bezeichnet. Diese tragen als sogenannte Kondensationskerne zur Entstehung von Wolken bei. An ihnen können sich Wassermoleküle zusammenballen und Tröpfchen bilden.

Wie der Geowissenschaftler Frank Lamy vom Bremerhavener Alfred-Wegener-Institut erklärt, reflektiert Staub Sonnenstrahlung und trägt so dazu bei, dass sich die Erde weniger stark erwärmt. Mit anderen Worten: Er hat einen kühlenden Effekt. Das Klima beeinflusst er nach den Worten des Wissenschaftlers aber auch dann, wenn er ins Meer gelangt. Der Grund: Staub enthält Spurenstoffe wie Eisen, das bei vielen biochemischen Vorgängen – etwa bei der Photosynthese – benötigt wird. Ist viel Eisen vorhanden, fällt es Algen leichter, mithilfe der Photosynthese neues biologisches Material zu bilden. Die Menge an Algen kann zunehmen, und dies hat Folgen für das Klima, denn Algen nutzen bei der Photosynthese nicht nur die Sonnenenergie, sondern auch aus der Atmosphäre stammendes Kohlendioxid. Indem sie den darin enthaltenen Kohlenstoff binden, tragen sie zur Verringerung der Menge dieses Treibhausgases in der Atmosphäre bei. Das heißt: Auch die Vermehrung der Algen kann dazu führen, dass Temperaturen sinken.

In der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Science“ stellt Frank Lamy Erkenntnisse vor, die er gemeinsam mit Kollegen – unter anderem vom Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) der Universität Bremen – mithilfe von Sedimentproben aus dem Südpolarmeer gewonnen hat. Die Meeressedimente dienen den Wissenschaftlern als erdgeschichtliches Archiv, denn sie enthalten Staub, der sich im Laufe großer Zeiträume abgelagert hat. Anhand der Proben weisen die Wissenschaftler nach, dass während der vergangenen eine Million Jahre in den Kaltzeiten zwei bis drei Mal so viel Staub vom Ozean aufgenommen wurde wie in den Warmzeiten. Lamy fasst das Ergebnis so zusammen: Nach den Untersuchungen stehe zweifelsfrei fest, dass Kaltzeiten auf der Südhalbkugel über einen Zeitraum von einer Million Jahren immer und praktisch überall mit einem niedrigeren Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre und höheren Staubeinträgen aus der Luft einhergegangen seien.

Woher aber stammte der Staub? Lamy vermutet, dass ein Grund für die größeren Staubmengen die Verlagerung oder Ausdehnung von Windbändern in Richtung Äquator gewesen sein könnte. Der Südozean sei dafür bekannt, dass dort ein starker Westwind herrsche. Die Verlagerung oder die Ausdehnung des Westwindgürtels in Richtung Norden könnten unter anderem dazu geführt haben, dass Staub aus australischen Trockengebieten in die Atmosphäre und letztlich ins Meer gelangt sei.

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