Blick auf den Schädel des Ursus Speleus
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Die Sauerstoff-Isotopen-Methode

Die Höhlenbären der Conturines

Angeschliffenes Sinterstück aus der Conturineshöhle in natürlicher Größe.
Die feine Schichtung entspricht vielleicht einer jahreszeitlichen Rhythmik.

Das lebenswichtige Element Sauerstoff kommt in zwei Isotopen vor, die sich im Atomgewicht unterscheiden. Das "normale" Sauerstoffatom mit dem Atomgewicht 16 (16O bezeichnet) und das schwere und viel seltenere Sauerstoff-Isotop 18O (Atomgewicht 18). Beide Isotope verhalten sich wegen der übereinstimmenden Zahl der Elektronen chemisch gleich, so dass es z.B. neben "normalen" Wassermolekülen (H2O mit leichtem 16O) auch "schwere" Wassermoleküle (H2O mit 18O) gibt. Das Verhältnis 18O/16O ist bei gleichbleibender Temperatur konstant.
Im Meerwasser kann es allerdings zu Schwankungen kommen, die von der Eisanhäufung an den Polen und in den Gebirgen abhängen: Schon beim Verdunsten wird das leichtere 16O-Wasser bevorzugt, so dass in den Wolken die Konzentration der 18O-Wasser-Moleküle geringer ist als im Meer. In Warmzeiten wie heute regnen sich die Wolken über dem Meer oder dem Festland aus, und der geschlossene Kreislauf sorgt für gleichbleibende 18O-Werte in den Weltmeeren. In Kaltzeiten entsteht aus 18O-armen Wolken nicht Regen, sondern Schnee, der in weiterer Folge als Eis in den Gletschern gebunden bleibt.

Der Kreislauf des Wasser-Sauerstoffs ist unterbrochen. Je mehr Eis sich nun an den Polen, auf den nördlichen Ländern (z.B. Skandinavien, Grönland, Kanada ...) und in viel geringerem Maß in den Gebirgen anhäuft, desto stärker steigt der 18O-Gehalt im Meer. Die Schwankungen, um die es hier geht, liegen zwar im Bereich von wenigen Promille, sind aber mit einem Massenspektrometer genau zu messen.
Dazu wurden aus den Böden der Ozeane, wo die Ablagerungen von feinem fossilhaltigem Schlamm seit Millionen von Jahren ziemlich gleichmäßig ohne Unterbrechung andauern, Bohrkerne gezogen. Diese Bohrtechnik von speziell ausgerüsteten Bohrschiffen aus ist sehr kostspielig, hat aber nicht nur für die Erdwissenschaften gewaltige Fortschritte gebracht, sondern auch für die Erdölwirtschaft.
Die Bohrkerne werden nun zentimeterweise genau untersucht. Für die Frage des Sauerstoffgehaltes werden die nur etwa 0,1 mm großen Gehäuse von Einzellern (Foraminiferen) herausgepickt, die als Mikrofossilien massenhaft in den fossilen Tonen vorkommen. Aus dem Kalk der Gehäusewand wird nun das 18O/16O-Verhältnis gemessen, das die als Eis gebundene Wassermenge widerspiegelt, die zur Lebenszeit der Foraminiferen auf den Kontinenten angehäuft war. Die Foraminiferen hatte nämlich den Sauerstoff, den sie für die Kalkbildung brauchten, dem Meer entzogen, und zwar in dem damals herrschenden Verhältnis von 18O zu 16O. Hohe 18O-Werte in den Einzeller-Schalen weisen daher auf kaltes, niedrige 18O-Werte auf warmes Weltklima hin.
Da die Bohrkerne außerdem durch andere physikalische und geologische Methoden altersmäßig eingestuft werden können, ist ein direkter Vergleich zwischen der aus dem Bohrkern gewonnenen 18O-Kurve (wir nennen sie auch "globale Eiskurve") und der errechneten Milankovitch-Kurve möglich.
Die Überraschung war gewaltig, als man die Übereinstimmungen erkannte: Zu jeder Schwankung der Sonneneinstrahlung ist in der Eiskurve ein entsprechender Ausschlag zu finden. Allerdings wird die Eiskurve noch von anderen Faktoren beeinflusst. Die Auflast der gewaltigen Eismassen bringt auch senkrechte Krustenbewegungen in Gang, die den 100.000-Jahre-Zyklus noch verstärken.
Was hilft uns diese Erkenntnis bei der Frage der Conturinesbären? Nun, da wir fordern müssen, dass das Klima zur Höhlenbärenzeit wärmer war als heute, kommt nur eine ausgeprägte Warmzeit in Frage. Oder hatte der Bär die so hoch gelegene Höhle nur für den Winterschlaf aufgesucht und hatte er den Sommer auf viel tiefer gelegenen Weiden verbracht? In diesem Fall könnten interstadiale Klimaverhältnisse (also etwas kühler als heute) auch genügen.