Kosmischer Staub in irdischem Eis

Seit 30.000 Jahren prasseln konstant kosmische Staubpartikel auf die Erde nieder. Zu diesem Ergebnis kommen zwei Wissenschaftler vom Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University in New York (L-DEO) und vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven. Dazu untersuchten sie erstmals an einem antarktischen Eiskern den Gehalt des seltenen Helium-Isotops 3He in kosmischem Staub. Sie zeigen, dass dessen 3He-Konzentration um mehr als den Faktor 5000 gegenüber terrestrischem Staub angereichert ist. Messungen des auf der Erde sehr viel häufigeren Helium-Isotops 4He weisen außerdem darauf hin, dass sich die Quellen des terrestrischen Staubs im antarktischen Eis zwischen der letzten Eiszeit und unserer heutigen Warmzeit geändert haben müssen.

Im Wissenschaftsmagazin Science präsentieren die beiden Forscher zum ersten Mal zeitlich hoch aufgelöste Messungen des 3He- und 4He-Flusses von interplanetaren und terrestrischen Staubpartikeln, die im Schnee der Antarktis und daraus entstehenden Schichtungen des antarktischen Eisschildes gespeichert wurden. Heutige Abschätzungen zeigen, dass pro Jahr ca. 40.000 Tonnen extraterrestrischen Materials auf die Erde treffen. "Der kosmische Staub wird auf seinem Weg durch den interplanetaren Raum vom Sonnenwind mit Helium-Atomen aufgeladen. Dabei kommt es zu einer starken Anreicherung des auf der Erde seltenen Isotops 3He", erläutert Dr. Hubertus Fischer, Leiter des Forschungsprogramms "Neue Schlüssel zu polaren Klimaarchiven" am Alfred-Wegener-Institut. "Kosmische Staubpartikel mit einer Größe von wenigen Mikrometern überdauern den Eintritt in die Erdatmosphäre und transportieren ihre Heliumfracht unverändert zur Erdoberfläche." Mit der hohen zeitlichen Auflösung, wie man sie nur in Eiskernen erreicht, konnten nun erstmals die zeitlichen Variationen des Flusses von Helium zwischen Eis- und Warmzeiten sowie das typische Verhältnis von 3He und 4He dieser exotischen Partikel bestimmt werden. Die Ergebnisse dürften weit reichende Konsequenzen für die Interpretation von hoch aufgelösten Klimaarchiven in Eiskernen, Ozean- und Seesedimenten haben.

Die Heliumisotopen-Methode hat aber noch mehr zu bieten. Das Verhältnis von 4He in terrestrischem Staub zur gesamten Staubkonzentration zeigt große Unterschiede zwischen der letzten Eiszeit und unserer heutigen Warmzeit. "Der terrestrische Staub, der in der Eiszeit in der Antarktis niederging, ist offensichtlich nicht der gleiche wie in der Warmzeit. Entweder ändern sich die Quellgebiete des Mineralstaubs, oder die Verwitterungsprozesse, die für die Staubproduktion verantwortlich sind, variieren mit dem Eiszeitzyklus", erklärt Dr. Gisela Winckler, Leiterin der Arbeitsgruppe "Isotope Tracers and Constant Flux Proxies" am L-DEO.

Quelle: Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung