Strichcode der Vergangenheit – Tiefbohrung im türkischen Van-See mit Eawag-Beteiligung

Im Sommer rieseln Kalk und Pollenkörner auf den Grund des türkischen Van-Sees und lagern sich in einer papierdünnen, hellen Schicht ab. Im Winter ändert sich die Farbe: Nun bildet Ton den Hauptbestandteil der Ablagerungen, die Schicht wird dunkelbraun. Dieser jahreszeitliche, braunbeige Wechsel spielt sich schon seit mehreren hunderttausend Jahren ab.

Einem Strichcode gleich, bietet darum die bis zu 400 m dicke Sedimentschicht Forschenden ein hochaufgelöstes Archiv, in dem mindestens 500'000 Jahre Klima- und Seegeschichte dokumentiert sind.

Im Sommer 2009 will ein internationales Forscherteam diese Ablagerungen genauer untersuchen. Zu diesem Team, das von Thomas Litt an der Universität Bonn koordiniert wird, gehören auch die Eawagler Rolf Kipfer (W+T), Flavio Anselmetti, Carsten Schubert und Mike Sturm (alle Surf). Die Wissenschaftler wollen von einer großen schwimmenden Plattform armdicke Bohrkerne aus dem Bodenschlamm stechen - bei 380 m Wasserbedeckung keine einfache Aufgabe. Bis in 250 m Sedimenttiefe möchten die Forscher während der dreimonatigen Bohrzeit vordringen und so rund 500’000 Jahresschichten in drei bis fünf langen Bohrkernen isolieren. Das Exekutivkomitee des internationalen kontinentalen Bohrprogramms (ICDP) ist überzeugt, dass das Bohrprojekt "wissenschaftlich hochinteressante Fragestellungen von globaler Wichtigkeit" behandelt und unterstützt deshalb die Bohrungen im Van-See mit 750'000 US Dollar! Als direkte Folge dieser Unterstützung engagiert sich die Schweiz jetzt als Vollmitglied beim ICDP.

Klimageschichtliche Zusammenhänge

Der Van-See ist ein Salzsee, er hat keinen Abfluss und sein Seespiegel schwankt stark je nach Temperatur und Niederschlag. Darüber hinaus liegt der Van-See in einer erdbebenreichen Region, die schon sehr lange von Menschen besiedelt wurde. Der Eawag-Forscher Flavio Anselmetti untersucht am Van-See klimageschichtliche und geologische Zusammenhänge genauer. „Auf der einen Seite interessieren mich die Klimaschwankungen über einen Zeitraum von mehreren Hunderttausend Jahren, und wie sich die Sedimente auf Grund der starken Seespiegelschwankungen änderten. Daneben interessieren mich die Sedimente aber auch als Zeugen der Erschütterungen“, erläutert Anselmetti. Anhand der Deformationsart und der Sedimenttypen kann man abschätzen, wie häufig Erdbeben auftraten und wie stark sie waren.

Seespiegelschwankungen und Edelgaskonzentrationen in den Sedimenten

Salzseen sind bekannt dafür, dass ihre Tiefenwassererneuerung durch Seespiegelschwankungen gesteuert wird. Bei fallendem Seespiegel und damit steigendem Salzgehalt wird das Wasser gemischt, bei steigendem Wasserspiegel stagniert der Wasserkörper. So wurde im Van-See bis 1990 bei tiefem Seespiegel aktiv Wasser ausgetauscht. Seit 1994 steigt jedoch der Seespiegel kontinuierlich an und die Erneuerung des Tiefenwassers ist dadurch fast zum Erliegen gekommen. Zusammen mit KollegInnen von der Uni Konstanz interessiert sich Rolf Kipfer alias RoKi für den Austausch des Tiefenwassers im Van-See: „Für die letzten Jahrzehnte helfen uns vor allem Tritium und die reinen Zerfallsprodukte von Helium-3, die Aufenthaltszeit des Tiefenwassers zu bestimmen.“ In den Sedimenten finden sich jedoch nicht nur Helium-Isotope. Auch andere Gase sind im Sedimentwasser gelöst. „An Hand der in den Sedimentporen gelösten Edelgase können wir den Seespiegelstand noch weiter zurück rekonstruieren, da die Gaslöslichkeit vom Salzgehalt und letztlich dem Seevolumen abhängt. Die Untersuchungen im Van-See sollten uns erlauben, zum ersten Mal überhaupt, den Verlauf von Seespiegel und Salinität über mehrere 100'000 Jahre zu rekonstruieren“, meint Rolf Kipfer.

Helium und die anderen gelösten Edelgase stammen häufig aus dem Erdmantel. Wie diese jedoch aus dem Erdinneren an die Oberfläche gelangen ist weitgehend unklar. „Wir denken, dass Helium und andere Fluiden über Brüche und Schwachstellen in der Erdkruste an die Oberfläche gelangen“, erläutert Roki die Hypothese. Erste Testuntersuchungen unterstützen diesen Ansatz. Sedimentkerne, die nahe einer Bruchzone entnommen wurden, weisen generell höhere Heliumkonzentrationen und einen stark vertikalen Heliumgradienten auf. Von den für 2009 geplanten Bohrungen verspricht sich RoKi neue, umfassende Erkenntnisse zum terrestrischen Fluidtransport.

Organische Stoffe in den Ablagerungen

Neben Kalk, Lehm und Gasen, interessiert auch die biologische Füllung der Sedimentsschichten: Die darin enthaltenen Pollen verraten Forschern, wie Thomas Litt von der Universität Bonn, was an den Ufern des Sees früher wuchs. In einem würfelzuckergrossen Brocken sind bis zu 200'000 Pollen-Körner eingeschlossen. Von welcher Gattung oder Art die Funde stammen, lässt sich auch nach einigen tausend Jahren noch feststellen. Die Pollen erlauben ziemlich genaue Aussagen über Temperatur und durchschnittliche Niederschlagsmenge. Auch wurden alle heutigen Getreide in dieser Region domestiziert. Die Wissenschaftler untersuchen in den Ablagerungen des Sees deshalb auch den Ackerbau in prähistorischer Zeit.

Während sich manche Schalen, Hüllen oder Partikel recht gut im Sediment erhalten (z.B. Pollen) werden andere sehr stark oder aber auch selektiv abgebaut und können im Sediment nicht mehr oder nicht mehr in der ursprünglichen Verteilung gefunden werden. Hier hilft eine Methode, die Carsten Schubert anwendet: „Anstatt nach anorganischen Schalen oder Hüllen zum Beispiel von Kalkalgen oder Diatomeen/Radiolarien zu suchen, extrahieren wir die organische Substanz aus den Sedimenten und detektieren einzelne Moleküle sog. Biomarker. Damit können wir  einen verstärkten Eintrag von terrigenen Komponenten wie Gräser, Pollen und Blätter oder auch Veränderungen in den Hauptprimärproduzenten feststellen.“ Carsten Schubert und sein Team hoffen somit eine Rekonstruktion des Ablagerungsmilieus und der Artenvergesellschaftungen im Van See über den erbohrten Zeitraum zu erfassen.