Beißende Kälte, heulende Stürme und monatelange Dunkelheit. Widerspenstige Technik, die vor den extremen Bedingungen zu kapitulieren droht. Und eine nur 24 Quadratmeter große Hütte ohne jede Privatsphäre, die man sich zu dritt teilen muss. Als Claude Lorius 1956 an seiner ersten Antarktis-Expedition teilnimmt und einen Winter in der abgelegenen Forschungsstation Charcot verbringt, hat er sich keinen einfachen Start für eine Wissenschaftskarriere ausgesucht.

Doch der mittlerweile 82-jährige Franzose schwärmt bis heute davon. Bei insgesamt 22 Expeditionen hat er mehr als zehn Jahre in den Polargebieten verbracht. Im aktuellen Kinofilm „Zwischen Himmel und Eis“ erzählt er, was ihn daran so fasziniert. Die Leidenschaft für die Antarktis sei wie ein Virus. Wer infiziert sei, müsse einfach immer wieder zurückkehren.

„Dieses Virus habe ich auch“, sagt Heinz Miller vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven. Er hat sich genau dem Forschungsfeld verschrieben, auf dem Claude Lorius seit den 1960er-Jahren Pionierarbeit geleistet hat: Als Glaziologe versucht er, das Eis der Polargebiete zum Sprechen bringen. Über Hunderttausende von Jahren hat sich in Grönland und der Antarktis eine Schneeschicht auf die andere gelagert, sich zu Eis verfestigt, Gasbläschen und Schwebteilchen aus der Luft eingeschlossen. Daraus können Forscher Informationen über das Klima und die Atmosphäre vergangener Epochen gewinnen. Dafür muss man allerdings tief ins Eis bohren – das ist bis heute ein aufwendiges Unterfangen.

Fünf Jahre Probebohren

Heinz Miller weiß das aus eigener Erfahrung: Er war einer der führenden Köpfe bei dem europäischen Tiefbohrprojekt Epica, das zwischen 1995 und 2006 zwei Bohrkerne aus dem Eis der Antarktis gefördert hat. „So ein Vorhaben dauert mindestens zehn Jahre, bis man fertig ist“, sagt der Forscher. Bei der Epica-Bohrung im antarktischen Dronning Maud Land mussten die Mitarbeiter zum Beispiel fünf Süd-Sommer lang das Gelände erkunden und Probebohrungen durchführen, bis sie eine geeignete Stelle fanden.

Zwei weitere Sommer hat es gedauert, dort eine Forschungsstation aufzubauen und die nötige Ausrüstung heranzuschaffen. „Allein die Winde mit dem Kabel, über das der Bohrer in die Tiefe gelassen und mit Strom versorgt wird, wiegt drei Tonnen“, sagt Heinz Miller. Ein Lufttransport fällt da aus, Pistenraupen mussten das schwere Gerät von der Küste aus 800 Kilometer weit durch ein Gebiet mit tückischen Gletscherspalten ziehen.

Im November 2001 ging es los: Meter um Meter schnitt sich der rotierende Bohrkopf in den Untergrund. Eiszylinder mit zehn Zentimetern Durchmesser und drei Metern Länge kamen aus den Tiefen nach oben. Vier Sommer bohrten die Wissenschaftler.

„In einer Saison wollten wir da weitermachen, wo wir im Jahr zuvor aufgehört hatten“, erinnert sich Heinz Miller. Doch der Bohrer kam aus unerfindlichen Gründen keinen Meter mehr voran. Es dauerte Tage, bis die Forscher die Ursache des Problems fanden: Eine große Messingschraube war ins Bohrloch gefallen. „Ich weiß bis heute nicht, wie das Ding da reingeraten ist“, sagt Miller. Bei anderen Projekten seien auch schon Bohrer im Eis steckengeblieben und ließen sich nicht mehr hochziehen – die Arbeit musste von vorn beginnen.

