Ozean- Schelfeis Wechselwirkung

Der zunehmende Massenverlust des antarktischen und grönländischen Eisschildes und damit der Anstieg des globalen Meeresspiegels ist eng verknüpft mit der Erwärmung der polaren Ozeane.

Durch Förderbänder im Eisschild – den Eisströmen – wird Inlandeis in die angrenzenden Schelfeise transportiert. Diese schwimmen auf dem Ozean, da sie durch das Ausdehnen in weite Meeresbuchten an Dicke verlieren und schließlich ist Eis leichter als Wasser (910 kg/m3 zu 1028kg/m3).

Schelfeise bremsen den Transport der Eisströme, da sie an ihren Rändern und oftmals auch im Inneren (ehemalige Inseln) mit dem Untergrund in Kontakt sind. Durch erhöhtes Schmelzen an der Basis wird die Bremswirkung vermindert, z.B. werden Inseln nun reibungslos überströmt, sodass sich die Geschwindigkeit der Eisströme erhöht.

Nur Eis aus dem Inland kann zur Meeresspiegelerhöhung beitragen, da es beim Eintritt in den Ozean Meerwasser verdrängt. Ein schwimmendes Schelfeis hat dies schon getan. Sein Schmelzen wie auch das von Eisbergen erhöht den Meeresspiegel nicht (beobachte den Wasserstand beim Schmelzen eines Eiswürfels im Wasserglas).

Foto: Yannick Kern

 

Kontakt:

Dr. Hartmut Hellmer

 

 

 

 

 

 

Antarktisches Eisschild heute

Neueste Satellitendaten zeigen, dass basales Schmelzen den größten Beitrag zum Massenverlust des Antarktischen Eisschildes darstellt. Basales Schmelzen wird durch den Transport von relativ warmem Wasser aus dem tiefen Ozean oder kaltem, hoch-salinem Schelfwasser in die Schelfeiskaverne hinein verursacht (Abb. 2).

An der 1300 Meter unter dem Meeresspiegel liegenden Aufsetzlinie (Ort wo das Schelfeis den Boden berührt - Abb.2) des relativ kleinen, an das Amundsenmeer angrenzenden Pine Island Schelfeises verliert der Eisstrom mehr als 100 Meter pro Jahr an Dicke. Ursache dafür sind Wassermassen, die von der 500 Kilometer entfernten kontinentalen Schelfkante kommen und mit Temperaturen von über 1 Grad Celsius in die Kaverne (mit Meerwasser gefüllter Raum unter dem Schelfeis – Abb. 2) einströmen.

Die großen antarktischen Schelfeise mit einer Fläche von bis zu. 450 000 km² werden von den warmen Wassermassen des tiefen Ozeans bisher nicht erreicht. Dafür strömt durch intensive Meereisbildung entstandenes kaltes (-1,9 Grad Celsius) und hoch-salines Schelfwasser in die Kavernen (Abb. 2). Dadurch betragen die Schmelzraten deutlich weniger als 1 Meter pro Jahr.

Meerwasser mit einer Temperatur unter null Grad Celsius kann Eis schmelzen, da der Gefrierpunkt von Wasser vom Druck und dem Salzgehalt abhängt. Für eine mittlere Schelfeisdicke von 500 Metern und einem Salzgehalt von 34 Gramm pro Kilogramm beträgt der Gefierpunkt von Meerwasser -2,23 Grad Celsius. Beim tiefen Schmelzen entsteht eine Wassermasse, das Eisschelfwasser, mit Temperaturen unterhalb des Oberflächengefrierpunktes von ca. -1,9 Grad Celsius. Diese sehr kalte Wassermasse ist auch noch im tiefen Ozean messbar (Abb. 2).

