Grönland schmolz vor etwa 416.000 Jahren, was heute ein hohes Risiko für den Anstieg des Meeresspiegels darstellt.

20. Juli 2023

Dieser Artikel wurde gemäß dem Überprüfungs- und Richtlinienprozess von Science X überprüft. Die Bearbeiter haben bei der Sicherstellung der Glaubwürdigkeit des Inhalts folgende Merkmale hervorgehoben:

• überprüfte Fakten
• peer-reviewte Veröffentlichung
• vertrauenswürdige Quelle
• korrekturgelesen

von der University of Vermont

Während des Kalten Krieges führte eine geheime US-Armee-Mission in Camp Century im nordwestlichen Grönland Bohrungen durch, die sich 4560 Fuß unter dem Eis auf der gefrorenen Insel erstreckten - und dann weiter bohrten, um eine zwölf Fuß lange Röhre aus Boden und Gestein unter dem Eis herauszuziehen. Dieses eisige Sediment wurde dann Jahrzehnte lang versehentlich in einem Gefrierschrank aufbewahrt. Es wurde versehentlich im Jahr 2017 wiederentdeckt und stellte sich heraus, dass es nicht nur Sediment, sondern auch Blätter und Moos enthielt, Überreste einer eisfreien Landschaft, vielleicht eines borealen Waldes.

Aber wie lange ist es her, dass diese Pflanzen wuchsen - dort, wo heute eine zwei Meilen dicke Eisdecke steht, die dreimal so groß ist wie Texas?

Ein internationales Team von Wissenschaftlern war erstaunt herauszufinden, dass Grönland vor nur 416.000 Jahren ein grünes Land war (mit einem Fehlerbereich von ungefähr 38.000 Jahren). Ihre neue Studie wurde im Journal Science veröffentlicht.

Bis vor kurzem glaubten Geologen, dass Grönland eine Festung aus Eis war, die seit Millionen von Jahren größtenteils ungeschmolzen blieb. Aber vor zwei Jahren zeigte dieses Team von Wissenschaftlern mit Hilfe des wiederentdeckten Camp Century Eiskerns, dass es wahrscheinlich vor weniger als 1 Million Jahren geschmolzen ist. Andere Wissenschaftler, die in Zentralgrönland arbeiteten, sammelten Daten, die darauf hinweisen, dass das Eis dort mindestens einmal in den letzten 1,1 Millionen Jahren geschmolzen ist - aber bis zu dieser Studie wusste niemand genau, wann das Eis verschwunden war.

Video von rotierenden 3D-Modellen des Camp Century Eises und Sediments, die aus Fotografien erstellt wurden. Dieser Kern half dabei, dass vor etwa 416.000 Jahren ein großer Teil von Grönland schmolz und zu eisfreier Tundra wurde, wie eine neue Studie im Journal Science zeigt. Die Ergebnisse widersprechen der bisherigen Ansicht, dass der Großteil des grönländischen Eisschildes für den größten Teil der letzten zweieinhalb Millionen Jahre bestand. Stattdessen führte eine mäßige Erwärmung zu einer dramatischen Schmelze. Diese Erkenntnis zeigt, dass der Eisschild auf Grönland möglicherweise empfindlicher auf vom Menschen verursachten Klimawandel reagiert als bisher verstanden - und anfällig für irreversible, rasche Schmelze in den kommenden Jahrhunderten sein wird. Bildnachweis: Andrew Christ/UVM

Jetzt hat das Team mit Hilfe von fortschrittlicher Lumineszenztechnologie und seltener Isotopenanalyse ein eindringlicheres Bild geschaffen: Große Teile des grönländischen Eisschildes sind weit jünger geschmolzen als vor einer Million Jahren. Die neue Studie präsentiert direkte Beweise dafür, dass Sediment direkt unter dem Eisschild während eines mäßigen Erwärmungszeitraums namens Marine Isotope Stage 11 vor 424.000 bis 374.000 Jahren von fließendem Wasser in einer eisfreien Umgebung abgelagert wurde. Diese Schmelze führte weltweit zu einem Anstieg des Meeresspiegels von mindestens fünf Fuß.

'Es ist wirklich der erste unumstößliche Beweis dafür, dass ein Großteil des grönländischen Eisschildes verschwunden ist, als es warm wurde', sagt der Wissenschaftler Paul Bierman von der University of Vermont, der die neue Studie zusammen mit dem Hauptautor Drew Christ, einem postdoktoralen Geowissenschaftler, der in Biermans Labor arbeitete, Professor Tammy Rittenour von der Utah State University und achtzehn anderen Wissenschaftlern aus der ganzen Welt leitete.

Das Verständnis der Vergangenheit Grönlands ist entscheidend, um vorherzusagen, wie sein riesiger Eisschild auf die Erwärmung des Klimas in der Zukunft reagieren wird und wie schnell es schmelzen wird. Da etwa 23 Fuß des Meeresspiegelanstiegs im grönländischen Eis gebunden sind, sind alle Küstenregionen der Welt gefährdet. Die neue Studie liefert starke und präzise Beweise dafür, dass Grönland empfindlicher auf den Klimawandel reagiert als bisher verstanden - und in ernster Gefahr ist, unwiderruflich zu schmelzen.

