Die Arktis könnte schon bald im Sommer eisfrei sein. Die Folgen für das marine Ökosystem wollen Wissenschafter aus dem Tiefseeschlamm ablesen

Die Expedition ist Teil eines 12,5 Millionen Euro schweren EU-Projekts. Forschungsinstitute aus Norwegen und das deutsche Alfred-Wegener-Institut suchen dabei in der Vergangenheit nach Antworten zur Zukunft der Arktis: Wie verändert der Eisrückgang das marine Ökosystem? Was sind die Folgen für die Ozeanzirkulation und das globale Klima?

Der Blick in die Zukunft braucht Messdaten aus der Umwelt

In den vergangenen 50 Jahren hat sich die Arktis um zirka drei Grad erwärmt – doppelt so stark wie die Erde im Mittel. Vielerorts steigen die Temperaturen hier immer öfter über den Gefrierpunkt, auch im Winter. Seit 1979, dem Beginn der Satellitenmessungen, ist die am Ende des Sommers von Meereis bedeckte Fläche am Nordpol um mehr als 40 Prozent geschrumpft – und damit auch der Lebensraum von Eis und Kälte ­liebenden Organismen.

Durch das Schmelzen der reflektierenden Eisdecke heizt sich die Arktis noch schneller auf. Das führt auf Umwegen zu häufigerem Extremwetter wie Hitzewellen und Überschwemmungen in Europa. Zugleich weckt der Eisrückgang wirtschaftliche Begehrlichkeiten, weil Rohstoffe leichter zugänglich werden und sich neue Schifffahrtswege eröffnen.

Laut Prognosen könnte der Arktische Ozean um 2050 im Sommer fast eisfrei sein, womöglich bereits im kommenden Jahrzehnt, und damit die Klimakrise verschärfen. «Solche Klimaprojektionen haben jedoch erhebliche Unsicherheiten», sagt der Forscher Knies an Bord der «Kronprins Haakon». Für den Blick in die Zukunft braucht es Computermodelle und Messdaten aus der Umwelt. Heute zeichnen Satelliten und andere Instrumente das Schmelzen der Arktis auf. «Aber unsere direkten Beobachtungen beschränken sich auf die Gegenwart und die jüngere Vergangenheit, in der es im Sommer stets Meereis gab», so Knies.

Der Bohrkern umfasst Hunderttausende Jahre Erdgeschichte

Ende August erreichen er und sein Team den Lomonossow-Rücken, einen ozeanischen Gebirgszug, der durchs zentrale Nordpolarmeer verläuft. Bei Schneefall und einer gefühlten Temperatur von minus zehn Grad lassen die Forschenden ein 20 Meter langes Stahlrohr mit tonnenschwerem Gewicht an einem dicken Draht zum Meeresboden hinab. Diesen haben sie zuvor per Echolot kartiert, um eine ausreichend dicke Sedimentschicht gut einen Kilometer unter dem Eis zu beproben. Zwei Stunden später hieven sie das Rohr wieder an Deck, schlammbeklebt.

Am nächsten Tag liegt der 15 Meter lange Sedimentkern halbiert und in handliche Abschnitte zerteilt auf einem Tisch im Schiffslabor. Man erkennt verschiedene Schichten, die sich in Farbe und Korngrösse der Ablagerungen unterscheiden. Vereinzelt finden sich im Schlamm kleine Steine, die einst eingefroren in Eisbergen oder Eisschollen von den Küsten in die Gegend gelangt sein müssen. Für das Expeditions-Team ist die Probe ein Fenster in eine ferne Vergangenheit: Sie dürfte viele hunderttausend Jahre Erdgeschichte umfassen.

Sedimentkerne erlauben es Paläoklimaforschern, Klima und Umwelt längst vergangener Epochen zu rekonstruieren. Möglich ist das dank dem stetigen Regen von Partikeln von der Meeresoberfläche in die Tiefsee. Wie fleissige Datenschreiber zeichnen marine Sedimente etwa Wassertemperaturen oder die Stärke von Ozeanströmungen auf. Die Informationen sind gespeichert in den chemischen und physikalischen Eigenschaften abgelagerter Plankton- und Gesteinsreste.

Veränderungen im Erdmagnetfeld helfen bei der Datierung

Die Forschenden an Bord der «Kronprins Haakon» wollen diesen Datenschatz auf ihrer fünfwöchigen Reise heben, um das Klimaarchiv der Arktis zu entschlüsseln. Entlang der Route von Spitzbergen über den Pol bis an die Nordostküste Grönlands ziehen sie etliche Kerne aus dem Meeresboden.

Zurück an Land werden sie diese Schicht für Schicht analysieren. Zum einen gilt es, das Alter der Ablagerungen zu bestimmen. Dafür nutzen sie etwa Radiokarbondatierung und die Ausrichtung mineralischer Partikel am früheren Erdmagnetfeld. Gemäss vorläufigen Messungen sind die Sedimentproben bis zu 2 Millionen Jahre alt und reichen damit weit ins Pleistozän zurück – eine Epoche mit wechselnden Kalt- und Warmzeiten.

