Fossile Pollen aus dem russischen El'gygytgyn-See (Foto: SWR, SWR - Foto: Daniela Knoll)

Fossiler Matsch Arktische Pollen erzählen Klimageschichte

Weit oben, im äußersten Nordosten der russischen Arktis, hat ein riesiger Meteorit ein gigantisches Loch in den Permafrostboden gerissen. Das war vor 3,6 Millionen Jahren. Das Loch hat sich mit Wasser gefüllt und kontinuierlich haben sich Tier- und Pflanzenreste am Grund des Sees abgelagert. Der sibirische See erzählt deshalb so eine Art "Klima-Geschichte", in der es viele kalte und auch sehr warme Episoden gegeben hat. Was den Forschern besonders hilft, das Klima der Arktis zu rekonstruieren, sind unter anderem Pflanzen-Pollen.

Martin Melles: Wir sind auf dem Weg ins Untergeschoss unseres Instituts. Da haben wir eine Kühlzelle, wo wir die Sedimentkerne lagern, die wir aus der Arktis gewonnen haben...

Martin Melles öffnet eine schwere Tür zur Kühlkammer des Instituts für Geologie und Mineralogie der Universität zu Köln. Aus dem Regal zieht der Geologe eine längs geöffnete Plastikröhre.

Das ist jetzt hier ein Meter dieses 318 Meter langen Bohrkerns aus dem El'gygytgyn-See, der im Pliozän abgelagert wurde, also vor über 3 Millionen Jahren...

Martin Melles hält rund 4.500 Jahre sibirischer Klima-Geschichte in den Händen (Foto: SWR, SWR - Foto: Daniela Knoll)
Martin Melles hält rund 4.500 Jahre sibirischer Klima-Geschichte in den Händen SWR - Foto: Daniela Knoll

Matsch erzählt Klima-Geschichte

In einem einzigen Meter See-Sediment sind fast 4.000 Jahre Klima-Geschichte dokumentiert, sagt Melles. Eine dunkelgrüne Masse, die aussieht, wie Matsch.

Ja, das sieht nach Matsch aus, das ist auch Matsch. Man muss sich vorstellen, was am Grunde eines Sees abgelagert wird, das ist der Staub, der durch Wind eingetragen wird. Beispielsweise die Pollen und das, was im See lebt... .

Der El'gygytgyn-See liegt in einem riesigen Meteoritenkrater inmitten des sibirischen Permafrost-Gebietes und ist 3,6 Millionen Jahre alt. Die Forscher hatten aber Glück: Am Grund des Sees waren es immer plus vier Grad Celsius. Warm genug also, damit sich Tier- und Pflanzenreste in den Sedimenten ablagern konnten.

Forschungsstation am sibirischen See El'gygytgyn (Foto: picture-alliance / dpa, picture-alliance / dpa - Photo: Tim Martin)
Forschungsstation am sibirischen See El'gygytgyn picture-alliance / dpa - Photo: Tim Martin

Also, was wir in den Kernen finden, sind Pollen, Blütenpollen, die in den Sedimenten überliefert werden. Für uns Geologen ist immer die Frage: Was ist von der damaligen Zeit erhalten. Und Blütenpollen bleiben sehr gut erhalten. Und in der Regel bleiben sie auch in der Menge und in der Vergesellschaftung enthalten, wie sie wirklich in den See eingetragen wurden.

Für Martin Melles ist der El'gygytgyn-See so etwas wie ein "Klima-Archiv". Wenn die Forscher wissen, welche Pflanzen zu welcher Zeit am See gewachsen sind, dann wissen sie auch, wie die Vegetation damals war und daraus können wir lernen, wie sich das Klima in der Zukunft verändern wird, beziehungsweise, wie in der Zukunft die Vegetation auf Klimaveränderungen reagieren wird.

Wärmeperiode vor 3,5 Millionen Jahren

Heute wachsen rund um den See Gräser, Kräuter und andere typische Tundrenpflanzen. Bäume gibt es in der arktischen Tundra keine. Das war aber nicht immer so, sagt Andrei Andreev, Botaniker und wissenschaftlicher Mitarbeiter von Professor Melles. Seine Aufgabe ist die Rekonstruktion der Vegetations-Geschichte der russischen Arktis anhand von Blütenpollen und Pilz-Sporen, die in den See-Sedimenten überliefert sind.