Die Forscher in Dronning Maud Land sind bis in eine Tiefe von 2784 Metern vorgestoßen und haben 170.000 bis 180.000 Jahre altes Eis zutage gefördert. Bei der zweiten Bohrung des Projekts an der Station Dome C in der Ost-Antarktis war es sogar mehr als 800.000 Jahre alt.

Untersucht wird der Eiskern im heimischen Labor. Aus ihm können Forscher schließem, bei welchen Temperaturen der Schnee in der damaligen Zeit gefallen ist. Diese Information steckt unter anderem in den Bestandteilen des Wassers. Von Wasserstoff und Sauerstoff gibt es jeweils zwei unterschiedlich schwere, stabile Formen.

Eis aus warmen Zeiten enthält größere Mengen der schwereren Varianten als solches aus kalten Perioden. Der Franzose Claude Lorius untersuchte die eingefrorenen Gasbläschen des Eises. Er konnte beweisen, dass hohe Konzentrationen von Kohlendioxid in der Erdgeschichte mit hohen Temperaturen gekoppelt waren. Der Treibhauseffekt ließ sich in den Eiskernen deutlich nachweisen. Lorius warnte deshalb immer wieder vor den Folgen eines zu hohen CO2 -Ausstoßes. Er fand noch andere Spuren im Eis, die vom Menschen verursacht wurden: zum Beispiel radioaktive Elemente aus Atomtests und Umweltbelastungen. „Man sieht darin auch, dass die Römer bei der Metallverhüttung noch mehr Blei freigesetzt haben als später der Autoverkehr“, berichtet Heinz Miller. Jedoch würde man die positiven Folgen der Umweltschutzmaßnahmen bereits feststellen – wie den Rückgang der Bleibelastung nach der Einführung von bleifreiem Benzin.

Seesalz und Staub

Doch das Eis liefert auch viele Einblicke in die Vergangenheit, die unabhängig vom Menschen sind. Enthält eine Schicht im Bohrkern besonders viele Seesalz-Partikel, ist das zum Beispiel ein Zeichen für eine große Ausdehnung des Meereises – und damit für eine Kaltzeit. „Gleichzeitig wurde in solchen Phasen auch 100 bis 1 000 mal mehr Staub in die Antarktis getragen“, sagt Heinz Miller. Das deutet auf ein trockeneres Klima und mehr Wind in Südamerika hin. Obwohl dieser Staub reichlich Nährstoffe enthielt, hat er das Algenwachstum im Meer offenbar nicht angekurbelt. Sonst müssten sich in den entsprechenden Eisschichten mehr Abbauprodukte der Schwefelverbindung Dimethylsulfid finden, die bei Algenblüten freigesetzt wird.

„Aus all diesen Puzzleteilen versuchen wir, ein stimmiges Bild von den Klimaentwicklungen der Vergangenheit zusammenzusetzen“, sagt Frank Wilhelms vom AWI. So hoffen die Forscher, auch ihre Modelle und Prognosen für die Zukunft verbessern zu können. Dazu würden sie allerdings gern noch weiter zurückschauen, als es ihnen bei der Epica-Bohrung von Dome C bereits gelungen ist. In den mehr als 800.000 Jahren, die der dort gewonnene Eiskern umfasst, hat die Erde acht Wechsel zwischen Kalt- und Warmzeiten erlebt.

Bei Bohrungen in die Sedimente am Meeresgrund haben Wissenschaftler allerdings Hinweise darauf gefunden, dass sich das Klima davor in schnellerem Rhythmus gewandelt hat. „Aus dem Eis würden wir gern mehr darüber erfahren, was damals in der Atmosphäre vor sich ging“, erklärt Wilhelms. Doch dafür müssen die Bohrmannschaften erneut ausrücken. Glaziologen aus etlichen europäischen Ländern sind derzeit dabei, ein Projekt namens „Beyond Epica“ zu planen. In drei oder vier Jahren soll es starten und Eis liefern, das bis zu 1,5 Millionen Jahre alt ist.