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Forscher haben die Überreste eines gigantischen Flussnetzes von mehr als 1.500 Kilometern Länge entdeckt, das unter der Eisdecke der Antarktis vergraben liegt. Es ist etwa 40 Millionen Jahre alt und durchquerte den Kontinent von Osten nach Westen, als dort ein gemäßigtes Klima herrschte und üppige Ökosysteme beheimatet waren. Diese Entdeckung könnte es ermöglichen, Vorhersagemodelle für die Entwicklung des Klimawandels zu verfeinern.
Vor 100 Millionen Jahren, als sie noch der zentrale Teil des Superkontinents Gondwana war, war die Antarktis nicht isoliert und vollständig mit Eis bedeckt. Vor 130 Millionen Jahren trennte es sich von Gondwana und wurde ein unabhängiger Kontinent. Obwohl der Kontinent am Südpol lag, herrschten gemäßigte klimatische Bedingungen. Das gesamte Gebiet war damals von ausgedehnten Flusssystemen und üppiger Vegetation bedeckt. Diese Bedingungen hielten bis zum Ende des Eozäns (vor 34 Millionen Jahren) an, als der CO2-Gehalt in der Atmosphäre sank.
Dies führte zu einer Phase großer Vereisung, die während des Übergangs vom Eozän zum Oligozän vor 34 bis 44 Millionen Jahren begann. Während dieser Zeit verschwand die tropische Flora vom Kontinent und wurde nach und nach durch ausgedehnte Tundraflächen ersetzt. Letztere wiederum wurden schließlich durch die Eiskappen verdrängt. Dies ist eine der ausgeprägtesten Klimaübergangsperioden im Phanerozoikum, dem Äon, das die letzten 539 Millionen Jahre umfasst.
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Forscher untersuchen diese große Übergangsperiode, um zu modellieren, wie der Planet im Falle eines extremen Klimaereignisses reagieren könnte. Die Menge an CO2 in der Atmosphäre war am Ende des Eozäns tatsächlich doppelt so hoch wie heute. Es wird geschätzt, dass die Werte innerhalb von 150 bis 200 Jahren vergleichbar sein könnten, wenn die anthropogenen Treibhausgase weiter zunehmen.
« Wenn wir über einen möglicherweise schwerwiegenden Klimawandel in der Zukunft nachdenken, müssen wir aus Perioden in der Erdgeschichte lernen, in denen er bereits stattgefunden hat », erklärte zu Wissenschaft live erleben Johann Klages, Sedimentologe am Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung am Alfred-Wegener-Institut in Deutschland.
Allerdings sind geologische Aufzeichnungen über die Umweltbedingungen der Antarktis zu dieser Zeit äußerst selten. Alle geologischen Schichten aus dieser Zeit sind vollständig mit Eis bedeckt. Andererseits sind herkömmliche Bohrtechniken für die Probenentnahme aus diesen Schichten nicht geeignet.
Die von Klages und seinen Kollegen durchgeführten Bohrreihen liefern mithilfe modernster Techniken neue Hinweise auf die antarktischen Landschaften während des Eozän-Oligozän-Übergangs. Ihre Ergebnisse – beschrieben in der Zeitschrift Wissenschaftliche Fortschritte – enthüllen die Überreste einer komplexen und vielfältigen Landschaft, die unter der dicken Eisschicht begraben liegt, die den Kontinent bedeckt.
Karte der Westantarktis, die die subglaziale Topographie des Untersuchungsgebiets zeigt, einschließlich wichtiger geologischer Einheiten und tektonischer Strukturen sowie des vorgeschlagenen Standorts (in blauer Umrandung) des eozänen Flusssystems. © Maximilian Zundel et al.
Ein transkontinentales Netzwerk von 1500 Kilometern
Die Bohrungen des Teams wurden 2017 während einer Expedition an Bord des Eisbrechers Polarstern durchgeführt. Letzterer durchquerte den südlichen Teil Chiles und segelte dann durch die Drake-Passage, bevor er den westlichen Teil der Antarktis in der Amundsen-Bucht erreichte. Die südlichsten und ältesten Sedimentabfolgen wurden für Bohrarbeiten bis zu einer Tiefe von 30 Metern unter dem Meeresboden angestrebt.
Um die Proben zu analysieren, verwendeten die Forscher Datierungstechniken, die auf der Temperatur und den in Schwermineralien enthaltenen Isotopen basierten. Die Quantifizierung von Lipid-Biomarkern wurde auch verwendet, um zusätzliche Informationen über die Sedimentablagerungsbedingungen zu gewinnen. „ Zusammengenommen ermöglichen uns unsere Daten, die eozäne Landschaft der Westantarktis vor der großflächigen dauerhaften Vereisung zu rekonstruieren “, erklärten sie in ihrem Bericht.
Isotopenanalysen ergaben, dass sich der untere Teil der Sedimentschichten in der Mittelkreide vor etwa 85 Millionen Jahren gebildet hat. Diese Schicht enthielt versteinerte Sporen und Pollen, die typisch für gemäßigte Regenwälder sind. Der obere Teil der Sedimente enthielt Sand aus dem mittleren bis späten Eozän (vor 30 bis 40 Millionen Jahren).
Die Eigenschaften der eozänen Schicht ähnelten stark denen der Flussdelta-Sedimente. Die Quantifizierung von Lipidmarkern ergab auch das Vorhandensein von Molekülen, die speziell in im Süßwasser lebenden Cyanobakterien vorkommen. Diese Ergebnisse deuten auf das Vorhandensein eines Flussnetzes hin, das in die Amundsen Bay mündet.
Andererseits zeigten die Analysen der Forscher, dass die meisten der in diesen Proben enthaltenen Mineralien und Gesteinsfragmente nicht aus der Westantarktis stammen, sondern aus dem Tausende Kilometer entfernten Transantarktischen Gebirge am Rande der Ostantarktis. Seit dem Ende des Eozäns hat sich dieses Gebirge erhoben und teilte den Kontinent in einen östlichen und einen westlichen Teil. Durch die Erosion dieser Berge entstanden große Mengen an Schutt, den der Fluss vermutlich über eine Strecke von 1500 Kilometern über den Kontinent getragen hat. Diese geologischen Merkmale sind mit denen großer Flusssysteme wie Mississippi, Rio Grande und Rhein vergleichbar.
« Die Existenz eines solchen transkontinentalen Flusssystems zeigt, dass im Gegensatz zu heute weite Teile der Westantarktis als ausgedehnte Küstenebenen über dem Meeresspiegel gelegen haben müssen », erklären die Experten in einer Pressemitteilung des Alfred-Wegener-Instituts. Aufgrund der niedrigen Topographie wäre die Westantarktis im späten Eozän noch eisfrei gewesen, während die Gebirgsregionen der Ostantarktis bereits zu bedecken begannen.
Als nächsten Schritt plant das Team die Analyse neuerer Sedimentproben, insbesondere aus dem Oligozän-Miozän-Übergang (vor 23 Millionen Jahren). Dies wird die Genauigkeit von Modellen der Eiszeit und der Vorhersage der Entwicklung des Klimawandels verbessern.
