Warum die Antarktis vor der Arktis vereiste: Was Mantelwellen mit dem Klima zu tun haben

Wenn wir an die Eiszeiten der Erde denken, liegt der Verdacht nahe, dass sinkende Temperaturen und fallende CO₂-Werte allein darüber entscheiden, wo sich Eis bildet. Eine neue Studie aus der Fachzeitschrift Science stellt dieses einfache Bild in Frage – und lenkt den Blick von der Atmosphäre tief in den Erdmantel. Sie liefert eine mögliche Erklärung für eines der größeren Rätsel der Klimageschichte: Warum begann sich die Antarktis bereits vor rund 34 Millionen Jahren zu vergletschern, während große Eisschilde auf der Nordhalbkugel erst vor etwa fünf Millionen Jahren entstanden.

Ein auffälliges Ungleichgewicht der Pole

Zum Zeitpunkt der ersten antarktischen Vereisung war die Erde nach den Angaben der Forschenden noch spürbar wärmer als heute, die Region um den Nordpol eisfrei. Trotzdem setzte sich am Südpol dauerhaft Eis fest. Diese Asymmetrie ist mit einem reinen CO₂-Argument schwer zu erklären: Fiele allein die Treibhausgaskonzentration ins Gewicht, sollten beide Pole ähnlich reagieren. Genau hier setzt die Untersuchung an, die von der Universität Southampton geleitet und unter anderem mit dem GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung in Potsdam, der Durham University sowie Partnern in den Niederlanden und Italien durchgeführt wurde.

Wellen aus dem Erdinneren

Der Kern der These lautet: Nicht nur das Klima, sondern die Geologie schuf die Bühne für das Eis. Laut den Studienautoren hoben sich weite Teile der Ostantarktis über einen Zeitraum von rund 100 Millionen Jahren allmählich an – bis eine Höhe erreicht war, auf der Schnee auch im Sommer liegen bleiben und sich Jahr für Jahr ansammeln konnte. Verantwortlich dafür seien sogenannte Mantelwellen: langsam wandernde Prozesse tief im Erdinneren, bei denen sich Material an der Unterseite eines Kontinents ablöst und die Oberfläche dadurch anhebt – ein Bild, das Mitautor Sascha Brune vom GFZ mit einem Heißluftballon vergleicht, der an Gewicht verliert.

Ausgelöst wurden diese Bewegungen den Angaben zufolge, als sich die Antarktis und Afrika im Erdzeitalter des Jura voneinander zu lösen begannen. Mit Computermodellen rekonstruierte das Team die Entwicklung der Landoberfläche und kam zu dem Ergebnis, dass sich vor etwa 45 Millionen Jahren große Teile der ostantarktischen Landschaft über die kritische Schwelle von rund zwei Kilometern Höhe erhoben hatten – jene Marke, ab der Gebirgsgletscher entstehen können.

Wie aus einem Plateau ein Eisschild wurde

Schon kleine Höhenunterschiede können den Ausschlag geben, ob Schnee schmilzt oder überdauert. Vor 50 Millionen Jahren lag der Großteil des heute unter dem Eis verborgenen Gamburtsev-Gebirges nach der Modellrechnung unterhalb von 1,5 Kilometern; vor 34 Millionen Jahren ragte fast die Hälfte über zwei Kilometer empor. Von dort breitete sich das Eis nach und nach über den Kontinent aus. Verstärkt wurde der Prozess durch Rückkopplungen: Helle Eisflächen reflektieren Sonnenlicht und kühlen zusätzlich (der sogenannte Eis-Albedo-Effekt), und kältere Luft kann weniger Wasserdampf speichern, was den wärmenden Effekt der Atmosphäre schwächt. Das Team schätzt den Beitrag dieser Effekte zur globalen Abkühlung auf etwa ein Grad – genug, um die Antarktis zu vereisen, aber zu wenig, um zeitgleich auch die flacheren Landmassen der Arktis unter Eis zu setzen.

Was das für das Verständnis von Eiszeiten bedeutet

Sollte sich der Befund bestätigen, rückt er die Rolle des Erdinneren in der Klimageschichte stärker in den Vordergrund. Nach Darstellung des Hauptautors Thomas Gernon schaffe der Erdmantel gewissermaßen die Voraussetzungen dafür, wann und wo große Vereisungen überhaupt möglich werden. Für die Debatte um heutige Kipppunkte im Klimasystem ist das ein interessanter Perspektivwechsel – auch wenn die geologischen Prozesse, um die es hier geht, auf Zeitskalen von Jahrmillionen ablaufen und keinen direkten Bezug zur aktuellen, vom Menschen verursachten Erwärmung haben. Für belastbare Schlüsse bleibt zudem abzuwarten, wie sich die Modellergebnisse in weiteren Untersuchungen bewähren.

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