Millennial- bis orbitalskalige Erwärmung des sub-surface Ozeans und Bildung von Polynjas vor Dronning Maud Land während der letzten Vereisung

Warum verborgene Wärme unter antarktischem Eis wichtig ist

Wenn wir uns die letzte Eiszeit vorstellen, denken wir an eine gefrorene, unveränderliche Welt. Doch unter dem Meereis rund um die Antarktis war der Ozean alles andere als ruhig. Diese Studie blickt tief unter die Oberfläche des Weddellmeers vor Dronning Maud Land im östlichen Antarktika und zeigt, dass Pulse relativ warmen Wassers wiederholt zur Oberfläche aufstiegen und große eisfreie Flächen, sogenannte Polynjas, öffneten. Diese freigesetzten Wärmemengen schmolzen das Eisschild nicht weg; sie könnten stattdessen dessen Zuwachs begünstigt haben. Zu verstehen, wie dieses uralte Zusammenspiel von Ozean, Eis und Atmosphäre funktionierte, ist entscheidend, um vorherzusagen, wie heutige Erwärmung der Ozeane die Antarktis und den globalen Meeresspiegel verändern könnte.

Eine einzigartige ozeanische Zeitkapsel auf dem Meeresboden

Die Forschenden bargen einen langen Sedimentkern vom Bungenstock-Plateau, einem submarinen Vorstoß im östlichen Weddellmeer, etwa 70 Kilometer nördlich des modernen antarktischen Schelfrands. In diesem Kern sammelten sich Schlamm und winzige Schalen treibender Mikroorganismen, den Foraminiferen (insbesondere Neogloboquadrina pachyderma), nahezu durchgehend zwischen vor 75.000 und 20.000 Jahren und decken damit einen Großteil der letzten Eiszeit ab. Diese Schalen bewahren feine chemische Fingerabdrücke des Wassers, in dem sie gewachsen sind. Durch Messung mehrerer unabhängiger Signale in den Schalen—Sauerstoff- und Kohlenstoffisotope, Magnesium-zu-Calcium-Verhältnisse und seltene „clumped“-Isotope—rekonstruierte das Team Änderungen von Subsurface-Temperatur, Salzgehalt und Nährstoffversorgung in den oberen 50–150 Metern des Ozeans über Zehntausende von Jahren.

Warme Wasser in der Tiefe unter kalter Oberfläche

Heute ist der obere Südozean geschichtet: Eine sehr kalte, relativ frische Oberflächenschicht liegt über einer salzigeren, etwas wärmeren Masse „Warm Deep Water“. Der Dichteunterschied zwischen diesen Schichten hält das warme Wasser in der Tiefe und schützt so Küsten-Eisschelfe vor Abschmelzen. Der Sedimentkern zeigt, dass sich dieses Gleichgewicht während der letzten Vereisungsperiode wiederholt verschob. Die Proxy-Daten deuten auf Episoden hin, in denen sich die Temperatur 50–150 Meter unter der Oberfläche um etwa 1–2 °C erhöhte, während die antarktischen Lufttemperaturen sanken. Diese Wärmephasen in der Tiefe fielen außerdem mit salzigeren und nährstoffreicheren Verhältnissen zusammen, was darauf hindeutet, dass die tiefere warme Wassermasse nach oben in flachere Schichten vordrang, in denen die Foraminiferen lebten.

Urzeitliche Polynjas innerhalb eines gefrorenen Meeres

Während der kältesten Abschnitte der letzten Eiszeit—insbesondere um 72–63, 58–55, 52–48, 43–40 und 38–20 Tausend Jahre vor heute—deuten die Belege darauf hin, dass das warme Tiefenwasser am nächsten an die Oberfläche aufstieg. Die Autoren argumentieren, dass diese vertikale Umverteilung von Wärme und Salz wiederholt die Dichteschichtung schwächte und die Bildung von offenen Wasserflächen (Polynjas) vor Dronning Maud Land begünstigte, obwohl das Meereis anderswo weit verbreitet und dick war. In diesen Polynjas konnte sich Meereis kaum bilden oder bestehen, weil Wärme von unten aufstieg und an die Atmosphäre entwich. Unabhängige Hinweise stützen dieses Bild: Andere Sedimentkerne in der Region zeigen ungewöhnlich hohe Produktivität und gute Erhaltung von Schalen während der glazialen Zeiten, und Fossilien aus Schneesturmvogel-Kolonien an Land deuten darauf hin, dass offenes Wasser innerhalb ihres begrenzten Nahrungsbereichs verfügbar gewesen sein muss, trotz der ausgedehnteren Meereisdecke.

Winde, Eis und ferne Ozeane als Komplizen

Die Studie verbindet diese wiederkehrenden Polynjas mit einem Netz aus wechselwirkenden Kräften, die verschiedene Zeitskalen überspannen. Auf orbitalen Zeitskalen von etwa 41.000 Jahren veränderte sich durch Schwankungen der Erdneigung der Kontrast zwischen niedrigen und hohen Breiten. Perioden geringer Neigung verstärkten Temperaturunterschiede zwischen Tropen und Polen, begünstigten stärkere Westwinde und die verstärkte Zuführung von warmem Tiefenwasser in den Weddell-Gyre. Gleichzeitig half ausgedehntes glaziales Meereis und starke abwärts gerichtete (katabatische) Winde von einem größeren antarktischen Eisschild, Wärme in der Tiefe zu speichern, bis der obere Ozean instabil genug wurde, um umzuschichten. Auf kürzeren, millennialen Zeitskalen traten die sub-surface Erwärmungen im Südozean tendenziell dann auf, wenn die atlantische meridionale Umwälzzirkulation—ein Schlüsselteil der globalen Ozeanzirkulation—stark war. Das deutet auf eine wippende Verbindung zwischen Klimaverschiebungen im Nordatlantik und dem Südozean hin.

Was das für Eiszeiten und unsere Zukunft bedeutet

Die Autoren schließen, dass ein wiederkehrendes „glaziales Dronning Maud Land Polynya" ein normales Merkmal der letzten Eiszeit war, wahrscheinlich so groß wie die in den 1970er-Jahren beobachtete Große Weddell-Polynja, allerdings über Tausende statt nur einiger Jahre wirksam. Indem diese Polynjas während kalter Phasen Wärme vom Ozean an die Atmosphäre abgaben, könnten sie den Schneefall über der Antarktis erhöht und das Eisschild am kontinentalen Rand verdickt haben, während sie zugleich den Tiefenmeerbereich durchmischten und möglicherweise die globale Zirkulation und Kohlenstoffspeicherung beeinflussten. Obwohl moderne Polynjas in Satellitenbildern unter anderen Randbedingungen entstehen, zeigen sie, dass diese Region sehr empfindlich auf kleine Verschiebungen von Winden, Meereis und Ozeanstruktur reagiert. Die Vergangenheit liefert damit eine Warnung: Änderungen im verborgenen sub-surface Wärmehaushalt um die Antarktis können das Eis‑Ozean-System rasch umorganisieren und Folgen zeitigen, die rund um den Globus nachhallen können.

Zitation: Pinho, T.M.L., Nürnberg, D., Nele Meckler, A. et al. Millennial-to-orbital-scale subsurface ocean warming and Polynya formation off Dronning Maud Land during the last glacial. Nat Commun 17, 2440 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70498-w

Schlüsselwörter: Antarktische Polynjas, Zirkulation des Südozeans, Erwärmung des sub-surface Ozeans, letzte Vereisungsperiode, Dronning Maud Land