Eis schmilzt.
Wandel in der Antarktis.
Die größten Massen an Eis liegen an den Polen. Rund 30 Millionen Kubikkilometer. Wasser im Dauerfrost möchte man meinen. Doch das Eis an den Polen schmilzt. Um den Veränderungen und Auswirkungen auf unser Klimasystem auf die Spur zu kommen, zieht es Forschende regelmäßig an Nord- und Südpol. Dr. Hartmut Hellmer vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) Bremerhaven ist einer von ihnen. Der Ozeanograf und Klimamodellierer, der gebürtig aus Braunschweig stammt, war zuletzt 2021 als Fahrtleiter des Forschungsschiffs „Polarstern“ im Südpolarmeer der Antarktis. Im Gepäck zurück: große Mengen an Daten über den Kontinent unter dem Eis. Denn die Polar- und Meeresforschung ist auch ein Stück Zukunftsforschung.
Autorin: Corinna Bokermann
Polarstern.
Seit 40 Jahren fährt das deutsche Forschungsschiff Polarstern, dessen Heimathafen Bremerhaven ist, im Dienste der Wissenschaft durch die Polarregionen. Durchschnittlich ist das Schiff an 305 Tagen im Jahr auf See. Das Alfred-Wegener-Institut bezeichnet das Schiff als „Flaggschiff der deutschen Polarforschung“. Damit diese auch in Zukunft auf höchstem wissenschaftlichen und technischen Niveau möglich ist, wurde im Juni 2022 der Weg für ein leistungsfähiges wie nachhaltiges Nachfolgeschiff frei gemacht. Die Inbetriebnahme des neuen Schiffs ist für 2027 geplant.
www.awi.de
Herr Dr. Hellmer, Sie waren zu Forschungszwecken insgesamt schon zehn Mal in der Antarktis. Was ist der Hauptgrund für diese Forschungsreisen und welches persönliche Highlight verbinden Sie damit?
Zum einen ist sehr wenig über das Gebiet bekannt; es geht also darum, den Status quo zu erfassen und ein Verständnis für die Prozesse in der Antarktis zu entwickeln. Nach 40 Jahren, 1983 fand die erste Forschungsreise der Polarstern in das Südpolarmeer statt, wissen wir einiges zur Variabilität des Systems. Aus den wissenschaftlichen Erhebungen lassen sich teilweise auch schon Trends mit Blick aufs Klima erkennen.
Einzigartig war 1992 eine Eisschollendrift mit rund 30 internationalen Kolleginnen und Kollegen. Vier Monate – von März bis Juni – sind wir auf der rund zwei mal drei Kilometer großen Eisscholle 700 Kilometer bei minus 20 Grad weit gedriftet. Mein absolut schönstes Erlebnis. Die Stille war, bis auf die Geräusche des Generators, ebenso eindrücklich wie der Sternenhimmel. Und einfach Abenteuer pur.
Wie kann Eis in der Antarktis
trotz Durchschnittstemperaturen
von –30 Grad Celsius schmelzen?
Das haben sich die Leute lange gefragt und zwar, bis man den Anstieg der atmosphärischen Temperaturen als Auslöser akzeptiert hatte. Bis 1992 wurde angenommen, dass der Hauptmassenverlust auf das Eisbergkalben zurückzuführen ist. Gemeinsam mit amerikanischen Kolleginnen und Kollegen wurde allerdings vermutet, dass auch Ozeanwasser das Eis von der Basis her zum Schmelzen bringt. Das war bis dahin überhaupt nicht in den Köpfen! Das schwimmende Schelfeis dient als Bremse für das Eis im Inland, wir konnten nachweisen, dass das Wasser an der Basis nagt und das Schelfeis quasi von unten ausdünnt.
