Eisbohrkerne

Hast Du gewusst, dass die Alpen vor 6.000 Jahren noch nicht von Schnee und Eis bedeckt, sondern eisfrei waren?

Forscher und Forscherinnen haben das durch Eisbohrkerne und Eisbohrkernforschung herausgefunden. Bei Eisbohrkernen handelt es sich um Bohrkerne aus Eis, die durch einen Bohrer aus über 2.000 Metern Tiefe gewonnen werden können.

Eisbohrkerne sind wichtig für die Rekonstruktion des Klimas und geben Auskunft über das Klima vor über einer Million Jahren. Die meisten Eisbohrkerne stammen aus der Antarktis oder von der Insel Grönland.

Eisbohrkerne – Einfach erklärt

Gletscher und Eisschilde, also mächtige Eismassen, sind ein Archiv der Erdgeschichte. Das bedeutet, dass diese Eismassen Informationen zur Geschichte der Erde liefern. Dazu gehört zum Beispiel die Zusammensetzung der Atmosphäre, die Menge des Niederschlages und im Allgemeinen das Klima vor mehreren Hunderttausend Jahren. Diese Informationen kann man durch Eisbohrkerne entnehmen.

Eisbohrkerne bestehen aus verschiedenen Schichten, die einen chronologischen Einblick in die Erdgeschichte geben. Die Schichten entstehen durch Eis, das sich nach und nach durch Niederschlag und Schneefall ablagert und verfestigt. Da die Umgebungstemperatur permanent unter 0 °C liegt, schmelzen die Eisschichten nicht.

Der Durchmesser eines Eisbohrkerns liegt zwischen 10 und 15 Zentimetern. Die Länge der Eisbohrkerne kann variieren, je nachdem, wie tief die Forschenden bohren wollen. Mit einem Hohlbohrer, einem Bohrer, der hohl ist, kann der Eisbohrkern aus der Eismasse entnommen werden.

Sobald die Eisbohrung abgeschlossen ist, werden die Eisbohrkerne in sogenannten Eislaboren mit Computertomographen untersucht. Ein Computertomograph ist ein Gerät, das durch Röntgenstrahlung das Innere eines Eisbohrkerns erkenntlich machen kann.

Abbildung 1 zeigt Dir einen Eisbohrkern:

Abb. 1 - Eisbohrkern

Eisbohrkerne – Einblick in Erdgeschichte

Wird Niederschlag oder Schnee zu Eis, werden die Ionen im Eis eingeschlossen und die Konzentration kann nach der Eisbohrung im Eislabor untersucht werden.

Auf der folgenden Abbildung siehst Du, wie die Jahresschichten in einem Eiskern unter einem Computertomographen aussehen.

Abb. 2 - Jahresschichten in einem Eiskern unter einem Computertomopgraphen

Durch die Isotopenzusammensetzung, die durch den Computertomopgraphen ermittelt werden kann, können Forschende die vergangene Lufttemperatur bestimmen. Das Verhältnis der Sauerstoffisotope O¹⁸ und O¹⁶ verändert sich nämlich bei Zu- oder Abnahme der Temperatur.

Die Dicke der Jahresschichten gibt Aufschluss über die Niederschläge, die in dem Zeitraum stattgefunden haben. Das kannst Du Dir wie folgt vorstellen: Wenn Niederschlag auf eine bereits vorhandene Eisschicht trifft, fängt das Wasser des Niederschlages an zu gefrieren. Dadurch wird die Eisschicht und damit die Jahresschicht dicker.

In Eiskernen sind Luftblasen von Eis umschlossen. In diesen Luftblasen befinden sich Gase beziehungsweise Treibhausgase. Durch die Konzentration der Treibhausgase lässt sich die damalige Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmen.

Durch die Konzentration von Sulfat oder anderen chemischen Elementen und Verbindungen können Extremereignisse, wie Vulkanausbrüche oder Meteoriteneinschläge erkannt werden.

Eisbohrkerne Genauigkeit

Die Rekonstruktion der Erdgeschichte durch Eisbohrkerne ist relativ genau. Doch je tiefer sich eine Schicht befindet, desto ungenauer sind die Informationen, die man erhält. Denn je mehr Eisschichten auf eine andere Eisschicht gestapelt sind, desto höher wird der Druck, der auf die Eisschicht einwirkt und es kommt zum Verwischen der Eisschichten.

In den Eisschichten sind Luftblasen eingeschlossen. Bis die Luftblasen aber vollkommen von dem Eis umhüllt sind und die Eismasse verfestigt ist, vergeht noch eine gewisse Zeit. Bis dahin können die Gase frei zirkulieren, sich also frei im und um das Eis an der Luft bewegen. Gelangen die Gase an die Luft, kann das die Ergebnisse in den jüngeren Eisschichten verfälschen, da die Gase nicht in der Eismasse eingeschlossen werden können.

Eisbohrkerne Aufwand

Die Eisbohrkernforschung ist sehr aufwendig. Forscher und Forscherinnen leben meist unter harten Bedingungen in Forschungsstationen mit Außentemperaturen von unter -35 °C. Wenn die Forscher und Forscherinnen Eisbohrkerne entnehmen möchten, brauchen sie dafür also entsprechendes Equipment, wie Jacken, Schuhe und Ähnliches. Aber auch das Forschungsequipment muss an die niedrigen Temperaturen angepasst sein.