'Grönlands Vergangenheit, bewahrt in 12 Fuß gefrorenem Boden, lässt eine warme, feuchte und weitgehend eisfreie Zukunft für den Planeten Erde vermuten', sagt Bierman, ein Geowissenschaftler an der Rubenstein School of the Environment and Natural Resources der UVM und ein Fellow am Gund Institute for Environment. 'Es sei denn, wir können die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre dramatisch senken.'

Die neue Studie des Teams in Science und ihre frühere Arbeit lassen die Geschichte des grönländischen Eisschildes in einem neuen und besorgniserregenden Licht erscheinen. 'Wir haben immer angenommen, dass der grönländische Eisschild vor etwa zweieinhalb Millionen Jahren entstanden ist - und seitdem die ganze Zeit da war und sehr stabil ist', sagt Tammy Rittenour, eine Wissenschaftlerin an der Utah State University und Mitautorin der neuen Studie. 'Vielleicht ist der Rand geschmolzen, oder mit mehr Schneefall ist er etwas dicker geworden - aber er verschwindet nicht und schmilzt auch nicht dramatisch zurück. Aber dieses Dokument zeigt, dass er es getan hat.'

At Rittenour's lab, sediment from the Camp Century core was examined for what is called a 'luminescence signal.' As bits of rock and sand are transported by wind or water, they can be exposed to sunlight—which, basically, zeros out any previous luminescence signal—and then re-buried under rock or ice. In the darkness, over time, minerals of quartz and feldspar in the sediment accumulate freed electrons in their crystals.

In a specialized dark room, Rittenour's team took pieces of the ice core sediment and exposed them to blue-green or infrared light, releasing the trapped electrons. With some advanced tools and measures, and many repeated tests, the number of released electrons forms a kind of clock, revealing with precision the last time these sediments were exposed to the sun. 'And the only way to do that at Camp Century is to remove a mile of ice,' says Rittenour, 'Plus, to have plants, you have to have light.'

These powerful new data were combined with insight from Bierman's UVM lab. There, scientists study quartz from the Camp Century core. Inside this quartz, rare forms—called isotopes—of the elements beryllium and aluminum build up when the ground is exposed to the sky and can be hit by cosmic rays. Looking at ratios of beryllium and other isotopes gave the scientists a window onto how long rocks at the surface were exposed vs. buried under layers of ice. This data helped the scientists show that the Camp Century sediment was exposed to the sky less than 14,000 years before it was deposited under the ice, narrowing down the time window when that portion of Greenland must have been ice-free.

Camp Century was a military base hidden in tunnels under the Greenland ice sheet in the 1960s. One strategic purpose of the camp was a top-secret operation, called Project Iceworm, to hide hundreds of nuclear missiles under the ice near the Soviet Union. As cover, the Army claimed the camp was an Arctic science station.

The missile mission was a bust, but the science team did complete first-of-its-kind research, including drilling a nearly mile-deep ice core. The Camp Century scientists were focused on the ice itself—part of an effort to understand Earth's past ice ages and warm periods, the interglacials. They took little interest in the twelve feet of sediment gathered from beneath their ice core.

Then, in a bizarre story, the ice core was moved in the 1970s from a military freezer to the University at Buffalo—and then to another freezer in Denmark in the 1990s. There it was lost for decades—until it was found again when the cores were being moved to a new freezer. More about how the core was lost, rediscovered in some cookie jars, and then studied by an international team gathered at the University of Vermont's Gund Institute for Environment can be read here: Secrets Under the Ice.

Camp Century is 138 miles inland from the coast and only 800 miles from the North Pole; the new Science study shows that the region entirely melted and was covered with vegetation during Marine Isotope Stage 11, a long interglacial with temperatures similar to or slightly warmer than today. With this information, the team's models show that, during that period, the ice sheet melted enough to cause at least five feet, and perhaps as much as 20 feet, of sea-level rise.

The research lines up with findings from two other ice cores collected in 1990s from the center of Greenland. Sediment from these cores also suggest that the giant ice sheet melted in the recent geologic past. The combination of these earlier cores with the new insight from Camp Century reveal the fragile nature of the entire Greenland ice sheet—in the past (at 280 parts per million of atmospheric CO2 or less) and today (422ppm and rising).

'If we melt just portions of the Greenland ice sheet, the sea level rises dramatically,' says Utah's Tammy Rittenour. 'Forward modeling the rates of melt, and the response to high carbon dioxide, we are looking at meters of sea level rise, probably tens of meters. And then look at the elevation of New York City, Boston, Miami, Amsterdam. Look at India and Africa—most global population centers are near sea level.'

'Four-hundred-thousand years ago there were no cities on the coast,' says UVM's Paul Bierman, 'and now there are cities on the coast.' 

Journal information: Science

Provided by University of Vermont