Es ist ein Prozess, der dafür sorgt, dass das Eis schneller aus dem Inland nachrückt. Dadurch trägt es zur Erhöhung des Meeresspiegels bei. Diese Einsicht wurde von der Glaziologie-Community allerdings erst zehn Jahre später durch eine fundamentale Publikation akzeptiert. Sie basiert auf der Auswertung von Satellitendaten, die das Eisbergkalben ebenso dokumentieren wie das Schmelzen an der Schelfeisbasis. Wie sich zeigt, übrigens zwei äquivalente Komponenten: Von den 2.000 Gigatonnen Schnee – schon an sich eine irre Summe, wenn man bedenkt, dass die Antarktis eine von Schnee und Eis bedeckte Wüste ist – sind 1.000 Gigatonnen auf das Eisbergkalben und 1.000 auf das Schmelzen des Schelfeises zurückzuführen. Der Prozess der Schmelze des antarktischen Eisschildes, den die Ozeanografie seit 30 Jahren postuliert, findet also erst seit zehn Jahren Akzeptanz.
Warum wäre die globale
Erwärmung schon jetzt größer, wenn es an den Polregionen
kein Eis gäbe?
Einfallende Sonnenstrahlen, die auf eine Ozeanoberfläche treffen, haben zwei Möglichkeiten: Entweder sie werden absorbiert oder reflektiert. Eis und Schnee, wie in der Arktis und Antarktis, sind sehr hell und reflektieren einen Großteil der auftreffenden Sonnenstrahlen. Bei Schnee liegt der sogenannte Albedo-Effekt – er spiegelt das Verhältnis von rückgestrahltem zu einfallendem Licht – zum Beispiel zwischen 0,8 bis 0,9.₂ Das heißt, dass die Oberfläche 80 bis 90 Prozent der Sonnenstrahlen reflektiert. Das Eis schmilzt also kaum. Dieser klimatische Rückkopplungsprozess hat durch die eisbedeckten Polregionen bisher gut funktioniert. Doch da sich der Planet erwärmt – Kohlendioxid fördert die Erderwärmung –, zieht sich das Eis in der Arktis zurück. Der Ozean fungiert als schwarzer Körper, der die Sonnenenergie aufnimmt.
Das hat unmittelbare Auswirkungen auf die Meereisbildung. Sie geht zurück. Der Ozean hält in Folge länger die Wärme, das Eis bildet sich entsprechend später und damit wachsen auch nicht so dicke Eisschollen heran. Es ist ein selbstverstärkender Effekt in der Arktis. Der Unterschied zwischen Arktis und Antarktis liegt allerdings darin, dass die Arktis ein Meer, die Antarktis ein Kontinent ist. In der Antarktis rauschen die warme Luftmassen transportierenden Tiefs nur am Rand entlang. Doch auch hier dringen Tiefs weiter nach Süden vor. Der Klimawandel in der Antarktis, die übrigens an einen Apfel mit Stiel erinnert, betrifft vornehmlich die Antarktische Halbinsel. Dass richtige Sturmtiefs, wie wir sie mit der Polarstern 2021 erlebt haben, ins Weddellmeer eindringen, könnte ein Anzeichen des Klimawandels sein oder aber „nur“ ein Wetterphänomen. Als wir 2018 im gleichen Gebiet unterwegs waren, gab es solche atmosphärischen Ereignisse allerdings nicht. Das Eis der Pole hat eine globale Klimafunktion.
Welche Funktion hat das Schelfeis?
Im Grunde die eines Korken. Schelfeis hat eine Bremsfunktion. Wenn es diese nicht mehr erfüllt, steigt die Fließgeschwindigkeit des Inlandeises und damit auch der Meeresspiegel. Denn in dem Moment, in dem es in den Ozean eindringt, verdrängt es Wasser.
Nach einer langen, stabilen Phase
sind wir jetzt im Anthropocene angekommen. Was heißt das?
Der Begriff steht für eine Epoche, in der der Mensch die biologischen, geologischen und atmosphärischen Prozesse auf der Erde maßgeblich beeinflusst. Früher machte man eine neue Phase der Erdgeschichte an dem Fehlen oder Neuerscheinen von Fossilien in den Sedimenten fest. Ein heutiges Signal wäre vielleicht Mikroplastik als Kennzeichen für den Beginn eines neuen Zeitalters, dem Anthropocene. Selbst in der Antarktis wie im Weddellmeer ist Mikroplastik sowohl im Wasser als auch in den Sedimenten längst angekommen.