Auch die Entnahme der Eisbohrkerne ist mit äußerst viel Aufwand verbunden, da bei der Bohrung tiefe Tiefen von über 2.000 Meter erreicht werden sollen. Da die Eisschichten sehr fest sind, kann man innerhalb einer Woche circa 170 Meter tief bohren. Forscher und Forscherinnen sind deswegen mehrere Monate auf der Forschungsstation.

Eisbohrkerne – Klima

Durch die Eisbohrkerne erhält man Informationen zum Klima vor mehreren Hunderttausend Jahren. Vor allem durch Treibhausgase lassen sich viele Rückschlüsse zum Klima und der Veränderung des Klimas über einen langen Zeitraum ziehen.

Eisbohrkerne Klimadaten

Unter Klimadaten versteht man alle Daten, die dazu beitragen, das Klima einer Region zu beschreiben. Dazu gehören zum Beispiel der Niederschlag, die Sonnenstunden und die Temperatur.

Folgende Klimadaten können durch Eisbohrkerne abgedeckt werden:

• Niederschlag
• Temperatur
• Zusammensetzung der Atmosphäre
• Extremereignisse

Eisbohrkerne Klimawandel

Durch Eisbohrkerne kann zudem der Klimawandel aufgezeigt werden.

Dabei handelt es sich jedoch überwiegend um den natürlichen Klimawandel und weniger um den von menschengemachten Klimawandel. Das liegt daran, dass der menschengemachte Klimawandel nur einen geringen Teil der Eisbohrkerne ausmacht.

Ein etwa 2.000 Meter tiefer Eisbohrkern kann Informationen von über 100.000 Jahren Erdgeschichte enthalten. Der menschengemachte Klimawandel macht nur etwa 200 bis 300 Jahre⁷ davon aus, das sind circa 0,002 bis 0,003 %.

Dennoch wird der Klimawandel, der durch Menschen verursacht wird, in einem Eisbohrkern ersichtlich. Die CO₂-Konzentration ist seit dem 18. Jahrhundert angestiegen. Das sieht man an den der CO₂-Konzentration in den Luftbläschen der Eisbohrkerne.

Eisbohrkerne – Grönland und Antarktis

Auf Grönland, einer Insel, die sich nordwestlich von Kanada befindet, und in der Antarktis am Südpol befindet sich der größte Anteil an Eisschilden auf der Erde. Daher bietet es sich an, dort Eisbohrkernforschung zu betreiben.

Eisbohrkerne Grönland

Auf der Insel Grönland finden das North Greenland Eemian Ice Drilling Project, kurz NEEM und das East Greenland Ice-Core Project, kurz EASTGrip statt. Die Eisbohrkerne aus den beiden Projekten liefern Informationen über die letzten 115.000 bis 130.000 Jahre.⁴

Die beiden Projekte von verschiedenen Forschungsinstituten aus unterschiedlichen Ländern finanziell und wissenschaftlich unterstützt. Dazu gehören zum Beispiel das Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven, die Universität Bern und die Universität in Kopenhagen.

Die NEEM-Bohrung endete bereits 2012, die Auswertung der Eisbohrkerne dauerte aber noch Jahre darüber hinaus an. 2015 wurde das Equipment des NEEM-Projektes umgelagert, um das EASTGrip-Projekt, das bis heute noch andauert, zu starten.

Eisbohrkerne Antarktis

Das European Project for Ice Coring in Antarctica, kurz EPICA und der Nachfolger Beyond EPICA sind die beiden bekannten Projekte zur Eisbohrkernforschung in der Antarktis. Durchgeführt und geplant wird Letzteres durch das Consiglio Nazionale delle Ricerche aus Italien, wobei noch weitere Forschungsinstitutionen an dem Projekt beteiligt sind.

Dazu gehören unter anderem das Helmholtz-Institut für Polar- und Meeresforschung in Deutschland, die Universität Grenoble in Frankreich und die Universität Stockholm in Schweden. Die Kosten belaufen sich auf über 10 Millionen Euro.⁶

Der Eisbohrkern des Projektes EPICA ist 2.774 Meter tief.⁴ Die Forschenden des Nachfolgeprojektes Beyond EPICA hoffen, dass sie in größere Tiefen gelangen können, um noch mehr Informationen zur Erdgeschichte zu erlangen.

Die Beyond EPICA-Bohrung befindet sich auf Dome C, genauer gesagt Dome Charlie. Dabei handelt es sich um ein 3.200 Meter⁵ hohes Plateau in der Antarktis. Man plant mit einer Bohrtiefe von 170 Metern pro Woche.⁵ Begonnen hat dieses Projekt im Juni 2019, das Ende ist zum Mai 2026 geplant.

Auf Abbildung 3 siehst Du, wie die Forschungsstation auf Dome Charlie um 1977 ³ ausgesehen hat:

Abb. 3 - Camp der Forschungsstation auf Dome Charlie