Vor 150.000 Jahren war der Arktische Ozean offenbar vom Atlantik abgeschnitten

Vor rund 150.000 Jahren könnte der Arktische Ozean während einer Eiszeit zu einem riesigen Süßwasserbecken geworden sein. Mächtige Eismassen versperrten offenbar die Verbindung zum Atlantik. Salzhaltiges Meerwasser konnte zeitweise nicht mehr nachströmen. Stattdessen gelangte weiterhin Süßwasser aus Flüssen und schmelzendem Eis in das abgeschlossene Meeresbecken.

Wissenschaftler unter Beteiligung des Alfred-Wegener-Instituts haben dafür neue Belege gefunden. Ihre Untersuchung erschien im Fachjournal Communications Earth & Environment der Nature-Gruppe. Die Forscher entdeckten in Ablagerungen vom Meeresboden auffällige chemische Spuren. Sie sprechen dafür, dass die Arktis während mindestens zweier Eiszeitphasen weitgehend vom Nordatlantik isoliert war.

Während der Eiszeit verlor der Arktische Ozean offenbar seine Verbindung zum Atlantik

Heute strömt salzhaltiges Atlantikwasser zwischen Grönland, Island und Schottland in die nördlichen Meeresgebiete. Von dort gelangt es weiter in den Arktischen Ozean. Dieser Wasseraustausch beeinflusst die Temperatur, den Salzgehalt und die großräumigen Meeresströmungen.

Während früherer Eiszeiten herrschten jedoch völlig andere Bedingungen. Gewaltige Eisschilde bedeckten große Teile der Nordhalbkugel. Der Meeresspiegel lag deutlich niedriger als heute. Zugleich könnten kilometerdicke schwimmende Eismassen die Meeresverbindungen zwischen Grönland und Schottland blockiert haben. Damit wäre der Nachschub von salzhaltigem Atlantikwasser unterbrochen worden.

Zwei Eiszeiten veränderten die Arktis besonders stark

Die Hinweise betreffen zwei Zeiträume: vor etwa 150.000 bis 131.000 Jahren sowie vor ungefähr 70.000 bis 62.000 Jahren. In der geologischen Zeitskala gehören sie zu den Kaltzeitabschnitten MIS 6 und MIS 4. Innerhalb dieser Zeiträume kam es offenbar zu Phasen, in denen kaum noch Atlantikwasser in die Arktis gelangte.

Die zeitliche Einordnung einzelner Sedimentschichten ist allerdings unterschiedlich genau. Besonders für Proben aus der zentralen Arktis bestehen Unsicherheiten. Deshalb lässt sich bislang nicht bestimmen, wann die Verbindung jeweils vollständig unterbrochen wurde und wie lange dieser Zustand anhielt.

Chemische Spuren unterscheiden Süßwasser und Meerwasser

Den entscheidenden Hinweis lieferten zwei Varianten des chemischen Elements Beryllium. Die Wissenschaftler verglichen das Verhältnis der Isotope Beryllium-10 und Beryllium-9 in alten Meeresablagerungen. Ihre Zusammensetzung unterscheidet sich zwischen Atlantikwasser und Wasser aus arktischen Flüssen.

In den untersuchten Sedimentschichten aus den Eiszeiten lag dieses Verhältnis zwischen 0,06 und 0,64 mal 10 hoch minus acht. Im heutigen Atlantikwasser liegen typische Werte bei etwa fünf bis sieben mal 10 hoch minus acht. Die eiszeitlichen Werte waren damit erheblich niedriger und ähnelten stärker den chemischen Signaturen von Flusswasser.

Besonders auffällig war die räumliche Übereinstimmung. Die Forscher fanden vergleichbar niedrige Werte in mehreren arktischen Meeresbecken und den Nordischen Meeren. Die untersuchten Sedimentkerne stammten aus Wassertiefen zwischen 1073 und 2802 Metern.

Flüsse könnten das salzige Meerwasser verdrängt haben

Das Forschungsteam überprüfte außerdem verschiedene Erklärungen für die ungewöhnlichen Messwerte. Dazu gehörten eine stärkere Eisdecke, veränderte Sedimentablagerungen und eine Unterbrechung des Wasseraustauschs über die Beringstraße.