Zu welchen Kettenreaktionen führt das wärmere Klima in der Antarktis?
Es sind zwei Komponenten, die zu weiteren Reaktionen führen. Zum einen ist es die Atmosphäre, zum anderen sind es Veränderungen im Ozean. Allerdings ist die Atmosphäre der größte Treiber beim Klimawandel, der Ozean reagiert darauf. Dabei spielt das Meereis in der Antarktis eine entscheidende Rolle. Wenn das Meerwasser gefriert, bleibt das Meersalz im Ozean und bildet eine sehr salzreiche, schwere Wassermasse. Diese fungiert als Barriere für das im tiefen Weddellmeer zirkulierende 1 Grad warme Meerwasser. Wir beobachten inzwischen, dass die Barriere an der kontinentalen Schelfkante zu bröckeln beginnt. Wenn diese relativ warmen Wassermassen auf den Kontinentalschelf gelangen, würde nach unseren
Simulationen etwas Besonderes geschehen: Das Wasser würde durch die Schwerkraft nicht nur den Filchner-Trog, der von 600 Meter bis auf 1.100 Meter an der Schelfeiskante abfällt, ausfüllen, sondern bis zur Aufsetzlinie gelangen. Das zeitlich begrenzte Einströmen des warmen Wassers können wir bereits jetzt schon durch unsere Messungen nachweisen.
Gibt es einen Kipppunkt?
Wir meinen: Ja! TiPACCs, ein europäisches „Horizont 2020“-Forschungsprojekt, untersucht die Möglichkeit plötzlicher und großer Veränderungen, sogenannter Kipppunkte (Tipping Points) der antarktischen Klimakomponenten. So führt relativ warmes Meerwasser, was in die Hohlräume (Kaverne) unter dem antarktischen Schelfeis eindringt, dazu, dass das Schelf-eis stärker schmilzt. Der damit verbundene Süßwasser-Eintrag schwächt die Barriere an der kontinentalen Schelfkante, was einen stärkeren Einstrom warmen Wassers zur Folge hat.
Eine deutliche Verringerung des Süßwasser-Eintrags wäre die Lösung, um eine Erhöhung des globalen Meeresspiegels zu verhindern und damit einen Kipppunkt. Die Prozesse haben wir inzwischen verstanden. Was fehlt, ist das Gespür für die Geschwindigkeit, mit der die Veränderungen voranschreiten.
Welche Chance haben wir? Können wir das große Schmelzen noch bremsen?
Um den Massenverlust des antarktischen Eisschildes zu stoppen, braucht es enorme Anstrengungen. Schließlich haben wir es durch maßlosen Konsum geschafft, die Erde innerhalb von nur 100 Jahren deutlich zu erwärmen. Um Veränderungen in der Atmosphäre zu erreichen, müsste der CO2-Ausstoß drastisch reduziert werden. Aber das System Klima ist relativ träge, die Prozesse sehr verzahnt. Das 1,5-Grad-Ziel von Paris dürfte unter jetzigen Vorzeichen nicht einzuhalten sein. Und auch wenn wir 2 Grad schaffen wollen, braucht es einen Kraftakt.
Alfred-Wegener-Institut
Das Alfred-Wegener-Institut (AWI) ist ein Forschungsinstitut mit Sitz in Bremerhaven. Das AWI hat sich auf die Forschung in kalten und gemäßigten Regionen der Welt spezialisiert und erforscht dort Polargebiete und Meere. Ein besonderer Fokus liegt auf der Erforschung des Klimawandels. Neben dem Hauptsitz des Instituts gibt es drei Außenstellen auf Helgoland, in List auf Sylt und in Potsdam. Finanziert wird das Institut vor allem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung.
Quelle: awi.de, deutsche-meeresforschung.de