Ist die Antarktis am Schmelzen?

Von Erik ConwayHistoriker, NASA/Jet Propulsion Laboratory

In letzter Zeit wurde viel über die Antarktis gesprochen und darüber, ob der riesige Eisschild des Kontinents schmilzt oder nicht. Eine neue Studie1, die besagt, dass die Oberfläche in letzter Zeit weniger geschmolzen ist als in den vergangenen Jahren, wurde als „Beweis“ dafür angeführt, dass es keine globale Erwärmung gibt. Andere Belege dafür, dass die Menge des Meereises um die Antarktis anscheinend leicht zunimmt2-4, werden auf dieselbe Weise verwendet. Diese beiden Daten sind jedoch irreführend. Aus dem Weltraum mit Hilfe des NASA-Satelliten Grace erhobene Gravitationsdaten zeigen, dass die Antarktis seit 2002 jedes Jahr mehr als hundert Kubikkilometer Eis verliert. Die neuesten Daten zeigen, dass die Antarktis auch immer schneller an Eis verliert. Wie ist es möglich, dass die Oberflächenschmelze abnimmt, der Kontinent aber trotzdem an Masse verliert? Die Antwort läuft darauf hinaus, dass Eis fließen kann, ohne zu schmelzen.

Zwei Drittel der Antarktis sind eine hohe, kalte Wüste. Dieser Abschnitt, der als Ostantarktis bekannt ist, liegt mit einer durchschnittlichen Höhe von etwa 2 km höher als das amerikanische Colorado Plateau. Unter all dem Eis befindet sich ein Kontinent von der Größe Australiens; die Eisdecke, die sich darüber befindet, ist im Durchschnitt etwas mehr als 2 Kilometer dick. Würde das gesamte Eis schmelzen, würde der globale Meeresspiegel um etwa 60 Meter ansteigen. Doch über der Ostantarktis findet, wenn überhaupt, nur eine geringe Oberflächenerwärmung statt. Radar- und laserbasierte Satellitendaten zeigen einen geringen Massenverlust an den Rändern der Ostantarktis, der teilweise durch die Ansammlung von Schnee im Inneren ausgeglichen wird, obwohl ein sehr aktuelles Ergebnis des Gravity Recovery and Climate Experiment (Grace) der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt darauf hindeutet, dass die Ostantarktis seit 2006 mehr Eis verloren hat als bisher angenommen5. Insgesamt tut sich in der Ostantarktis nicht viel – noch nicht.

Ein gefrorenes Hawaii

Die Westantarktis ist ganz anders. Statt eines einzigen Kontinents besteht sie aus einer Reihe von Inseln, die von Eis bedeckt sind – man kann sie sich wie ein gefrorenes Hawaii mit Pinguinen vorstellen. Da es sich um eine Inselgruppe handelt, liegt ein großer Teil des Westantarktischen Eisschildes (WAIS, im Fachjargon: West Antarctic Ice Sheet) auf dem Boden des Südlichen Ozeans und nicht auf dem Festland. Teile davon liegen mehr als 1,7 Kilometer unter dem Meeresspiegel. Pine Island ist die größte dieser Inseln, und der größte Eisstrom in der Westantarktis wird Pine Island Glacier genannt. Würde das WAIS vollständig schmelzen, würde der Meeresspiegel um 5 bis 7 Meter ansteigen. Und der Pine Island Glacier würde etwa 10 Prozent dazu beitragen.

