Westantarktis eisfrei – so könnte es gehen.

Die Eismassen der Westantarktis sind bis zu viereinhalb Kilometer dick (Grafik 1). Würden sie ins Meer gelangen, stiege der Wasserpegel weltweit um etwa 6 Meter an. Dazu muss das Eis nicht schmelzen. Landeis verdrängt das Meerwasser bereits beim Hereingleiten, genau wie der Eiswürfel im Wasserglas…

Grafik 1:   Eisdicke auf der Antarktis – Der Westantarktische Eispanzer ist bis zu viereinhalb Kilometer dick. Er ragt bis zu drei Kilometer in die Höhe, obwohl große Teile unterhalb des Meeresspiegels auf dem Boden aufliegen wie in Grafik 2 zu sehen (Quelle: BedMap Projekt).

… und auch hier verbirgt sich möglicherweise eine Klimaspirale.

Auf dem antarktischen Kontinent ist es unglaublich kalt. So kalt, dass nicht nur der Schnee, der dort fällt, im Sommer nicht abschmilzt, sondern dass auch praktisch kein Eis durch Schmelzen auf Land verloren geht. Anders als auf Grönland, wo der Eisverlust etwa zur Hälfte durch Schmelzen von statten geht, verliert der antarktische Eisschild nur etwa 1% durch diesen vergleichsweise langsamen Prozess. Der große Teil geht durch Abgleiten in die Ozeane verloren. Wäre das System im Gleichgewicht würde hierdurch gerade der jährliche Schneefall ausgeglichen.

Ob das unter globaler Erwärmung der Fall sein wird, ist durch Beobachtungen der letzten Jahre fraglich geworden. So zeigen Daten des Satelliten GRACE, der das Gravitationsfeld der Erde vermißt, zwar dass die Ostantarktis (Grafik 1) zwischen 2002 und 2006 an Masse zugenommen hat. In der gleichen Zeit hat aber die Westantarktis Eis verloren, so dass die gesamte Massenbilanz des Kontinents bereits leicht negativ war. Im Januar dieses Jahres verkündete die NASA, dass der Massenverlust auf der Antarktis mittlerweile beinahe dem von Grönland entspricht. Die grönländischen Abschmelzgebiete zeigen seit Beginn der Satellitenmessungen im Jahr 1979 einen klaren Trend. Von Jahr zu Jahr gibt es dort starke Schwankungen. So beobachtete man im kalten Pinatoubo Jahr 1992 wenig schmelzen, während das globale Rekordwärmejahr 2005 auch beim grönlandischen Schmelzen einen Rekord darstellte. Im Durchschnitt geht der Trend klar hin zu einer Vergrößerung der Abschmelzregion.

Woher der Eisverlust auf der Antarktis im Detail herrührt ist derzeit noch schwer zu beziffern. Beobachtet wird, dass sich die schnellen in Richtung Meer gleitenden Eisströme weiter beschleunigt haben (Rignot et al. 2008). In jedem Fall ist klar, dass der Beitrag der Antarktis zum beobachteten Meeresspiegelanstieg des letzten Jahrhunderts von 15-20 cm gering war. Der in den letzten Jahrzehnten beobachtete globale Meeresspiegelanstieg von 3 cm pro Dekade ist in etwa zur Hälfte durch die Ausdehnung der sich erwärmenden Ozeane zu stande gekommen. Etwas unter 1 cm pro Jahrzehnt hat das Schmelzen von Gebirgsgletschern beigetragen, so das der Beitrag der großen Eisschilde auf Grönland und der Antarktis klar unter 1 cm pro Dekade gelegen haben muss.

Die Frage ist, ob dies so bleibt und vor allem ob die Zukunft Überraschungen birgt, die wir derzeit noch nicht abschätzen können. Ein beunruhigender Mechanismus ist bereits seit langem bekannt. Der auf Konsenz angelegte und daher eher zurückhaltende Bericht des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) erwähnt ihn in mehreren Kapiteln als Risiko. Quantitative Abschätzungen über Ausmaß oder gar Geschwindigkeit gibt es derzeit noch nicht. Doch das Prinzip ist sehr einfach:

Wenn der Eisschild vom Land ins Meer fließt oder gleitet, entsteht an der sogenannten „grounding line“ das Eisschelf (Grafik 3 und dieser KlimaLounge-Beitrag). Die Dynamik ändert sich hier vollständig, denn die Kräfte am Boden des Eises ändern sich grundlegend. Das Eisschelf muss sich nicht mehr über den felsigen Untergrund vorwärts bewegen sondern schwimmt auf dem Wasser und wird entsprechend auch nicht mehr von der Bodenreibung aufgehalten.

