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Delta ¹⁸O HTML5

Zusammenfassung

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.

Lernziele

  • Veranschaulichen der Isotopenfraktionierung durch Verdunstung und Niederschlag.
  • Erklären, wie Sediment- oder Eisbohrkerne für das Studium des vergangenen Klimas analysiert werden.