Die Berechnungen ergaben drei wesentliche Befunde:

• Eine verringerte Ablagerung von Beryllium aus der Atmosphäre konnte das berechnete Isotopenverhältnis lediglich um etwa 20 Prozent senken.
• Eine geschlossene Beringstraße führte im Modell sogar zu einem leicht höheren Verhältnis.
• Erst der vollständige Wegfall des atlantischen Zuflusses ließ das berechnete Verhältnis auf Werte sinken, die den eiszeitlichen Messungen ähnelten.

Gleichzeitig könnten Flüsse und Schmelzwasser das verbliebene Salzwasser allmählich verdrängt haben. Frühere Berechnungen ergaben, dass dafür unter geeigneten Bedingungen weniger als 10.000 Jahre ausgereicht haben könnten. Die vollständige Umwandlung in ein Süßwasserbecken wurde jedoch nicht unmittelbar gemessen.

Auch der Nordatlantik veränderte sich auffällig

In einem Sedimentkern aus dem Nordatlantik fanden die Wissenschaftler ebenfalls eine ungewöhnlich niedrige Beryllium-Signatur. Sie vermuten, dass sich die Verbindung zur Arktis nach einer längeren Unterbrechung wieder öffnete. Dabei könnte zuvor eingeschlossenes, berylliumarmes Wasser nach Süden geströmt sein.

Wann dieser mögliche Wasseraustausch wieder einsetzte, lässt sich aus den vorhandenen Daten nicht zuverlässig bestimmen. Die zeitliche Auflösung der Sedimentkerne reicht dafür nicht aus.

Solche Veränderungen könnten auch die Atlantische Umwälzzirkulation (AMOC) beeinflusst haben. Zu ihr gehören Meeresströmungen, die warmes Oberflächenwasser nach Norden und kaltes Tiefenwasser wieder nach Süden transportieren. Der Austausch zwischen den nördlichen Meeren und dem Atlantik trägt zu diesem System bei.

Mächtige Eisbarrieren könnten ganze Meeresgebiete abgeschnitten haben

Bereits 2021 hatten Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts die Möglichkeit eines eiszeitlichen Süßwasserbeckens in der Arktis beschrieben. Damals stützten sie ihre Vermutung auf andere chemische Spuren in Sedimenten. Fachkollegen widersprachen allerdings und verwiesen darauf, dass große Mengen abgelagerten Materials die niedrigen Isotopenkonzentrationen ebenfalls erklären könnten.

Das neue Beryllium-Verhältnis ist gegenüber solchen Schwankungen der Sedimentmenge weniger empfindlich. Zudem stimmen seine Veränderungen mit weiteren geochemischen Hinweisen überein. Dazu gehören Messungen von Neodym, Hafnium und Strontium aus älteren Untersuchungen.

Die genauen Ausmaße der damaligen Eisbarrieren bleiben unbekannt. Ebenso offen ist, wie viel Süßwasser sich während der einzelnen Isolationsphasen ansammelte. Unter den mächtigen Eismassen könnte der Arktische Ozean über Jahrtausende hinweg eine völlig andere Wasserzusammensetzung besessen haben als heute.

Kurz zusammengefasst:

• Vom Atlantik abgeschnitten: Vor etwa 150.000 Jahren und erneut vor rund 70.000 Jahren war der Arktische Ozean während der Eiszeiten offenbar zeitweise vom Nordatlantik isoliert.
• Süßwasser statt Salzwasser: Mächtige Eismassen könnten den Zufluss von Atlantikwasser blockiert haben, während Flüsse und Schmelzwasser die Arktis zunehmend mit Süßwasser füllten.
• Neue Belege aus dem Meeresboden: Chemische Spuren in alten Sedimenten stützen diese Erklärung, doch Dauer und Ausmaß der Isolation sowie ihre Auswirkungen auf das Weltklima sind noch ungeklärt.

Übrigens: Nicht nur die eiszeitliche Vergangenheit der Arktis birgt Überraschungen: Unter Grönlands kilometerdickem Eis haben Wissenschaftler 1.943 Täler kartiert, viele davon bislang unbekannt. Wie diese verborgene Landschaft gewaltige Eisströme lenkt, mehr dazu in unserem Artikel.

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