Ideale Datensätze (Orakel in der Tiefe)

von Eleonore von Bothmer

 

Den Bohrkern  durchgetrennt: Die Kreissäge hilft

Frank Dreher ist ein kräftiger Mann mit einem gebräunten Gesicht. In festen Bergstiefeln steht der Geologe an der Kreissäge in der Garagenauffahrt des Instituts für Geowissenschaften der Universität Mainz. Wenige Meter hinter ihm steht ein Student und bedient den Schalter. Die Säge kreischt. Sachte zieht Dreher ein weißes Plastikrohr in das Schneideblatt der Säge. Schlammfarbiges Wasser rinnt in einem kleinen Bach die Strasse hinunter. Die Jeans der beiden sind bis über beide Knie bespritzt. Die Säge heult noch einmal schrill auf, dann klappt Dreher die zwei Hälften behutsam auseinander. Eine graue, feingeschichtete Masse wird sichtbar. Die nadeldünnen Schichten durchzieht eine schwärzlich-braune, mit Steinchen durchsetzte Ader: Vulkanasche.

Was Bohrkerne verraten...

Mehrmals im Jahr zersägen Geowissenschaftler des Instituts Bohrkerne aus der Eifel und bereiten diese für ihre Analysen auf. Der Paläoklimatologe Frank Sirocko, Professor für Sedimentologie des Geologischen Instituts der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, hat als erster Forscher damit begonnen, die Trockenmaare der Eifel systematisch anzubohren. Seine Bohrkerne, die Ablagerungen in den Maaren, verraten ihm den regelmäßigen Takt des Eifel-Vulkanismus und den natürlichen Wechsel der Kalt- und Warmzeiten über Hunderttausende von Jahren. "Wir können die Jahre abzählen und für jedes Jahr genau sagen, was passiert ist", sagt Sirocko. Er sammelt Bohrkerne, denn sein Ziel ist ein vollständiges Klimaarchiv für die Wissenschaft. Damit nicht genug: Mit dem Wissen über das Klima von gestern wollen die Mainzer Forscher dem Klima von morgen auf die Spur kommen. Soviel weiß er schon: Projiziert man den Rhythmus aus der Vergangenheit auf die Zukunft, zeichnet sich für die Menschheit eine bevorstehende Kaltzeit ab.

Ein Konservierungssystem der anderen Art

Die Eifel ist eine besondere Region. Nicht nur für Wanderer und Sprudeltrinker. Aus geologischer Sicht sind es vor allem die Maare, die diesen Landstrich so interessant machen. Denn diese Maare sind neben den Maaren des französischen Massif Central und Süditaliens einmalig in Europa. Es sind Seen, die im Zuge vulkanischer Aktivität entstanden sind. Aber keine Kraterseen, die sich direkt über einem Vulkan bilden, sondern Seen in der Umgebung der Eruptionsfelder. "Eigentlich ist ein Maar einfach ein Loch in der Landschaft, bis zu 150 Meter tief und ohne Abfluss. Alles, was in das Loch hineinfällt, bleibt darin liegen. So bildet sich durchgehend eine Sedimentschicht von einem Millimeter pro Jahr" beschreibt Sirocko das Ablagerungssystem der Maare. Ein Konservierungssystem der besonderen Art: Da das Wasser am Grund der Maare sauerstoffarm und damit lebensfeindlich ist, können sich Pollen und andere Partikel ungestört ablagern. Während der See auf diese Weise nach und nach zusedimentiert wird, entsteht ein Geoarchiv von besonderer Güte: Sirockos Klimaarchiv. Denn Pollen und Plankton, die sich am Seeboden sammeln, sind sehr genaue Klimaindikatoren. Pollen von Laubbäumen wie der Linde, zeugen von einer Warmzeit, einem so genannten Interglazial. Pollen von Birken, Kiefern oder Gräsern lassen darauf schließen, dass die Sedimentation während einer Kaltzeit stattgefunden hat. Die letzte Eiszeit ging vor etwa 20.000 bis 30.000 Jahren mit einer großen Trockenheit einher. In dieser Zeit verlandeten die meisten Maarseen in der Eifel. Es entstanden die Trockenmaare, die Archive machten dicht, jetzt bohrt Frank Sirocko sie auf.

