Delta ¹⁸O

Heute können Glaziologen Paläotemperaturen rekonstruieren, indem sie die Isotopenzusammensetzung von Eisbohrkernen untersuchen, die an den Polen entnommen werden.

Das Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom, das mit zwei Wasserstoffatomen verbunden ist. Sauerstoff ist eine Mischung aus drei natürlichen Isotopen: ¹⁶O (99,76%), ¹⁷O (0,04%) und ¹⁸O (0,20%). Im Wasserkreislauf bewegt sich das schwere Isotop ¹⁸O weniger leicht als das leichtere Isotop ¹⁶O, daher beobachten wir eine sogenannte Isotopenfraktionierung.

So verdunstet „schweres“ Wasser weniger leicht als „leichtes“ Wasser, fällt aber bei Niederschlag häufiger ab. Die Intensität dieser Fraktionierung hängt direkt von der Temperatur ab. Je mehr man sich zu den Polen bewegt, desto weniger enthalten die Wolken und damit der Niederschlag das Isotop ¹⁸O. In den polaren Eiskappen sind daher die schwereren Isotope weniger häufig vertreten als in den Ozeanen, insbesondere in einem kalten Klima.

So kommt für Glaziologen Eis das arm an ¹⁸O ist aus einer Periode kalten Klimas, während Eis weniger arm an ¹⁸O aus einer Periode mit warmem Klima kommt.

Delta-O18 (δ¹⁸O) ist ein Maß für dieses ¹⁸O/¹⁶O-Häufigkeitsverhältnis. Je mehr ¹⁸O die Probe enthält, desto positiver ist die δ¹⁸O-Messung. Umgekehrt bedeutet δ¹⁸O < 0 das ein Mangel an ¹⁸O im Vergleich zu ¹⁶O vorherrscht.

Die Untersuchung von Meeressedimenten ermöglicht eine ähnliche Analyse: Meeresorganismen entwickeln ihre Schalen aus den im Meerwasser enthaltenen chemischen Elementen, darunter Sauerstoff. Das Isotopenverhältnis von Sauerstoff, aus dem diese Muscheln in Meeressedimenten bestehen, ermöglicht es uns, die Klimageschichte unseres Planeten zu verfolgen. Die Entwicklung des Isotopenverhältnisses ¹⁸O / ¹⁶O im Wasser verläuft entgegengesetzt zu der der Eiskappen. Ein Ozean und damit Sedimente, die reich an ¹⁸O sind, implizieren Eiskappen, die arm an ¹⁸O sind, und somit ein kaltes Klima.

Gleichzeitig ermöglichte die Untersuchung des Eises die Analyse des Kohlendioxidgehalts von im Eis enthaltenen Luftblasen (in der Animation nicht dargestellt). Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler einen Zusammenhang zwischen dieser Variablen und der zeitlichen Entwicklung der Temperaturen nachweisen.

Dank dieser unterschiedlichen Studienrichtungen, deren Ergebnisse übereinstimmen, haben Wissenschaftler gezeigt, dass klimatische Variationen in einem Zyklus von etwa 100.000 Jahren abwechselnd Eis- und Zwischeneiszeiten aufweisen. Sie zeigten auch, dass sich die atmosphärischen CO2-Konzentrationen parallel zu den Temperaturen entwickelt haben, was den Zusammenhang zwischen diesen beiden Faktoren beweist.