Antarktis

Dynamischer als angenommen

Die Bestimmung des Massenhaushalts der Antarktis ist mit großen Unsicherheiten verbunden. Das ist vor allem auf die Größe und die lebensfeindlichen Bedingungen des Kontinents zurückzuführen. Die Folge sind räumlich relativ spärliche Daten für nur kurze Zeiträume, die das Treffen von verlässlichen Aussagen erschweren. Trotzdem zeigen unabhängige, wissenschaftliche Untersuchungen der letzten Jahre übereinstimmend einen Massenverlust.

Die weltweit größte Ansammlung an Eis findet man auf dem antarktischen Kontinent. Die Antarktis ist mit einer mittleren Seehöhe von mehr als 2200 m der höchstgelegenste und trockenste Kontinent der Erde. Das antarktische Eisschild weist eine mittlere Eisdicke von 2126 m mit Maximaltiefen von über 4000 m auf (Abb. 1). Unter der antarktischen Eisdecke hat man in den letzten Jahren über Fernerkundungs- und geophysikalische Erkundungsmethoden hunderte subglaziale, das heißt unter dem Eis liegende, Seen entdeckt, die teilweise miteinander verbunden sind.

Hunderte unterirdische Seen beeinflussen die Eisdynamik

Dieses subglaziale Wasser und dessen Dynamik hat wahrscheinlich großen Einfluss auf die Eisdynamik und somit auch auf den Massenhaushalt. Das Verständnis dieses Einflusses ist momentan noch sehr lückenhaft und kann noch nicht in Modelle gefasst werden. Aufgrund der möglichen folgenschweren Konsequenzen des eustatischen Meeresspiegelanstiegs handelt es sich hierbei um ein hochaktuelles Forschungsthema.

Abb. 1: Links: Digitales Höhenmodell der Antarktis generiert aus ICESat Daten (Shen u.a. 2022). Rechts: Die Eisdicken der Antarktis. Die maximalen Eisdicken von über 4000 m findet man im zentralen Akkumulationsgebiet (Morlighem u.a. 2020).

Oberflächlich schmilzt das Eis kaum

Der Massenhaushalt des antarktischen Eisschilds wird vor allem von eisdynamischen Vorgängen dominiert. Betrachtet man die Karte der mittleren Jahrestemperaturen der Antarktis (Abb. 2), so ist ersichtlich, dass oberflächliche Schmelzvorgänge eine untergeordnete Rolle spielen. Lediglich in den küstennahen, wärmeren Gebieten ist dieser Prozess nicht vernachlässigbar.

Abb. 2: Räumliche Verteilung der mittleren Jahresmitteltemperatur der Antarktis für den Zeitraum 1957-2003. Die gelben Punkte stellen Messwerte von einzelnen wissenschaftlichen Expeditionen dar. (Dixon 2008).

Der Massenverlust geschieht über Eisströme

Der eisdynamische Massenverlust wird vorwiegend über einzelne, räumlich klar begrenzte Eisströme bewerkstelligt (Abb. 3), die sich in subglazialen Talstrukturen bilden. Bei Eisströmen kann man aktivere und ruhigere Phasen beobachten. Die Variabilität der Fließgeschwindigkeit ist auf räumliche Variationen in der Akkumulation, der Gezeiten oder auch auf Eigenschaften der Gletscherbettgeometrie, um die Wichtigsten hier zu nennen, zurückzuführen und weist zeitlich große Schwankungen, die von einzelnen Stunden bis zu Jahrhunderten umfassen können, auf. Welchen Einfluss die rezente Klimaerwärmung auf die Fließgeschwindigkeit der Eisströme hat, ist noch unzureichend geklärt und stellt aktuell einen Forschungsschwerpunkt in der Glaziologie dar.

Abb. 3: Links: Die bisher vollständigste Karte von oberflächlichen Fließgeschwindigkeiten des antarktischen Inlandeises. Die Fließgeschwindigkeiten wurden aus Satellitendaten großteils der Periode 2007 – 2009 berechnet (Rignot u.a. 2011). Rechts: Ein vergrößerter Bereich (schattierter Bereich links) zeigt im Detail die oberflächlichen Fließgeschwindigkeiten für den Whillans-Eisstrom (WES), den stagnierenden Kamb-Eisstrom (KES), den Bindschadler-Eisstrom (BES) und den MacAyeal-Eisstrom (MES), die alle in das Ross-Eisschelf (RES) münden (Turner u.a. 2009).