Antarktisches Eisschild morgen

Simulationen mit unserem numerischen Modell des Ozean-Schelfeissystems zeigen jedoch, dass die atmosphärischen Bedingungen im südlichen Weddellmeer, an das das große Filchner-Ronne Schelfeis angrenzt, als Folge der globalen Klimaerwärmung die Ozeanzirkulation in naher Zukunft fundamental verändern könnten: Durch eine Verlagerung des Küstenstroms könnte wie im Amundsenmeer relativ warmes Wasser mit ca. 1 Grad Celsius in die Kaverne des Filchner-Ronne Schelfeises einströmen (Abb. 2), was zu einer starken Erhöhung der basalen Schmelzraten führen würde. Innerhalb von wenigen Jahren würde sich dies durch den Verlust von Bodenhaftung auch auf die Dynamik der Eisströme und damit auf die Massenbilanz des Antarktischen Eisschildes auswirken.

Auch an anderen Küstenabschnitten der Antarktis wäre ein wärmerer Ozean in der Lage, einen Schelfeis-Rückzug zu bewirken. Dabei hängt es aber maßgeblich von der Beschaffung des Untergrundes, den Beckenstrukturen (Abb.3) ab, ob es zu einem signifikanten Massenverlust und einem bedrohlichen Anstieg des Meeresspiegels kommt.

Modelle

Die in numerischen Modellen simulierten ozeanischen Veränderungen sind sehr stark von der Wahl des atmosphärischen Antriebs aus Klimamodellen abhängig. Daher sind weitere Modelluntersuchungen zum Südozean mit verbesserten Randbedingungen (IPCC-AR6) notwendig. Dies erfordert eine intensive Überprüfung der Modellergebnisse, die nur durch kontinuierliches Messen (Monitoring) der hydrographischen Bedingungen in den Randmeeren und Schelfgebieten der Antarktis (https://www.awi.de/en/science/climate-sciences/physical-oceanography/projects/fisp.html) und Grönlands sichergestellt werden kann. Jedoch ist die direkte Kopplung des Ozeans mit dem Schelf- und Inlandeis in den numerischen Modellen bisher nicht zufriedenstellend gelöst.

An dieser Herausforderung wird am AWI intensiv gearbeitet. Die Aussagekraft der Modelle ist dabei in hohem Maße von der Genauigkeit der Kenntnisse zur Geometrie der Schelfeiskaverne sowie der Bodentopographie unter dem Eisschild (Abb. 3) abhängig. Daher arbeiten die physikalischen Ozeanographen am AWI in der Frage der Ozean-Eisschild Wechselwirkung eng  mit den Kolleg*innen der Geophysik und Glaziologie zusammen.

Grönländisches Eisschild

Der Einfluss des Ozeans auf die marin-endenden Gletscher Grönlands ist erst in jüngster Zeit in den Fokus der Wissenschaft gerückt. In die Gletscherfjorde rund um Grönland kann relativ warmes Atlantikwasser eindringen. Ein starker Rückzug der Gletscher wird in Südost- und Westgrönland beobachtet, wo die Wassertemperaturen in den Fjorden bis zu 4 Grad Celsius betragen, während die Gletscher Nordgrönlands deutliche schwächere Änderungen zeigen.

Ozean-Schelfeis Wechselwirkung

Der Massenverlust der antarktischen und grönländischen Eisschilde und damit die Änderungen des globalen Meeresspiegels sind eng verknüpft mit der Erwärmung der Ozeane, die aus den Eisschilden Masse gen Ozean in die angrenzenden Schelfeise und Gletscher transportieren. 

Auf Grund der geringeren Dichte im Vergleich zu Ozeanwasser schwimmt dieses Eis auf und steht daher an der Basis in direktem Kontakt mit dem polaren Ozean.

Der Massenverlust der Eisschilde an den Ozean geschieht sowohl durch das Kalben von Eisbergen, wie auch durch vom Ozean verursachtes Schmelzen an der Schelfeisbasis.

Neueste Satellitendaten zeigen, dass das basale Schmelzen  für den Antarktischen Eisschild heute den größten Beitrag zum Verlust an Masse darstellt. Dieser Massenverlust wird durch den Transport von entweder kaltem, hoch-salinem Schelfwasser oder relativ warmem Wasser aus dem tiefen Ozean in die Schelfeiskaverne hinein verursacht.

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