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Tropfstein-Isotope schärfen Klima-Modell

Was kann die Klimaforschung von Tropfsteinhöhlen lernen? Wie haben sich Reiter-Krieger im 10. Jahrhundert ernährt? Die Verteilung bestimmter Isotope erlaubt tiefe Einblicke in die Geschichte – und Prognosen für die Zukunft. Bei ihrer Bestimmung werden hochreine Gase verwendet.

„Vor 15 Jahren sagten die Klimamodelle einen wahrscheinlichen Temperaturanstieg von 1 bis 1,5 Grad voraus. Mit einer möglichen Abweichung von +/- 5 Grad war das freilich keine verlässliche Prognose. Heute lässt sich die Abweichungstoleranz dank der klimahistorischen Forschung auf 0,5 Grad senken“, sagt Attila Demény. Er ist Direktor des Instituts für Geologische und Geochemische Forschung in Budapest. „Inzwischen können wir aus den Daten, die weltweit zusammengetragen wurden, ziemlich präzise Klimabilder ableiten.“

500.000 Jahre Klimageschichte

Der Beitrag seines Instituts besteht in der Untersuchung von Stalagmit- und Sinterproben aus der ganzen Welt. Sie erlauben einen Blick auf eine halbe Million Jahre Klimageschichte. Die charakteristischen Tropfsteinsäulen bilden sich durch Regenwasser, das durch Kalksteinformationen gesickert ist. Sie bestehen hauptsächlich aus Kalziumkarbonat (CaCO₃) und enthalten Spurenelemente wie Phosphor, Magnesium und Strontium.

„Je wärmer und feuchter das Klima, desto größer ist im Allgemeinen die biologische Aktivität auf dem Boden über der Höhle und der Phosphoranteil im Tropfstein“, erklärt der Geowissenschaftler. „Anhand der Verteilung der verschiedenen Sauerstoff-Isotopen können wir erkennen, ob die Regenwolken hauptsächlich vom Atlantik oder vom Mittelmeer kamen. Das gibt uns weitere Informationen über die klimatischen Verhältnisse.“

Vergleich der Warmphasen

Aus diesen – und vielen anderen – Daten sind historische Klimakarten entstanden. Sie erlauben inzwischen detaillierte Prognosen für die weitere Entwicklung, zum Beispiel im Karpatenbecken: Die zunehmende Erwärmung wird dort in den kommenden Jahrzehnten vermutlich zunächst ein Mittelmeerklima schaffen, mit langen Trockenphasen und sehr unregelmäßigen Niederschlägen. „Der Vergleich mit früheren Warmphasen zeigt, dass es auf längere Sicht viel feuchter werden kann“, prognostiziert Attila Demény. „Für unsere Region mag eine langfristige globale Erwärmung nicht unbedingt schlecht sein – für die Niederlande oder Venedig ist sie jedoch eher bedrohlich.“

Die Genauigkeit der heutigen Klimamodelle beruht nicht zuletzt auf der Präzision der Laboruntersuchungen. Kohlendioxid aus den Karbonatproben und Wasser aus den Flüssigkeitseinschlüssen werden aus den Stalagmiten und Sinterröhrchen extrahiert. Die stabile Isotopenzusammensetzung der Moleküle wird anschließend mit einem Massenspektrometer oder einem Laserspektroskop bestimmt. Bei beiden Verfahren werden hochreine Gase wie zum Beispiel Helium als Trägergas gebraucht. Das Institut bezieht sie von Messer.

Hirse für Krieger

Mit derselben Methode werden am Institut für Geologische und Geochemische Forschung auch die Essgewohnheiten der Ungarn kurz nach ihrer Ankunft im Karpatenbecken erforscht. Für ihre Dissertation untersucht Ariana Gugora Knochen und Zähne aus Friedhöfen des 10. Jahrhunderts. Das überraschendste Ergebnis ihrer Studie: „Anhand der Kohlenstoff- und Stickstoff-Isotopen kann man erkennen, wieviel tierisches Eiweiß der Mensch zu Lebzeiten konsumierte. Erstaunlicherweise haben die militärischen Anführer, also die oberste Elite, nicht mehr Fleisch gegessen als der Rest der Bevölkerung. Ihre wichtigste Nahrung war offenbar Hirse – wahrscheinlich weil sie haltbar, sehr nahrhaft und auf Feldzügen zu Pferd leicht zu transportieren ist.”

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