Das ENSO-Phänomen

Sauerstoff-Isotopen-Verfahren

Methode zur Aufstellung von Paläotemperaturkurven, angewandt an Bohrkernen aus marinen oder limnischen Sedimenten und aus Gletschereis (Eiskernbohrungen). Das Sauerstoffisotopenverfahren ist eines der wichtigsten Hilfsmittel zur Rekonstruktion der quartären Klimageschichte. Sie beruht auf dem temperaturabhängigen Mengenverhältnis des in die Kalkschalen von Organismen (am geeignetsten sind Foraminiferenschalen) oder im Gletschereis eingebauten Sauerstoffisotops ¹⁶O gegenüber dem des schwereren Sauerstoffisotops ¹⁸O.

Im Wasser der Weltmeere ist zu 99 Prozent das leichtere Isotop ¹⁶O gebunden, nur ein Prozent des gelösten Sauerstoffs entfällt auf das schwerere ¹⁸O-Molekül. Wenn Wasser seinen Aggregatzustand ändert, zum Beispiel zu Eis gefriert, oder der Sauerstoff aus dem Wasser in andere Substanzen eingebaut wird, kann sich dieses Isotopenverhältnis ändern. Wenn in Kaltzeiten vermehrt Eis gebildet wird, steigt im verbleibenden Meerwasser der Anteil des schweren Sauerstoffteilchens.

Wassermoleküle mit dem um 12 % leichteren ¹⁶O verdunsten schneller. Deshalb müssen Eisschichten mit einem höheren relativen Anteil an ¹⁸O aus wärmeren Zeiten stammen, da nur bei der starken Verdunstung wärmerer Perioden vermehrt ¹⁸O mit zur Wolkenbildung beitragen. Je höher die globale Temperatur ist, desto weiter können mit schweren Sauerstoffisotopen beladene Wolken in die Polarregionen vordringen, ohne vorher abzuregnen.

Außer der Ermittlung der Temperaturen des Bildungsmilieus zu den Lebzeiten der Organismen oder der Entstehung des Gletschereises erlaubt die Sauerstoff-Isotopenanalyse an Tiefseebohrkernen Rückschlüsse auf das Volumen der weltweiten Eismassen. Der Grund liegt darin, dass die stärker von der Meeresoberfläche verdunstenden ¹⁶O-Isotope während der Kaltzeiten in den Gletschern der Erde zurückgehalten und angereichert wurden, während sich ein höherer Anteil schwererer ¹⁸O-Isotope in den Fossilien der marinen Sedimente einstellte.
Durch Bestimmung der Zahl der Oszillationen kann auch über die Unterscheidung zwischen warm (Sommer) und kalt (Winter) das Alter des Bohrkerns exakt bestimmt werden.
In kälteren Perioden befindet sich mehr ¹⁸O in Meeressedimenten. Meereis besteht hauptsächlich aus den leichteren Wassermolekülen aus ¹⁶O. Wenn es in einer Kaltphase zu einer starken Neubildung von Meereis kommt, bleibt vermehrt Meerwasser aus ¹⁸O zurück, welches durch die permanente Einlagerung von Sauerstoff in die Kalkschalen der Meerestiere (Calciumcarbonat) verstärkt in Sedimentschichten dieser Zeit nachweisbar ist.