Sobald das Eis auf dem Meer schwimmt hebt es den Meeresspiegel an. Das heißt, Schelfeisschmelzen ist, genau wie Meereisschmelzen, kein direkter Grund für einen Anstieg, wohl aber ein indirekter. Die entscheidende Frage ist: Wie schnell fließt oder gleitet der Schild über die grounding line? Hierbei gilt eine Faustregel. Je tiefer das Land an der grounding line unterhalb des Meeresspiegels liegt, desto schneller ist der Fluss über diese Trennlinie. Dieses wird in Messungen beobachtet. Wie sieht das ganze nun konkret in der Westantarktis aus?

 

 

Grafik 2:   Topographie der Antarktis– Große Teile der Westantarktis liegen unterhalb (grün & blau) des heutigen Meeresspiegels (Quelle: BedMap Projekt).

An vielen Stellen der westantarktischen Küste fällt der Untergrund landeinwärts ab und grosse Teile der Westantarktis liegen unterhalb des derzeitigen Meeresspiegels (Grafik 2). Verschiebt sich nun die grounding line landeinwärts, wie es zum Beispiel durch den sich derzeit erwärmenden  Ozean geschehen kann, so befindet sie sich an einer Stelle mit zunehmend tieferem Untergrund und die Geschwindigkeit des Eisschildes in Richtung Meer erhöht sich (Grafik 3). Das wiederum verschiebt die grounding line weiter landeinwärts. Diese Spirale wurde bereits 1974 von J. Weertman postuliert und wird seither in Modellen und theoretischen Arbeiten untersucht.

Der einfache Mechanismus wird in der Realität durch eine Reihe von Details verkompliziert. So hängt die Geschwindigkeit, mit der die grounding line sich landeinwärts schiebt, von der Bodenbeschaffenheit und einer Reihe weiterer Aspekte ab. Diese sind bei weitem vollständig nicht verstanden. Zudem befinden sich viele der Eisschelfe in Buchten und werden an ihren Rändern von der Küste gehalten. Es entstehen Kräfte im Eisschelf, die bis in den Eisschild reichen und ein Abgleiten verlangsamen können.

Dennoch kann die Möglichkeit eines rasanten Abgleitens großer Eismassen der Westantarktis in den Ozean derzeit nicht ausgeschlossen werden. Modelle repräsentieren die Dynamik noch unzureichend. Leider ist der Fehler der Modelle eindeutig unsymmetrisch. Weil es gerade die schnellen Eisverlustprozesse sind, die wir nicht verstehen, sind es auch diese, die den Modellen fehlen. Die Westantarktis bleibt eines der großen Fragezeichen der Zukunft. Die Anzahl der Wissenschaftler, die an ihrer Erforschung arbeitet erhöht sich stetig.

 

Grafik 3:   Verschiebung der grounding line– Die Geschwindigkeit q mit der sich der Eisschild über die grounding line in den Ozean schiebt wächst mit der Tiefe des Untergrunds. Verschiebt sich die grounding line landeinwärts kann es bei abfallendem Untergrund zu einem beschleunigten Abgleiten des Eises kommen und die grounding line verschiebt sich weiter landeinwärts – eine mögliche Klimaspirale (Bild aus Vaughan & Arthern, 2007).

Artikel zum Thema

D.G. Vaughan & R. Arthern, 2007, “Why Is It Hard to Predict the Future of Ice Sheets?”, Science, 315, S. 1503-1504.

M. Truffer & M. Fahnestock, 2007, “Rethinking Ice Sheet Time Scales”, Science, 315, S. 1508-1509.

A. Cazenave, 2006, "How fast are the ice sheets melting?", Science, vol. 314, S. 1250-1252.

 

Links zum Artikel

BedMap Projekt, http://www.antarctica.ac.uk/bas_research/data/access/bedmap/ 

 

Wissenschaftliche Originalarbeiten zum Thema 

E. Rignot et al., 2008, "Recent Antarctic ice mass loss from radar interferometry and regional climate modelling", Nature geosciences, vol. 1, S. 106-110.

Ch. Schoof, 2007, “Marine ice-sheet dynamics. Part 1. The case of rapid sliding”, J. Fluid Mech., vol. 573, S. 27–55.

Ch. Schoof, 2007, “Ice sheet grounding line dynamics: steady states, stability and Hysteresis”, J. Geophys. Res., vol. 112, F03S28.