Das Döttinger Maar

Eine Wiese wie im Bilderbuch. Sanfte sommer-grüne Hänge erstrecken sich, nahezu kreisrund vom Mittelpunkt der Wiese aus leicht ansteigend, zum Horizont. Den oberen Rand säumen, wie ein Haarkranz den kahlen Kopf, dichtgrün belaubte Bäume. Zitronenfalter tanzen in der lauen Luft. Auf einer dieser ganz normalen Wiesen in der Eifel hat ein Bauunternehmen aus Cochem sein Bohrgerät aufgestellt und fördert aus 150 Meter Tiefe mit einem Bohrkern die Klimageschichte der vergangenen Jahrtausende zu Tage. Denn diese Wiese ist, was nur wenige wissen, ein Trockenmaar. Trockenmaare sind manchmal sehr alt. Zum Beispiel das Döttinger Maar, auf das Sirocko und seine Mitarbeiter durch Zufall gestoßen sind. Mindestens 350.000 Jahre, wie die Altersdatierung ergab. Es hat wie die wenigen anderen Maare, die älter als 100.000 Jahre sind, noch vergangene Warmzeiten der Erde erlebt. Und seine Informationen über diese Zeit gespeichert. Deshalb ist das Döttinger Maar für Forscher wie Frank Sirocko ein besonderer Schatz. Etwa 90 Prozent der Maare sind jünger, da die häufigsten Eruptionen der Eifel-Vulkane vor 60.000 bis 110.000 Jahren stattgefunden haben.

Ohrenbetäubend

Etwa die Größe eines Traktors hat die Maschine, mit der das Bohrgestänge in den Boden gerammt wird. Einen Meter tief wird das rotierende Kerngerät in die Erde hinuntergelassen, derweil schiebt sich der Bohrkern mit seinem Durchmesser von zwölf Zentimeter in ein Plastikrohr, den so genannten Liner. Dieser wird ausgekoppelt, und an einem festen Stahlseil heraufgezogen. Ein ständiges Schleifgeräusch, auch aus 200 Meter Entfernung noch gut hörbar, begleitet die Tätigkeit der Arbeiter. Ohrenbetäubend wird es erst, wenn der Boden so hart ist, dass es ohne Pressluft nicht mehr weitergeht. Mit dem 15 kg schweren Bohrkern werden auch kleine Steinchen und Schlamm ans Tageslicht befördert, so dass sich rings um das Bohrloch eine 10 x 10 Meter große Wiesenfläche in eine Baustelle verwandelt.

Tausend Jahre in einem Meter

Ein neuer Plastikliner wird eingesetzt und der nächste Meter ausgestanzt. Anfangs können täglich bis zu 20 Bohrkerne geborgen werden, doch je tiefer die Bohrstelle, desto langsamer geht die Arbeit voran. Auch Fingerspitzengefühl ist wichtig: Das Bohrgestänge muss auch in hundert Meter Tiefe auf den Zentimeter genau geführt werden, um den Kern sauber auszubohren. Entsprechend kostet die Bergung des einzelnen Kerns je nach Tiefe 125 bis 250 Euro. Drei Wochen Zeit und rund 30.000 Euro kostet die Bergung des gesamten Kerns. Seit die Bohrungen im Jahr 2000 begannen, wurden rund 350.000 Euro investiert. Davon hat die Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation 250.000 Euro zur Verfügung gestellt. Außerdem fördert das Bundesforschungsministerium seit Ende 2001 das Projekt.

Bohrkernarchiv "ELSA"

Sirocko sichert für die Wissenschaft unschätzbar wertvolles Material. Bereits ein einziger Meter Bohrkern birgt bei einer jährlichen Sedimentablagerung von einem Millimeter 1000 Jahre Klimageschichte. Sind die Bohrkerne erst einmal in Mainz eingetroffen, ist ein wichtiger Teil des Ziels erreicht, das Sirocko mit seinem Projekt verfolgt. Denn wichtig sind bereits die Bohrungen, und die anschließende Datierung der Kerne. Langsam wächst - noch in den Kühlkammern des Institutskellers - das Bohrkernarchiv "ELSA" heran. Mit der Einrichtung des "Eifel Laminated Sediment Archive" sollen die erbohrten Geschichtsquellen der internationalen Forschergemeinschaft zugänglich gemacht werden. Das hält der Projektleiter für sinnvoll: "Wenn die Jahresschichtungen ausgezählt sind, haben wir hier die idealen Datensätze, um Vergleiche mit den Eiskernen zu ziehen". Inzwischen lagern hier bereits 1200 Meter Bohrkern bei einer Temperatur von acht Grad. Dokumentiert ist die Zeit zwischen den letzten 15.000 und 400.000 Jahren. Allerdings nicht lückenlos: Ein Maar, das die Zeit zwischen 150.000 und 300.000 abdeckt, hat Sirocko noch nicht gefunden. Das ist sein nächstes Ziel - wenn das dafür nötige Geld da ist. 