Seit den frühen 1990er Jahren sammeln europäische und kanadische Satelliten Radardaten aus der Westantarktis. Diese Radardaten können Eisbewegungen aufzeigen, und in den späten 1990er Jahren standen den Wissenschaftlern genügend Daten zur Verfügung, um die jährliche Bewegung des Pine Island Glacier zu messen. Anhand von Radardaten, die zwischen 1992 und 1996 gesammelt wurden, stellte der Ozeanograph Eric Rignot vom Jet Propulsion Laboratory der NASA fest, dass sich die „Grundlinie“ des Pine Island Glacier – die Linie zwischen dem schwimmenden Teil des Gletschers und dem Teil des Gletschers, der auf dem Meeresboden ruht – schnell in Richtung Land zurückgezogen hatte. Das bedeutete, dass der Gletscher an Masse verlor. Er führte den Rückzug auf die Erwärmung der Gewässer um die Westantarktis zurück6. Da aber nur wenige Jahre Daten vorlagen, konnte er nicht sagen, ob es sich bei dem Rückzug um eine vorübergehende, natürliche Anomalie oder um einen längerfristigen Trend aufgrund der globalen Erwärmung handelte.

Rignots Arbeit hat viele Menschen überrascht. Der JPL-Wissenschaftler Ron Kwok sah darin den Beweis dafür, dass „die alte Vorstellung, dass sich Gletscher wirklich langsam bewegen, nicht mehr stimmt.“ Eine Folge davon war, dass viel mehr Menschen begannen, die Radardaten zu nutzen, um mehr von der Antarktis zu untersuchen. In einem 2009 veröffentlichten Bericht wurde festgestellt, dass Rignots Entdeckung des Pine Island Glacier kein Zufall war7: Die große Mehrheit der Meeresgletscher der antarktischen Halbinsel zog sich zurück, und zwar immer schneller. Letzten Sommer untersuchte eine britische Gruppe den Fund des Pine Island Glacier erneut und stellte fest, dass sich die Rückzugsrate zwischen 1995 und 2006 vervierfacht hatte8.

Wie das Schelfeis bröckeltDer Rückzug der Gletscher der Westantarktis wird durch den Zusammenbruch des Schelfeises beschleunigt. Schelfeis ist der Teil eines Gletschers, der sich über die Grundlinie hinaus in Richtung Ozean erstreckt; sie sind am anfälligsten für die Erwärmung der Meere. In der Glaziologie wird seit langem die Theorie vertreten, dass diese Eisschelfe die Gletscher stützen und durch ihre Masse die Bewegung des Eises in Richtung Meer verlangsamen. Dies wurde durch den spektakulären Zusammenbruch des Schelfeises Larsen B von der Größe Rhode Islands am östlichen Rand der antarktischen Halbinsel im Jahr 2002 bestätigt. Der Zerfall, der von den Bildgebungsinstrumenten des Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) der NASA an Bord der Satelliten Terra und Aqua mit der Kamera festgehalten wurde, war dramatisch: Es dauerte nur drei Wochen, bis ein 12 000 Jahre altes Schelfeis zerbröckelte. In den folgenden Jahren zeigten Satellitenradardaten, dass sich einige der hinter Larsen B fließenden Eisströme erheblich beschleunigt hatten, während andere, die noch von kleineren Schelfeisen gestützt wurden, dies nicht taten9. Dieser dynamische Prozess, bei dem das Eis zum Meer hinunterfließt, ermöglicht es der Antarktis, weiter an Masse zu verlieren, auch wenn die Oberflächenschmelze zurückgeht.

Michael Schodlok, ein JPL-Wissenschaftler, der die Wechselwirkung zwischen Schelfeis und Ozean modelliert, sagt, dass das Schmelzen der Unterseite des Schelfs eine Voraussetzung für diese Zusammenbrüche ist. Durch die Ausdünnung des Schelfeises verringert sich seine Stützwirkung auf den dahinter liegenden Gletscher, wodurch sich der Gletscherfluss beschleunigen kann. Das dünnere Schelfeis ist auch anfälliger für Risse. Im Sommer können Schmelzwasserteiche an der Oberfläche in die Risse abfließen. Da flüssiges Wasser dichter ist als festes Eis, kann genügend Schmelzwasser an der Oberfläche die Risse tiefer im Eis öffnen, was zum Zerfall des Schelfs führt. Die Ozeane, die die Antarktis umgeben, haben sich erwärmt10 , so dass Schodlok nicht bezweifelt, dass die Schelfeise durch wärmeres Wasser, das aus der Tiefe aufsteigt, unterminiert werden. Aber er räumt ein, dass dies noch nicht eindeutig bewiesen ist, da Satelliten nicht unter dem Eis messen können.