J. Weertman, 1974, "Stability of the junction of an ice sheet and an ice shelf", J. Glaciol., 13, 3 –13.

Anders Levermann ist Professor für Dynamik des Klimasystems im physikalischen Institut der Universität Potsdam. Er leitet den Forschungsbereich Globale Anpassungsstrategien am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. Er ist unter anderem einer der leitenden Autoren im Meeresspiegelkapitel des letzten IPCC-Klimareports und beschäftigt sich mit den Wechselwirkungen zwischen Ozean und Cryosphäre in Vergangenheit und Zukunft.

3 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Und wie muss man die Wahrscheinlichkeit für so ein Ereignis einschätzen? Ist es wahrscheinlicher, als ein großer Asteroideneinschlag?

    [Kurze Antwort: Sie ist sicher wesentlich höher!

    Lange Antwort: Es gibt hierzu selbstverständlich keine Wahrscheinlichkeitsaussage im frequentistischen Sinne. Ganz einfach weil diese „Experiment“ noch nicht durchgeführt wurde, geschweige denn so oft durchgeführt wurde, dass man eine Statistik darüber führen kann. Bei Einzelereignissen muss man sich subjektiver Wahrscheinlichkeiten bedienen. Ich vermute, das haben Sie mit Ihrer Frage angesprochen. Hierfür gibt es objektive „Messmethoden“ um die subjektive Wahrscheinlichkeit einer Person für das Eintreten eines bestimmten Ereignisses zu ermitteln. Dieses wird routinemäßig bei der Risikoabschätzung von Großanlagen wie zum Beispiel Atomkraftwerken gemacht. Eine vergleichbare Studie wurde zum Kollaps des Westantarktischen Eisschildes noch nicht durchgeführt. Wie bei der Antwort auf Herrn Heß Frage hervorgehoben, ist von einer Verschiebung der grounding line landeinwärts als Folge einer Erwärmung wie wir sie bereits beobachten und wie wir sie in der Zukunft beobachten werden, auszugehen. Die Frage, ob sich hierdurch eine Spirale in Gang setzt ist eine Frage der Magnitude. Ich würde das nicht als unwahrscheinlich beurteilen. Aber das ist subjektiv – aus der Natur der Sache heraus. Anders Levermann]

  2. Südlichster schiffbarer Punkt

    Mich würde einmal interessieren, welches der südlichste Punkt ist, den jemals ein Schiff erreicht hat und wann das war.

    Ich kann mich vage an eine Buchpassage erinnern, wo die Rede von Amundsen 1911 mit der Fram war. Auch die ENDOURANCE von Captain Shackleton soll extrem weit nach Süden gelangt sein.

  3. @ Anders Levermann

    Hallo Herr Levermann,
    danke für ihren interessanten Beitrag.
    Ich habe verstanden, dass die Westantarktis in den Ozean abgleiten könnte, wenn sich die sogenannte „grounding line“ in das Landesinnere verschiebt. Da die Antarktis unterhalb des Meeresspiegels liegt beschleunigt sich dann die Geschwindigkeit mit der das Eis ins Meer fließt.
    Ist das richtig?
    Ich habe dazu 2 weitere Fragen:
    1. Welcher Mechanismus verschiebt denn die „grounding line“ ins Landesinnere?
    2. Was würde denn mit dieser Verschiebung passieren, wenn die mittlere Temperatur der Erde
    1. abnimmt
    2. konstant bleibt
    3. sich erwärmt

    [Antwort: Sehr geehrter Herr Heß, vielen Dank für Ihr Interesse. Obwohl oder gerade weil die Definition der grounding line so einfach ist, ist ihre Dynamik kompliziert. Im Wesentlichen muss aber das Eis landeinwärts von der grounding line dünner werden um diese landeinwärts zu verschieben. Dann ist die Schwimmbedingung auch für dieses Eis erfüllt und die grounding line verschiebt sich. Dieses kann auf verschieden Arten geschehen. Zum Beispiel, durch Schmelzen am Boden des Eisschelfes (basales Schmelzen) oder dadurch, dass das Eisschild schneller fließt. In diesem Fall, führt die lokale Massenerhaltung zu einer lokalen Verdünnung des Eispanzers. Die Viskosität des Eises nimmt mit erhöhter Temperatur ab, d.h. wärmeres Eis fließt schneller. Beides basales Schmelzen und Verringerung der Viskosität werden also durch Erwärmung hervorgerufen. Das die Antarktis und weite Teile des Ozeans um den Kontinent herum sich erwärmen ist sicher (siehe auch KlimaLounge Artikel zum Schelfeis von Martin Visbeck.
    Anders Levermann]