Präzise Auswertung des Archivs 

 

Hauchdünn geschnitten:
Die verschiedenen Ablagerungen sind gut zu erkennen

Doch das Ende des Weges ist mit der Archivierung noch längst nicht erreicht. Das in den Kernen gespeicherte Datenmaterial kann, inzwischen jederzeit verfügbar, auf verschiedene Aspekte hin untersucht werden. Über das Auszählen der einzelnen Jahresschichten und die Analyse von Korngrößen und Pollen, lässt sich etwa die jeweilige Dauer von Warm- und Kaltphasen angeben. Die relative Zeit, das sind Zeitabstände zwischen einem klimatischen Ereignis und dem nächsten, sei dabei bis aufs Jahr genau bestimmbar, sagt Sirocko. Bei der absoluten Zeit, der präzisen Zuordnung in unser gängiges Zeitsystem, ist die Bestimmung auf 1.000 bis 2.000 Jahre genau möglich.

Warmzeit: Anomalie der Eiszeit

Erste Erkenntnisse können Sirocko und sein Team bereits weitergeben: Mit einer Dauer von durchschnittlich 50.000 Jahren sind Kaltzeiten in der Klimageschichte wesentlich länger als Warmzeiten mit etwa 11.000 Jahren. Während der Hälfte ihrer Zeit befindet sich die Erde in einer Kaltzeit. "Wir leben damit in einer Anomalie der Eiszeit", erklärt Sirocko. Und das nicht nur, weil unsere jetzige Warmzeit mit 11.500 Jahren bereits ungewöhnlich lang andauert. Warmzeiten machten lediglich ein Zehntel der Klimaphasen aus. Die übrigen 40 Prozent sind durch schnelle Wechsel zwischen Kalt- und Warmphasen gekennzeichnet. "Anhand der in der Eifel gebohrten Kerne konnten zwei Kalt- und drei Warmzeiten rekonstruiert werden", erläutert Sirocko. Die letzte große Warmzeit war vor 127.000 bis 116.000 Jahren und dauerte somit 11.000 Jahre.

Zukunftsszenario 

 

Fertig archiviert: Die Bohrkerne im Kühlschrank.

Da unsere aktuelle Warmzeit bereits 11.500 Jahre dauert, ist Sirocko überzeugt, dass in den nächsten 1000 Jahren, wenn nicht früher, eine Kaltzeit einbricht. Mit dieser These steht er nicht allein. Auch Hubertus Fischer vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven befasst sich mit ähnlichen Fragen. Und seine Untersuchung von Eisbohrkernen in der Antarktis führt ihn zu ähnlichen Erkenntnissen: Der Einbruch einer Kaltzeit in den nächsten Tausend Jahren sei zu erwarten. Doch wie steht es mit der globalen Klimaerwärmung durch den Menschen? "Die natürliche Abkühlung und die anthropogene Erwärmung werden im Laufe der nächsten Jahrhunderte bis Jahrtausende miteinander kontrastieren", vermutet Sirocko. Folgt das zukünftige Klima jedoch dem bisherigen natürlichen Rhythmus, so wäre mit einer Abkühlung um etwa drei Grad im Sommer und zehn Grad im Winter zu rechnen. Die Konsequenz: "Die Eifel würde sich in eine Taiga-Landschaft verwandeln". Kälteempfindliche Bäume, wie Eichen und Buchen, würden verschwinden und ganze Gebiete würden von Birkenwäldern erobert. "Es sähe aus wie in Mittelschweden", beschreibt der Mainzer Forscher ein mögliches Zukunftsszenario.


Bald wieder Vulkanismus in der Eifel?

Und noch etwas haben die Bohrkerne den Mainzer Forschern erzählt. So hat Sirocko festgestellt, dass es in den vergangenen 100.000 Jahren alle 5.000 bis 10.000 Jahre zu Eruptionen in der Eifel kam. Der letzte Ausbruch fand vor etwa 10.000 Jahren am Ulmener Maar statt. "Insofern sind wir jetzt in einem Bereich, in dem man vom natürlichen Takt her sagen müsste, dass der Eifelvulkanismus nicht erloschen ist. Es wird sicherlich in absehbarer Zeit wieder zu Eruptionen kommen", vermutet Sirocko. Eine zuverlässige Prognose kommender Eruptionen sei nicht möglich. Es könne morgen wieder losgehen oder noch Jahrtausende dauern. Wie auch immer: "Normalerweise rumst es hier alle 5.000 bis 10.000 Jahre". Allerdings passiert das nicht plötzlich und unerwartet. Es gibt Vorboten. Erdbeben zum Beispiel, aber auch eine signifikante Erwärmung der Erdtemperatur. Wenn also in 50 Meter Tiefe nicht etwa 8,5 Grad, sondern 9 oder 10 Grad gemessen werden. Zudem tritt mehr Gas aus der Erde. Sirocko anschaulich: "Das macht sich dann darin bemerkbar, dass Sprudel doppelt so viel Kohlensäure enthält als sonst."