Der Glaziologe Robert Bindschadler vom Goddard Space Flight Center der NASA will genau das beweisen. Er leitet eine Expedition, die 2011 beginnen soll, um durch den Pine Island Glacier zu bohren und eine automatische Boje im Wasser darunter zu platzieren. Laut Bindschadler ist der Pine-Island-Gletscher der richtige Ort, weil dort die Veränderungen am größten sind. Wenn wir verstehen wollen, wie sich der Ozean auf das Inlandeis auswirkt, müssen wir dorthin gehen, wo er mit einem Vorschlaghammer auf das Inlandeis einwirkt, nicht mit einem kleinen Wendehammer.“

Inzwischen bestätigen Messungen der Grace-Satelliten, dass die Antarktis an Masse verliert (Abbildung 1)11. Isabella Velicogna vom JPL und der University of California, Irvine, verwendet die Grace-Daten, um das antarktische Eisschild aus dem Weltraum zu wiegen. Ihre Arbeit zeigt, dass der Eisschild nicht nur an Masse verliert, sondern dass sich der Masseverlust sogar noch beschleunigt. „Die wichtige Botschaft ist, dass es sich nicht um einen linearen Trend handelt. Ein linearer Trend bedeutet, dass man jedes Jahr den gleichen Massenverlust hat. Die Tatsache, dass es sich nicht um einen linearen Trend handelt, ist die wichtige Erkenntnis, dass der Eisverlust mit der Zeit zunimmt“, sagt sie. Und sie weist darauf hin, dass nicht nur die Grace-Daten, sondern auch die Radardaten eine Beschleunigung des Verlusts zeigen. „Es handelt sich nicht nur um eine Art von Messung. Es handelt sich um eine Reihe unabhängiger Messungen, die dieselben Ergebnisse liefern, was sie robuster macht.“

1 Marco Tedesco und Andrew J. Monaghan, „An updated Antarctic melt record through 2009 and its linkages to high-latitude and tropical climate variability“, Geophys. Res. Lett. 36, L18502 (2009).

2 http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/ IMAGES/ current.anom.south.jpg

3http://www.sciencedaily.com/releases/ 2009/ 04/090421101629.htm

4http://nsidc.org/seaice/characteristics/ difference.html

5 J. L. Chen et al., „Accelerated Antarctic ice loss from satellite gravity measurements,“ Nat. Geosci. 2, 859-862 (2009).

6 E.J. Rignot, „Fast Recession of a West Antarctic Glacier, Science 281, 549-551 (1998).

7P.A. Mayewski, et.al., „State of the Antarctic and Southern Ocean Climate System,“ Rev. Geophys. 47, 1-38 (2009).

8 D. J. Wingham et.al., „Spatial and Temporal Evolution of Pine Island Glacier thinning, 1995-2006“, Geophys. Res.Lett. 36, L17501 (2009).

9 E. Rignot et.al., „Accelerated ice discharge from the Antarctic Peninsula following the collapse of Larsen B ice shelf,“ Geophys. Res. Lett. 31, L18401 (2004).

10R. M. Robertson et al. „Long term temperature trends in the deep waters of the Weddell Sea“, Deep Sea Research 49, 21, 4791-4806 (2002); http://condor.pems.adfa.edu.au/FD-Course/webpage/longterm.pdf.

11Isabella Velicogna, „Increasing rates of ice mass loss from the Greenland and Antarctic ice sheets revealed by GRACE“, Geophys. Res. Lett. 36, L19503 (2009).

12 J. H. Mercer, „West Antarctic ice Sheet and CO2 Greenhouse Effect-Threat of Disaster“, Nature 271 (5643), 321-325 (1978).

13 R. Kwok & D.A. Rothrock, „Decline in Arctic sea ice thickness from submarine and ICESat records: 1958 – 2008,“ Geophys. Res. Lett. 36, L15501 (2009).