Kalben bis zum Kollaps

Viele Eisströme der Antarktis münden in ein Eisschelf. Bei einem Eisschelf handelt es sich um einige hundert Meter bis wenige Kilometer dickere, schwimmende Eisplatten, die aber noch mit dem Eis auf dem Festland verbunden sind. Das Ende eines Eisschelfs bildet eine nahezu vertikale Eiswand zum Meer. Über den Prozess des Kalbens, das das Abrechen der Eisschollen beschreibt, verliert das Eisschelf an Masse und dieser Prozess geschieht unterschiedlich schnell. Sehr hohe Kalbungsraten, die bis zum völligen Kollaps des Eisschelfs führen, konnte man in den letzten Jahrzehnten vor allem an der antarktischen Halbinsel beobachten, die in Abb. 4 dargestellt ist.

Abb. 4: Beim Kollaps des Larsen-B-Eisschelfs im Jahr 2002 ging eine Fläche von 3200 km² verloren. In der Satellitenaufnahme vom 31.01.2002 (links) kann man bereits eine Vielzahl an oberflächlichen Schmelzwasserseen erkennen, die sehr wahrscheinlich eine wesentliche Rolle bei der völligen Disintegration des Eisschelfs spielten. Das rechte Satellitenbild zeigt das Eisschelf einen Monat später (Turner u.a. 2009).

Komplexe Eisdynamik

Das Abschmelzen bzw. Kollabieren eines Eisschelfs hat keinen direkten Einfluss auf den eustatischen Meeresspiegelanstieg. Eine indirekte Folge ist aber eine zwei- bis achtfache Beschleunigung der unmittelbar angrenzenden Eisströme. Dies führt zu einem erhöhten Massenverlust des Inlandeises und einem Meeresspiegelanstieg. Die Prozesse die zur Disintegration eines Eisschelfs führen und die Folgen sind aktueller Forschungsschwerpunkt. Der globale Anstieg der Luft- und infolgedessen der Meerestemperatur sowie die Meeresströmungen sind jedenfalls wesentliche Einflussfaktoren. Für die Schmelze an der Eisschelf-Ozeanwasser-Grenze aufgrund des Zustroms von wärmerem Meerwasser, konnte man Beträge von mehreren Metern pro Jahr beobachten.

Die Antarktis verliert an Masse

Die verbesserte Methodik zur Erfassen der Eisschilde der Erde lässt ein immer konsistenteres Bild über den Zustand der Antarktis zu. Laut dem letzten IPCC Bericht (IPCC, 2021) verliert die Antarktis aktuell an Masse und hat auch in den letzten Jahren an Masse verloren. Die im IPCC (2021) publizierten Verlustraten sind das Ergebnis aktueller Studien von unterschiedlichen Forschungsgruppen. Die Einzelergebnisse wurden dabei mit den unterschiedlichen methodischen Massenbilanzansätzen berechnet.Im Zeitraum 1992 – 2020 hat die gesamte Antarktis 2671 (± 530) Gigatonnen an Masse verloren, was einem durchschnittlichen Verlust von 92 (± 18) Gigatonnen pro Jahr [Gt/a] entspricht. Das entspricht einem Meeresspiegelanstieg von 7.4 (± 1.5) mm im Zeitraum von 1992 – 2020.

Zusammenfassend zeigt sich aber kein einheitliches Verhalten der Antarktis (siehe „Regionen der Antarktis“). Die Beobachtungen der letzten Jahre zeigen ein dynamisches Bild der Antarktis, dass noch vor einem Jahrzehnt undenkbar gewesen wäre. Die aktuellen Massenverluste werden vor allem durch die Beschleunigung von Ausflussgletschern der nördlichen antarktischen Halbinsel und der Amundsen See (West-Antarktis) verursacht. Während die antarktische Halbinsel und die Westantarktis einen sich beschleunigenden Massenverlust zeigen, konnte für die Ostantarktis ein Massenzuwachs verzeichnet werden.

Abb. 5: Die kumulative Massenbilanz der Antarktis und Grönland. Die Linien zeigen in unterschiedlichen Farben Grönland und die Antarktis. Des Weiteren sind verschiedenen Regionen abgebildet. Die geschätzte Unsicherheit der kumulativen Veränderung ist in den jeweiligen Pastellfarben dargestellt. Die punktierte Linie zeigt die Ergebnisse einer früheren Studie (Otosaka u.a. 2023).

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