Ozeanographie

E-Mails aus dem Filchner-Schelfeis

Das Schicksal der Küsten unserer Welt entscheidet sich in der Antarktis. Dort verhindern bisher große Schelfeise, dass gigantische Eismassen vom Land in das Meer rutschen und den Meeresspiegel ansteigen lassen. Doch wie lange wird diese Bremse noch funktionieren? Im Zuge mehrerer Expeditionen haben AWI-Forscher Messgeräte direkt unter dem Filchner-Ronne-Schelfeis platziert und verfolgen jetzt live, ob und wie die Wärme des Meeres dem mächtigsten Eisbremsklotz der Antarktis gefährlich wird.

Das Filchner-Ronne-Schelfeis galt bislang kaum als Sorgenkind der Klima­wissenschaft. Die Eisfläche von der Größe Schwedens bedeckt eine Bucht tief im Süden des Weddellmeeres – in einer Region, in der die durchschnittliche Lufttemperatur im Sommer 2016 noch frostige minus 11,4 Grad Celsius betrug. Aus Richtung Osten, Süden und Westen münden Gletscher in diese Bucht. Sie speisen das Filchner-Ronne-Schelfeis mit Eismassen des Ost- und des Westantarktischen Eisschildes und sind der Grund, warum die mächtigste permanent schwimmende Eisdecke der Antarktis an ihrer dicksten Stelle bis zu 1 600 Meter misst. Und die Liste der Superlative geht weiter.

An der Unterseite des Filchner-Ronne-Schelf­­eises zirkulieren die kältesten Wassermassen der Welt. Minus 2,5 Grad Celsius beträgt ihre Temperatur. Flüssig bleibt das Wasser dort nur aufgrund des hohen Drucks in der Tiefe. „Dieses sehr salzhaltige Wasser schützt das Filchner-Ronne-Schelfeis bisher vor dem Abschmelzen“, sagt AWI­-Ozeanograph Dr. Tore ­Hattermann. Es entsteht, wenn im Winter das Meer vor dem Schelfeis gefriert und Salz­lauge aus dem Meereis in das darunterliegende Wasser rinnt. Dessen oberste Schicht wird dichter, sinkt ab und bildet auf dem Kontinentalschelf – also vor und unter dem Schelfeis – eine Kaltwasserbarriere, die bisher verhindert, dass wärmeres Wasser aus dem Weddellmeer unter das Schelfeis strömen kann.

Negativ-Beispiel Amundsensee

Was passiert, wenn warmes Wasser aus dem Zirkumpolarstrom unter die Schelfeise gelangt, beobachten Polarforscher seit eini­gen Jahrzehnten im Amundsenmeer in der Westantarktis. Dessen Schelfeise schmelzen an der Unterseite und verlieren nach und nach den Bodenkontakt und damit ihre Bremswirkung für die dahinterliegenden Gletscher.

Zusammengenommen haben die Eisströme des Amundsenmeeres allein im Jahr 2013 rund 334 Gigatonnen Eis eingebüßt. Das waren rund 110 Gigatonnen mehr als noch im Jahr 1994. Vergleicht man die aktuellen Schmelz- und Kalbungsraten mit den Daten aus dem Jahr 1977, dann verlieren sie heute 77 Prozent mehr Eis als noch vor 40 Jahren. Gleichzeitig schieben fast alle Gletscher ihre Eismassen deutlich schneller Richtung Meer als dies in den 1970er-Jahren der Fall war. Eine Tatsache, die auch erklärt, warum diese Region allein inzwischen zehn Prozent zum weltweiten Meeres­spiegelanstieg beiträgt. Die Gletscher im Hinterland des Filchner-Ronne­-­Schelfeises vereinen so viel Eis, dass der weltweite Meeresspiegel um rund zwölf Meter steigen würde, sollte der Brems­klotz verschwinden und alles Inlandeis ins Meer rutschen. Doch droht dem Filchner-Ronne-Schelf­eis das gleiche Schicksal wie den Eisströmen im Amundsenmeer?

Um diese Frage zu beantworten, kombinieren die AWI-­Ozeanographen Klimamodellierungen mit aufwendigen Messungen im Weddellmeer sowie im und unter dem Schelf­eis selbst. „Unsere Modellierungen deuten darauf hin, dass sich die Antarktis in den nächsten Jahrzehnten erwärmen wird. Im Zuge dessen wird sich vermutlich nicht mehr so viel Meereis bilden, was unter Umständen dazu führen könnte, dass die Kaltwasserbarriere in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts zusammenbricht“, sagt AWI-Ozeanograph Dr. Hartmut Hellmer. „Das warme Wasser könnte dann auf direktem Weg unter das Schelfeis gelangen. Ob diese Entwicklung schon begonnen hat, überprüfen wir derzeit auf mehreren Polarstern-Expeditionen in das Weddellmeer und mit Messketten, die wir in und unter dem Eis platziert haben.“

Um die Geräte unter das Schelfeis zu bekommen, haben Tore Hattermann und sein deutsch-britisches Team im Zuge zweier Sommerexpeditionen sieben Löcher durch das bis zu 900 Meter dicke Eis gebohrt. „Drei Bohrlöcher befinden sich im Norden, rund 60 Kilometer hinter der Kalbungsfront des Schelfeises, vier weitere rund 200 Kilometer weiter südlich“, erzählt er. An allen Mess­stellen dokumentieren nun Termistorketten direkt im Schelfeis, wie kalt das Eis in seinen verschiedenen Schichten ist.

