HEIDELBERG / LONDON (IT BOLTWISE) – Forscherinnen und Forscher aus Heidelberg zeigen, dass die Meerwasserchemie des Nordatlantiks während der letzten 230.000 Jahre stark mit Wachstum und Rückgang des isländischen Eisschildes schwankte. Grundlage sind Sedimentkerne vom Rockall Plateau, in denen sie die Isotopenverteilung des Neodym-Elements (Nd) auswerteten. Das isotopische Signal folgt dabei dem „Rhythmus“ der Eiszeiten und liefert damit ein genaueres Bild der Ozean-Reaktionen auf vulkanischen Input. Gleichzeitig warnen die Ergebnisse davor, stabile Isotopen-Fingerabdrücke als unveränderlich vorauszusetzen.
Dass sich Ozeane über lange Zeiträume „gleich“ verhalten, ist in der Klimaforschung ein praktischer Gedanke – und manchmal auch eine gefährliche Abkürzung. Im Nordatlantik nutzten Forschende über Jahre hinweg eine relativ direkte geochemische Brücke: die Neodym-Isotopie im Meerwasser, also die Verhältnisse der Isotope 143Nd und 144Nd, die sich mit der Herkunft des gelösten Neodyms und der Zusammensetzung des beteiligten Gesteins verknüpfen lassen. Eine neue Auswertung aus Heidelberg stellt diese Annahme für glaziale Bedingungen jedoch deutlich infrage: Die Isotopenzusammensetzung sei während Eiszeiten nicht konstant geblieben, sondern habe sich wiederholt und teils erheblich geändert – und zwar im Takt der Eiszeitzyklen.
Die Studie kombiniert dafür eine klare geologische Fragestellung mit einer belastbaren Probenbasis. Als Archiv dienten Sedimentkerne aus der Tiefsee am Rockall Plateau im nordöstlichen Atlantik (u. a. ODP Site 982). Darin analysierten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Isotopenzusammensetzung des Seltene-Erden-Elements Neodym, weil die Neodym-Signatur als „chemischer Fingerabdruck“ gilt: Grundsätzlich spiegelt sie den Charakter großer Wassermassen wider und lässt Rückschlüsse auf die Ozeanzirkulation zu. Entscheidend ist aber, was die Heidelberger Daten zeigen: Das isotopische Signal schwankte während glazialer und interglazialer Phasen stark und folgte dabei einem Rhythmus, der dem Ablauf der Eiszeiten entspricht.
Technisch lässt sich die Logik hinter dem Signal relativ anschaulich herleiten. Während eines Glazials drückt der Eisschild auf Island nach vorn und „arbeitet“ sich durch basaltisches Grundgestein. Dabei entsteht feines, hochreaktives Gesteinsmehl, das in den umgebenden Ozean gelangt. Im Meer löst sich daraus Neodym mit einer ausgeprägten radiogenen Signatur – insbesondere angereichert in 143Nd – und diese Zusammensetzung landet dann als messbare Nd-Isotopensignatur in den später abgelagerten Sedimenten. In den Heidelberger Analysen zeigt sich dabei sogar ein Muster, das über die reine Herkunft hinausgeht: Die oberen Wassermassen des Nordatlantiks waren während Eiszeitspitzen durchweg radiogener als in wärmeren Zwischeneiszeiten, und diese Schwankungen korrelierten eng mit dem Volumen des isländischen Eisschildes.
Damit die Interpretation nicht bei einer Korrelation stehen bleibt, entwickelten die Forschenden ein sogenanntes Boxmodell. Solche vereinfachenden Modelle zerlegen den Ozean gedanklich in „Wasserreservoirs“ und beschreiben, wie Stoffflüsse zwischen diesen Bereichen zeitabhängig reagieren. Für die Heidelberger Ergebnisse ist das relevant, weil sie damit zeigen: Die Änderungen der Meerwasserchemie verliefen als Folge des vulkanischen Inputs nicht streng linear. Stattdessen waren es Reaktionen auf die Dynamik des Eises – mit deutlichen Spitzen genau in den Phasen rascher Vergletscherung. Das passt in ein übergeordnetes Bild, nach dem Kryosphäre nicht nur „Kulisse“ ist, sondern die Geochemie des Ozeans über Lieferpfade und Reaktivität aktiv steuert.
Die Studie geht über die rein isotopenbasierte Rekonstruktion hinaus, weil sie eine zweite, biologische und chemische Ebene adressiert: Der Eisschild habe den Zufluss von Mikronährstoffen wie Eisen reguliert. Eisen spielt im Ozean eine zentrale Rolle, weil es als limitierender Faktor für phytoplanktontypische Wachstumsprozesse wirkt; wer die Verfügbarkeit steuert, beeinflusst indirekt auch Produktivität und damit Potenzialpfade für den Kohlenstoffkreislauf. Für Eiszeiten bedeutet das: Wenn sich die Nd-Isotopensignatur nicht nur „merkt“, sondern die Zustände tatsächlich widerspiegelt, dann könnten auch zeitlich variierende Nährstoffflüsse und Ozeanchemie im selben Takt mitlaufen. Ein solcher Zusammenhang wäre damit nicht nur geochemisch interessant, sondern auch für Modelle zur Kopplung von Klima, Biogeochemie und Zirkulation ein zusätzlicher Anker.
Für die Branche – also für alle, die aus Isotopenarchiven Ozeanprozesse der Vergangenheit ableiten – liegt der wichtigste Punkt in der methodischen Konsequenz. Die Heidelberger Resultate mahnen zur Vorsicht bei der Annahme, dass feste isotopische Fingerabdrücke unabhängig von glazialen Bedingungen als stabile Rekonstruktionsbasis dienen. Wo die Ozeanchemie in Eiszeiten wiederholt umgestaltet wird, ist die Interpretation von Nd als reiner Proxy für bestimmte Zirkulationsmuster ohne Berücksichtigung der zeitvariablen Liefer- und Reaktionsdynamik riskanter. Ebenso deutet die Arbeit einen bislang unterschätzten Zusammenhang zwischen Kryosphäre, kontinentaler Verwitterung und Ozeanchemie an, also zwischen dem, was an Land durch Eisprozesse umgebaut wird, und dem, was anschließend in die Wassersäule eingetragen wird.
Organisatorisch ordnet die Untersuchung sich in ein Förderumfeld ein, das sich mit der Entwicklung von Ozeanzirkulation und geochemischen Kreisläufen in großen Klimawandelphasen beschäftigt. Die Datengrundlage stammt aus Sedimentkernen einer Expedition des Ocean Drilling Program bzw. International Ocean Discovery Program, die vom IODP Bremen Core Repository bereitgestellt wurden. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in Science Advances, verknüpft über den DOI 10.1126/sciadv.aeg5747 (19. August 2026). Für die nächste Generation von Rekonstruktionen bedeutet das: Nicht nur die Zirkulation selbst, sondern auch Eiszeit-getriebene Liefer- und Reaktionsmechanismen müssen stärker zusammen gedacht werden, wenn aus Isotopenarchiven robustere Aussagen entstehen sollen.
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