Monsunforschung auf dem Dach der Welt

Chemische Fingerabdrücke

Die Wasserstoffisotopenwerte im jährlichen Niederschlag sind temperaturabhängig. In kalten Gebieten mit wenig Verdunstung findet man daher einen höheren Anteil an leichtem Wasserstoff. In warmen Gebieten ist der Anteil von schwerem Deuterium höher. Bild vergrößern
Die Wasserstoffisotopenwerte im jährlichen Niederschlag sind temperaturabhängig. In kalten Gebieten mit wenig Verdunstung findet man daher einen höheren Anteil an leichtem Wasserstoff. In warmen Gebieten ist der Anteil von schwerem Deuterium höher.

Um das Paläoklima des Gebiets zu enträtseln, haben sie sich einen ganz besonderen Trick einfallen lassen: Sie untersuchen sogenannte chemische Fossilien von Land-, Wasserpflanzen und Algen. Genau wie Saurierknochen und Muscheln zerfallen bzw. verändern sich die chemischen Verbindungen, die etwa in Seesedimenten versteckt sind, über längere Zeiträume nicht. Noch nach Jahrmillionen kann man aus ihnen daher – wenn auch nur mit aufwändigen Analysen – Klimadaten ablesen. Doch was sind chemische Fossilien eigentlich genau? Und wie sind die Informationen über längst vergangene Lebenswelten und Klimaszenarien in ihnen gespeichert? Das Wichtige an chemischen Fossilien ist, dass sie neben Kohlenstoff auch Wasserstoff enthalten. Der weitaus größte Teil des auf der Erde vorkommenden Wasserstoffs – über 99 Prozent – liegt in Form des leichten Wasserstoffisotops (ein Proton im Kern) vor. Nur 0,02 Prozent macht dagegen das fast doppelt so schwere Isotop Deuterium (ein Proton und ein Neutron im Kern) aus. 

Die Forscher nutzen bei ihrer Arbeit das unterschiedliche chemische Verhalten dieser beiden Wasserstoffisotope. Denn verdunstet Wasser, reagiert das leichte Wasser schneller und geht in den gasförmigen Zustand über; das schwere Wasser reichert sich deshalb an. Diesen Vorgang nennt man Isotopenfraktionierung. Er hängt sehr stark von der Umgebungstemperatur, also vom Wetter ab. In kalten Gebieten mit wenig Verdunstung findet man daher einen höheren Anteil an leichtem Wasserstoff; in warmen Gebieten ist hingegen die Verdunstungsrate höher – im Grundwasser oder in Gewässern ist daher viel mehr schweres Deuterium enthalten. 

Pflanzen nutzen das Wasser in ihrer Umgebung; sie bauen fotosynthetisch Biomasse auf – so gelangt der Wasserstoff in ihre Stängel, Blätter und Blüten. Dabei wird der isotopische Fingerabdruck des Wassers – also das Verhältnis zwischen leichtem und schwerem Wasser – im organischen Material präzise abgespeichert. Sterben die Pflanzen ab, werden ihre Überreste in Form von chemischen Fossilien in den Sedimenten der Seen, Flüsse oder Meere abgelagert. Wenn die Klimaforscher Sedimentproben aus tibetischen Seen untersuchen, dann können sie den vor tausenden von Jahren entstandenen isotopischen Fingerabdruck der Pflanzen wieder sichtbar machen und so längst vergangene Niederschlags- und Verdunstungsszenarien enthüllen. Die chemischen Fossilien verraten, wann das Wetter in der Vergangenheit besonders warm oder kalt bzw. feucht oder trocken war. Sie geben aber auch Auskunft darüber, wie schnell sich solche Wetterwechsel vollzogen haben. Die Forscher bekommen so einen Überblick über die Wasserbilanz des Seesystems – und damit auch über Seespiegelschwankungen.

Zur Redakteursansicht
loading content