Im Wasser darunter messen Sensoren in verschiedenen Tiefen die Temperatur, den Salzgehalt, die Strömungs­geschwindigkeit und -richtung der Wassermassen. Die Messdaten werden nachts via Satellit an Tore Hattermann geschickt. „Ich erhalte an jedem Morgen 28 E-Mails vom ­Filchner-Schelfeis. Im Anhang befinden sich die Daten“, erzählt der 33-Jährige.

Video zum Projekt

Die britische Tageszeitung "The Guardian" berichtete im Januar 2017 ausführlich über das gemeinsame Filchner-Bohrprojekt des Alfred-Wegener-Institutes und des British Antarctic Survey und produzierte dieses Video dazu.

Eine logistische Meisterleistung

Die einfache Datenübertragung täuscht da­r­über hinweg, welche logistische Meister­leistung vollbracht wurde, bis alle Messgeräte installiert waren. „Für unsere Heißwasserbohrungen benötigten wir 13 Tonnen Aus­rüstung, deren Einzelteile über mehrere Sommer hinweg mit dem Eisbrecher Polarstern und anderen Schiffen zum Schelfeis gebracht wurden. Hinzukommt der gesamte Treibstoff für die Twin Otter-Flüge, die Schneemobile und die Generatoren. Die AWI-Glaziologen haben zudem auf langen Traversen seismische Messungen durchgeführt, um die Topografie des Meeresbodens unter dem Schelfeis zu untersuchen. Auch sie war bisher unbekannt“, sagt Tore Hattermann.

Zeitgleich zu den Bohrarbeiten auf dem Eis untersuchten die AWI-Ozeanographen ­Dr. Michael Schröder und Svenja Ryan von Bord des Forschungseisbrechers Polarstern die Strömungsverhältnisse im östlichen Weddell­meer – etwa 250 Kilometer vor der Eisfläche. Dort, am Auslauf des Filchner-Trogs, einem tiefen Graben, installierten die Wissenschaftler drei Messgeräteketten, die an 365 Tagen pro Jahr dokumentieren, ob es den 0,8 Grad Celsius warmen Wassermassen aus dem Weddellwirbel bereits gelingt, auf die Kontinentalplatte zu klettern und in den Filchner-Trog einzudringen. „Unsere Daten aus den ersten drei Jahren zeigen jahreszeitliche Schwankungen der Strömung. Im antarktischen Sommer gelangen die warmen Wassermassen tatsächlich auf den Kontinentalschelf. Zum Winter hin aber dominiert das kalte und schwere Eisschelfwasser wieder. Die warmen Wassermassen schaffen es dann nicht mehr den steilen Hang auf die Kontinentalplatte hinauf“, erklärt Svenja Ryan.

Messergebnisse ihrer norwegischen ­Kollegen bestätigen sogar, dass es die Warmwasser-­Pulse phasenweise bis zum Schelfeis schaffen. Wie lange es sie allerdings schon gibt, ob sie stärker werden und sogar schon unter das Eis reichen, können die AWI-Experten nicht sagen. Das Weddellmeer gehört nämlich noch immer zu den am wenigsten erforschten Meeres­gebieten der Welt. „Uns fehlen tatsächlich aussagekräftige Daten. Polarstern war vor diesen zwei Reisen das letzte Mal im Jahr 1995 in dieser Region – und auch damals konnten wir nur Sommerdaten sammeln. Mit unseren neuen Verankerungen unter dem Schelfeis und am Rand des ­Filchner-Trogs wollen wir nun zumindest fünf Jahre lang kontinuierlich Daten sammeln, um das Strömungssystem besser zu verstehen und genauere Vorhersagen treffen zu können“, sagt Ozeanograph Michael Schröder.

Die ersten Daten der AWI-Verankerungen unter dem Eis zeigen, dass die bisherigen Vorstellungen zur Zirkulation unter dem Schelfeis zu einfach waren. „Wir sind bisher davon ausgegangen, dass die Strömung von den kalten Wassermassen aus der Ronne-­Schelfeis-Kaverne dominiert wird. Deren Einfluss scheint sich aber auf den südlichen Teil des Filchner-Schelfeises zu beschränken. Unter dem nördlichen Teil zirkulieren vorwiegend Wassermassen aus dem vorgelagerten Filchner-Trog“, sagt Hartmut Hellmer. Die Zukunft des zweitgrößten Schelfeises der Antarktis genau vorherzusagen, wird sich also noch schwieriger gestalten, als es die Wissen­schaftler angenommen haben.

Text: Sina Löschke