Aktive Tropfsteinbildung in einem Seitenbereich der Kleinen Teufelshöhle Bildrechte: KIT (entstanden im Rahmen des HEiKA-Projekts Check Extrema)

Wissen-News So können Tropfsteinhöhlen Auskunft über Klimaschwankungen geben

18. Januar 2024, 14:49 Uhr

Für langfristige Untersuchungen des Klimas wurden bisher häufig Baumringe herangezogen. Forscher aus Heidelberg und Karlsruhe haben gezeigt, dass diese Analysen zusammen mit Höhlentropfsteinen noch genauer sein können.

Die Dicke von Baumringen, die im Bereich weniger Millimeter variiert, gibt Aufschluss über die Dynamik saisonaler Niederschläge. Daraus lassen sich Rückschlüsse auf die klimatischen Verhältnisse in der jeweiligen Wachstumsperiode ziehen. Im Gegensatz zu Baumringen wurden Höhlentropfsteine bislang nur in Ausnahmefällen für die systematische Messung von Klimadaten und ihren jährlichen Variationen herangezogen. Entscheidend ist das in eine Höhle eindringende Regenwasser, dessen gelöster Kalk die Tropfsteine bildet. Dieses Wasser aus der Umgebung besteht aus Niederschlägen der warmen und der kalten Jahreszeit, die jeweils durch eine besondere Isotopenzusammensetzung des Sauerstoffs charakterisiert sind. Daraus können Analysen abgeleitet werden, ob und in welchen Jahren Winter- oder Sommerniederschläge dominierten.

Baumscheibe einer Eiche aus Dransfeld/Deutschland mit 148 Jahresringen. Der tiefe Einschnitt bis in die Mitte zeigt die Position des für die Sauerstoffisotopenanalyse entnommenen Holzsegments. Bildrechte: Gerhard Helle/GFZ

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In den letzten Jahren war die Luft in Europa rekordverdächtig trocken. Das zeigen Daten aus Baumringen, die schweizer und deutsche Forschende auf neuartige Weise analysiert haben.

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"Jahr ohne Sommer" zeigte sich in Tropfsteinen

Die Experten der Uni Heidelberg und vom Karlsruher Institut für Technologie haben einen Stalagmiten – einen aus dem Boden emporwachsenden Tropfstein – aus der Kleinen Teufelshöhle in der Fränkischen Schweiz mit einer speziellen Ionensonde untersucht. Dieser Stalagmit wuchs deutlich langsamer als vergleichbare Tropfsteine mit einer Rate von ein bis vier Zentimetern pro Jahrtausend, was einer jährlichen Wachstumsrate von etwa einer Haaresbreite entspricht. Die Wachstumszonen des Tropfsteins sind damit hundertmal dünner als ein Baumring. "Für die Analysen waren präzise Messungen in den nur wenigen Mikrometer großen jährlichen Wachstumszonen erforderlich, was nur mit einem solchen Forschungsgroßgerät möglich ist", erklärt der Studienautor Mario Trieloff.

In den Klimadaten offenbaren sich regionale wie globale Umweltereignisse. Das ungewöhnlich kalte Jahr 1816, das in Europa und Nordamerika als "Jahr ohne Sommer" in die Geschichte einging, geht auf einen Ausbruch des Vulkans Tambora in Indonesien im April 1815 zurück, möglicherweise verstärkt durch einen bislang unbekannten Vulkanausbruch sechs Jahre zuvor. Die Daten aus den Tropfsteinmessungen zeigen, dass es in dieser Zeit kalte Sommer und niederschlagsreiche Winter gab, verbunden mit ganzjährig auftretenden Überschwemmungen, die zu Missernten und Hungersnöten führten. Aus den in dem Tropfstein gespeicherten Informationen lassen sich auch langzeitliche Klimaschwankungen ablesen wie die sogenannte Kleine Eiszeit, deren Kernzeitraum Ende des 16. Jahrhunderts begann und bis in das späte 17. Jahrhundert reichte.