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Schmelzwasserseen verbiegen Schelfeis

Schmelzwasserseen
Schmelzwasserseen auf der antarktischen Eisoberfläche (Bild: Alison Banwell)

Immer wieder brechen in der Antarktis gigantische Stücke von den Schelfeisen ab – und beschleunigen so den Eisverlust. Doch was diese hunderte Meter dicken, schwimmenden Eistafeln destabilisiert, ist bisher nur in Teilen geklärt. Jetzt haben Forscher Mitschuldige ausgemacht: Schmelzwasserseen auf der Schelfeis-Oberfläche. Denn in jedem Südsommer füllen sich tausende dieser Seen mit Wasser und leeren sich wieder. Messungen belegen nun, dass diese wechselnde Belastung das Schelfeis dehnt und verbiegt – und das könnte die Eisfläche im Laufe der Zeit schwächen und destabilisieren, wie die Forscher berichten.

In jedem Südsommer bilden sich auf der Oberfläche der antarktischen Schelfeise Tausende von Schmelzwassertümpeln. „Solches Oberflächenwasser auf den Eisflächen ist schon lange bekannt“, erklärt Co-Autor Ian Willis von der University of Cambridge. „Schon vor mehr als 100 Jahren kartierten und dokumentierten Mitglieder der Antarktis-Expeditionen sowohl von Shackleton als auch von Scott Wasser auf dem Nansen-Schelfeis.“ Welche Rolle diese Tümpel für die Stabilität der Schelfeise spielen, blieb jedoch lange unklar. Inzwischen jedoch haben Studien gezeigt, dass die Präsenz besonders vieler Schmelzwassertümpel auf der Eisfläche das Tauen des Eises beschleunigen kann. Zudem deuten Modelle darauf hin, dass sich füllende und sich über Risse im Eis oder Schmelzwasserflüsse wieder entleerende Schmelzwasserseen das Schelfeis durch das wechselnde Gewicht belasten könnten – und so sogar zu ihrem Brechen beitragen.

Auf und Ab des Schelfeises

Bisher jedoch war diese belastende Wirkung der Schmelzwasserseen reine Theorie. „Wir konnte das zwar modellieren, aber das Problem war, dass niemand bisher im Feld gemessen hat, ob und wie stark das Schelfeis sich tatsächlich verbiegt oder bricht“, erklärt Erstautorin Alison Banwell von der University of Colorado in Boulder. Um das zu ändern, führten sie und ihr Team eine Messkampagne auf dem McMurdo-Schelfeis durch. Zu Anfang des Sommers installierten sie an vier Senken im Schelfeis und in deren Umgebung Drucksensoren und GPS-Empfänger, die jede Bewegung des Eises registrierten. Drei Monate später sammelten sie die Messgeräte wieder in und werteten die Daten aus.

Das Ergebnis: Die Sensoren, die in den Schmelzwasserseen standen, bewegten sich mitsamt des Schelfreises bis zu einem Meter auf und ab. Wenn sich die Senke mit Wasser füllte, drückte dessen Gewicht das Eis nach unten und bog das Schelfeis so nach unten durch. „Wenn der See sich dann entleert, federt das Schelfeis wieder zurück und die Ränder senken sich wieder ab“, berichtet Banwell. „Dieses Füllen und wieder Entleeren der Seen kann das Schelfeis demnach tatsächlich verbiegen – und wenn die Belastung groß genug ist, können sich dadurch auch Risse bilden.“ Denn ähnlich wie ständiges Hin- und Herbiegen eine Metall- oder Kunststoffplatte auf die Dauer brüchig macht, könnte dies auch das Schelfeis schwächen.

Mitschuld am Zerbrechen von Larssen-B

„Die Ergebnisse unserer Studie zeigen, dass die Bildung von oberflächlichen Schmelzwasserseen und deren Entleeren eine ausgeprägte und instantane Wirkung auf die vertikale Biegung der Schelfeise hat“, konstatieren die Forscher. Sie vermuten, dass diese Prozesse auch für das Abbrechen großer Tafeleisberge von Schelfeisen eine wichtige Rolle spielen könnten. „Das ist wahrscheinlich, was mit dem Larssen-B-Schelfeis im Jahr 2002 passierte“, sagt Banwell. Damals brach eine Eisplatte von mehr als 3000 Quadratkilometer Fläche ab und führte zur Auflösung dieser zuvor seit 10.000 Jahren stabilen Eisfläche. Bereits in den Monaten vor dem Bruch hatten Eisforscher mehr als 2000 Schmelzwasserseen auf der Eisoberfläche beobachtet.

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Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte die Wirkung der Schmelzwasserseen sich in Zukunft noch verstärken. „Die Schmelzraten vieler antarktischer Schelfeise werden den Prognosen nach bis zum Jahr 2050 um das Zwei- bis Dreifache ansteigen“, so Banwell und ihre Kollegen. „Die Schmelzwasser-Volumen könnten dadurch so groß werden, dass die verstärkte Belastung das Risiko für die Rissbildung und letztlich das Zerbrechen des Schelfeises erhöht.“ Vor allem Schelfeise, die durch Eisverlust an der Oberfläche und Unterseite ohnehin schon ausgedünnt sind, könnten gegenüber diesen Belastungen besonders anfällig sein.

Quelle: Alison Banwell (University of Colorado, Boulder) et al., Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-019-08522-5

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