Meeresströmungen stellen einen bedeutenden Faktor beim weltweiten Klimageschehen dar. In welchem Ausmaß derartige Strömungen im tiefen Ozean Einfluss nahmen, zeigte sich zuletzt vor 59 Millionen Jahren: Damals kam es zum Austausch großer Mengen an Wasser zwischen dem nördlichen und südlichen Atlantik, wie nun ein internationales Forscherteam nachweisen konnte. Die Wissenschafter stellten dies anhand von Neodym-Isotopen aus Sedimentproben vom Meeresboden aus beiden Regionen des Atlantiks fest.
Neodym(Nd)-Isotope sind verlässliche Tracer für Wassermassen. Sie gelangen aus Flüssen oder über Sedimente ins Meer oder werden als Bestandteile von Staub ins Wasser geweht. Wenn das Oberflächenwasser zum Meeresgrund sinkt, trägt es einen für seine Entstehungszeit charakteristischen Nd-Isotopen-Fingerabdruck des umgebenden Festlands in die Tiefe. Dort wird es von tiefen Meeresströmungen erfasst, mit anderen Wassermassen vermischt und nach und nach in das Sediment des Meeresbodens eingelagert. Die entstehenden Sedimentschichten haben sich als hilfreiche Archive für Meeresströmungen und das Klima vergangener Zeiten erwiesen.
Zwischen zwei Warmphasen
Die Geschichte, die die Forscher aus der Analyse der Nd-Isotope in Bohrkernen aus Tiefseebohrungen rekonstruiert haben, beginnt in der späten Kreidezeit, als die Erde sich zwischen zwei Treibhaus-Phasen befand. Das Klima hatte sich für einige zehn Millionen Jahre abgekühlt, nachdem es vor etwa 90 Millionen Jahren in der Mitte der Kreidezeit seine heißeste Phase erreicht hatte. Aber trotz der langen Abkühlphase war der Meeresspiegel zum Ende der Kreidezeit vor 66 Millionen Jahren höher als heute. Der Atlantische Ozean war noch jung und deutlich kleiner, und das nord- und südatlantische Becken war flacher als heute.
Die Ozeanpassage, die auf der Höhe des Äquators zwischen Südamerika und Afrika verlief, erlaubte während der späten Kreidezeit nur einen oberflächlichen Wasseraustausch. Aktive Unterwasser-Vulkane bildeten Berge und Plateaus auf dem Meeresboden, die eine freie Zirkulation der Tiefenströmungen behinderten. Im südlichen Atlantik bildete sich der Walfischrücken als steiler Rücken über einem vulkanischen Hotspot. Er befand sich teilweise sogar oberhalb des Meeresspiegels.
Anbindung an einen weltumspannenden Kreislauf
Als der Atlantische Ozean sich weiter öffnete, kühlte die Erdkruste am Meeresboden ab und die vulkanische Aktivität ließ nach. Die Becken wurden tiefer und größer, die untermeerischen Plateaus und Meeresrücken sanken zusammen mit der Erdkruste ab. An einem bestimmten Punkt konnte das Tiefenwasser aus dem südlichen Ozean den Walfischrücken in Richtung Norden überqueren und die tieferen Becken des Atlantiks füllen.
"In unserer Studie haben wir erstmals herausgefunden, wann und wie diese Verbindung entstand", sagt Sietske Batenburg von der University of Oxford, Erstautorin der im Fachmagazin "Nature Communications" präsentierten Studie. "Vor 59 Millionen Jahren wurde der Atlantische Ozean Teil der globalen thermohalinen Zirkulation, also jener Strömung, die vier der fünf Weltmeere miteinander in einem großen, weltumspannenden Kreislauf verbindet."
Die Studie hat gezeigt: Um die Rolle der Meeresströmungen in früheren Warmzeiten zu verstehen, ist es wichtig, zwischen geographischen Einflüssen und klimatischen Antrieben zu unterscheiden. Auch für die Gegenwart können wir etwas daraus lernen, denn das Treibhausklima der Kreidezeit und des frühen Eozäns könnten als Modelle für künftige Klimaveränderungen dienen. (red, 28.11.2018)