Andrei Andreev: Es gibt in der Vergangenheit Situationen, wo es wärmer war als heute, feuchter war als heute. Und das ist genau das, was wir unter dem Mikroskop sehen. Das ist eine Zeitscheibe, in der es wärmer war als heute, deutlich wärmer.

Vor 3,5 Millionen Jahren war es etwa acht Grad wärmer als heute. Auch die Vegetation war eine andere. Es gab viele Kiefern, Fichten und Tannenbäume. Ein richtiger Wald eben, sagt Andreev: Das erste Kälteintervall, das wir entdeckt haben, ist 3,2 Millionen Jahre alt - ohne, oder mit wenig Bäumen. Das war nicht, wie in der heutigen Situation mit Tundra. Aber es war eine Tundra mit Sträuchern, wie Erle, Straucherle oder kleine Birken, Zwergbirken.

Arktische Pollen (Foto: SWR, SWR - Foto: Daniela Knoll)
SWR - Foto: Daniela Knoll

Eichhörnchen verbreiten Kiefern-Samen

Je länger solche Kälteintervalle gedauert haben, umso langsamer haben sich die Pflanzen an die steigenden Temperaturen einer darauffolgenden Warmzeit gewöhnt. Das zeigen statistische Auswertungen der fossilen Blütenpollen, die am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung und am Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam durchgeführt wurden. Die Ergebnisse wurden in "Nature Communications" veröffentlicht.

Für den Pollen-Spezialisten ist die Sache klar: Manche Pflanzen brauchen von Natur aus einfach länger, um sich auszubreiten: Zum Beispiel gibt es die Kiefer, mit großen, schweren Samen. Das kann man nur transportieren mit Tierchen, ja. Das ist ein gutes Beispiel. Denn Lärche kann mit Wind ganz schnell fliegen. Aber Kiefern zum Beispiel brauchen diese Eichhörnchen zum Beispiel. Das ist auch ein Grund, warum einige Arten sich sehr langsam verbreiten.

Arktische Pollen (Foto: SWR, SWR - Foto: Daniela Knoll)
SWR - Foto: Daniela Knoll

Noch viel zu erforschen

Lärchen können bei extremen Wintertemperaturen bis Minus 70 Grad wachsen. Kiefern und Fichten hingegen brauchen wärmere Temperaturen.
Die meisten Blütenpollen kann der Biologe unter dem Lichtmikroskop relativ einfach auseinanderhalten: Kiefernpollen beispielsweise haben zwei große Luftsäcke, Süßgraspollen sind rund und haben ein Loch. Fertig ist er mit seiner Forschung noch lange nicht. Im Regal stehen noch einige hundert Plastik-Röhrchen mit fossilen Pollen-Extrakten.

Arktische Pollen (Foto: SWR, SWR - Foto: Daniela Knoll)
SWR - Foto: Daniela Knoll


Man findet in den Sedimenten auch Spuren von Pilz-Sporen. Ein Hinweis darauf, dass am El'gygytgyn-See noch etwas anderes gelebt hat. Andrei Andreev: Vor ungefähr 3 Millionen Jahren wir haben ein interessantes Intervall. Das heißt, das biologische Intervall heißt Mammoth-Subchron, wo wir auch viele Sporen von fungi haben.

Fungi ist lateinisch und bedeutet "Pilze". Diese Fungi leben auf dem Mist von Mammuts, Kühen oder Pferden. Das bedeutet, in der Umgebung von diesem See gab es viele Tiere, die es jetzt nicht mehr gibt.
Ohne die internationale Unterstützung kooperierender Wissenschaftler aus Russland, Schweden und den USA wäre diese aufwändige Rekonstruktion des arktischen Klimas der letzten 3,6 Millionen Jahre nicht möglich gewesen.

Obwohl das arktische Bohr-Projekt bereits 2009 abgeschlossen wurde, haben die Forscher noch einiges zu tun. Schließlich steckt noch jede Menge Klima-Geschichte in 318 Metern fossilem "Matsch".

Andrei Andreev: Pollen ist fast immer dabei in unseren Sedimenten. Wir wollen wissen, was war Vergangenheit, was passiert zum Beispiel bei Klimaänderungen? Ist es wirklich so gefährlich, wenn die Temperatur um zwei 2 °C Grad steigt? Für viele Orte ist eigentlich nur besser. Wo jetzt Tundra ist, haben wir, wenn es dann zwei Grad wärmer wird, an diesem Ort schon Wald.

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