Zum anderen möchten die Wissenschafter herausfinden, welche Folgen die Klimaveränderungen seinerzeit in der Arktis hatten. Das ist beispielsweise anhand von Biomarker-Molekülen möglich, die von Eisalgen produziert werden. Sie sollen Hinweise auf die damalige Ausdehnung des Meereises liefern.

Die Kalkschalen winziger Lebewesen spiegeln das Klima

Adele Westgard von der Universität Tromsö interessiert sich für eine Gruppe von Organismen, die in allen Ozeanen vorkommen, an der Oberfläche wie am Meeresgrund. Am Vormittag hat sie mit ihrer Kollegin das Planktonnetz in die Tiefe hinabgelassen. Nun liegt der Fang im Labor unterm Mikroskop. Mit einem feinen Pinsel pickt die Geochemikerin Dutzende Einzeller mit Kalkgehäusen aus der Probe: Foraminiferen, klein wie Sandkörner.

Die Mikroorganismen bilden Kalkschalen aus dem sie umgebenden Meerwasser, die im Sediment erhalten bleiben. Westgard untersucht anhand von lebenden Foraminiferen, wie Temperatur, Salzgehalt und Säuregrad die chemische Zusammensetzung der Gehäuse beeinflussen. «Denn Letztere spiegelt die herrschenden Umweltbedingungen wider», erklärt sie. Indem sie fossile Schalen aus den Kernproben analysiert und mit den Daten lebender Exemplare vergleicht, kann sie so etwa die einstige Wassertemperatur bestimmen. «Auf ein halbes Grad genau.»

Wann der Arktische Ozean sich letztmals so stark aufheizte, dass dort alles Meereis schmolz, ist unklar. Womöglich geschah dies in der Eem-Warmzeit, vor 130 000 bis 115 000 Jahren. Damals war die Arktis im Sommer bis zu fünf Grad wärmer als heute. Es gab offenes Wasser nördlich von Grönland, der Eisschild der Insel ging stark zurück, und grosse Mengen Süsswasser bremsten die atlantische Umwälzzirkulation. Ein ähnliches Szenario könnte laut Klimamodellen in naher Zukunft erneut eintreten.

Eindeutige Belege für einen eisfreien Nordpol fehlen jedoch. «Bis jetzt gibt es vor allem Proben aus der Eisrandzone», so Jochen Knies. Diese deuteten darauf hin, dass die Arktis in jüngeren Warmzeiten der Erdgeschichte im Winter immer von Meereis bedeckt war. «Aber wir können nicht sagen, ob es im Sommer je völlig verschwand.» Das macht die Sedimentkerne der aktuellen Expedition so wertvoll, sie sollen diese Lücke schliessen. Zwar wurden bereits Kerne in der Zentralarktis gesammelt. Doch frühere Studien kommen zu widersprüchlichen Ergebnissen, wie alt die Sedimente sind.

Fossile DNA hilft, vergangene Ökosysteme zu rekonstruieren

Zudem hat sich die Analytik von Klimaarchiven seither weiterentwickelt. Eine recht neue Methode ist die Untersuchung fossiler DNA in marinen Sedimenten. Vor allem Plankton, aber auch Fische oder ins Meer gespülte Pflanzenteile hinterlassen in der Tiefsee Spuren ihres Erbguts. In terrestrischen Sedimenten im Norden Grönlands haben Wissenschafter 2 Millionen Jahre alte DNA-Schnipsel gefunden. «Aber niemand hat bisher in so alten Ablagerungen im Arktischen Ozean danach gesucht», sagt der Paläo-Ökologe Stijn De Schepper von der Universität Bergen und dem Forschungszentrum Norce auf dem Weg durchs Packeis.

An Bord ist es für sein Team die grösste Herausforderung, die Sedimentproben nicht mit moderner DNA zu kontaminieren. Im Schiffslabor tragen die Forschenden daher Schutzanzüge und Einmalhandschuhe, Tische und Ausrüstung wischen sie mit Bleichmittel ab. Die Extraktion der fossilen DNA erfolgt später in Norwegen in einem Reinstlabor, um sie anschliessend zu sequenzieren.

Der Blick ins Erbgut soll ihnen helfen, zu verstehen, wie das arktische Ökosystem in zurückliegenden Warmzeiten aussah – und wie es sich in Zukunft verändern könnte. «Wenn das Meereis verschwindet, werden wir vermutlich ein völlig anderes Ökosystem haben», sagt De Schepper. Es würde Verlierer geben wie Eisalgen und Polardorsche, die auf Meereis angewiesen sind, aber auch Gewinner wie Phytoplankton, das im offenen Wasser gedeiht.

Was die Folgen für den Kohlenstoffkreislauf oder das Nahrungsnetz wären, weiss niemand genau. Die Antworten auf solche Fragen, so hoffen die Forschenden, liefert der Schlamm aus der Tiefsee

Tim Kalvelage, «NZZ am Sonntag» (01.02.2026)

Hier publiziert Sustainable Switzerland exklusiv kuratierte Inhalte aus Medien der NZZ. Abonnemente der NZZ entdecken.