Der anfälligste Klima-Hotspot der Antarktis ist ein abgelegener und lebensfeindlicher Ort – ein schmaler Streifen Meerwasser unter einer mehr als einen halben Kilometer dicken Platte aus schwimmendem Eis. Wissenschaftler haben es endlich erforscht und etwas Überraschendes entdeckt.
„Die Schmelzrate ist viel schwächer, als wir gedacht hätten, wenn man bedenkt, wie warm der Ozean ist“, sagt Peter Davis, ein Ozeanograph am British Antarctic Survey in Cambridge, der Teil des Teams war, das ein schmales Loch in diese Ecke gebohrt und abgesenkt hat Instrumente hinein. Der Befund mag wie eine gute Nachricht erscheinen – ist es aber nicht, sagt er. „Trotz dieser niedrigen Schmelzraten sehen wir immer noch einen schnellen Rückzug“, da das Eis schneller verschwindet, als es wieder aufgefüllt wird.
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Davis und etwa 20 weitere Wissenschaftler führten diese Forschung am Thwaites-Gletscher durch, einem massiven, etwa 120 Kilometer breiten Förderband aus Eis, das vor der Küste der Westantarktis fließt. Satellitenmessungen zeigen, dass Thwaites Eis schneller verliert als je zuvor in den letzten paar tausend Jahren (SN: 6/9/22). Es hat seinen Fluss in den Ozean seit 2000 um mindestens 30 Prozent beschleunigt und über 1.000 Kubikkilometer Eis ausgeblutet – was etwa der Hälfte des Eisverlustes der gesamten Antarktis entspricht.
Ein Großteil des aktuellen Eisverlusts wird durch warme, salzige Meeresströmungen verursacht, die den Gletscher in seiner Aufsetzzone destabilisieren – dem entscheidenden Stützpunkt, etwa 500 Meter unter dem Meeresspiegel am Bohrort, wo sich das Eis von seinem Bett abhebt und schwimmt (SN: 4/9/21).
Dieser allererste Blick auf die Unterseite des Gletschers in der Nähe der Aufsetzzone zeigt, dass der Ozean ihn auf bisher unbekannte und beunruhigende Weise angreift.
Als die Forscher ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) durch das Bohrloch und in das darunter liegende Wasser schickten, stellten sie fest, dass sich ein Großteil des Schmelzens an Stellen konzentriert, an denen der Gletscher bereits unter mechanischer Belastung steht – in massiven Rissen, den sogenannten Basalspalten. Diese Öffnungen schneiden bis in die Unterseite des Eises.
Selbst ein geringes Schmelzen an diesen Schwachstellen könnte dem Gletscher unverhältnismäßig große strukturelle Schäden zufügen, berichten die Forscher in zwei am 15. Februar veröffentlichten Veröffentlichungen Natur.
Diese Ergebnisse sind „ein bisschen überraschend“, sagt Ted Scambos, ein Glaziologe an der University of Colorado Boulder, der nicht Teil des Teams war. Thwaites und andere Gletscher werden hauptsächlich mit Satelliten überwacht, was den Anschein erweckt, dass das Ausdünnen und Schmelzen gleichmäßig unter dem Eis stattfindet.
Da sich die Welt aufgrund des vom Menschen verursachten Klimawandels weiter erwärmt, hat der schrumpfende Gletscher selbst das Potenzial, den globalen Meeresspiegel über einen Zeitraum von Jahrhunderten um 65 Zentimeter anzuheben. Sein Zusammenbruch würde auch den Rest des westantarktischen Eisschilds destabilisieren und schließlich einen globalen Anstieg des Meeresspiegels um drei Meter auslösen.
Mit diesen neuen Ergebnissen, sagt Scambos, „sehen wir viel detaillierter Prozesse, die für die Modellierung wichtig sein werden“, wie der Gletscher auf die zukünftige Erwärmung reagiert und wie schnell der Meeresspiegel ansteigen wird.
Eine kalte, dünne Schicht schützt Teile der Unterseite des Thwaites-Gletschers
Allein diese Beobachtungen zu machen, „ist so etwas wie eine Mondaufnahme oder sogar eine Marsaufnahme“, sagt Scambos. Thwaites ruht, wie der Großteil des westantarktischen Eisschilds, auf einem Bett, das Hunderte von Metern unter dem Meeresspiegel liegt. Die schwimmende Front des Gletschers, Schelfeis genannt, erstreckt sich 15 Kilometer weit auf den Ozean hinaus und bildet ein Eisdach, das diese Stelle für Menschen fast vollständig unzugänglich macht. „Dies könnte den Höhepunkt der Erforschung in der Antarktis darstellen“, sagt er.
Diese neuen Ergebnisse stammen aus einer 50-Millionen-Dollar-Bemühung – der International Thwaites Glacier Collaboration –, die von der National Science Foundation der Vereinigten Staaten und dem Natural Environment Research Council des Vereinigten Königreichs durchgeführt wurde. Das Forschungsteam, eines von acht durch diese Zusammenarbeit finanzierten Teams, landete in den letzten Tagen des Jahres 2019 auf der verschneiten, flachen Fläche von Thwaites.
Die Forscher verwendeten einen Heißwasserbohrer, um ein schmales Loch, nicht viel breiter als ein Basketball, durch mehr als 500 Meter Eis zu schmelzen. Unter dem Eis saß eine nur 54 Meter dicke Wassersäule.
Als Davis und seine Kollegen die Temperatur und den Salzgehalt dieses Wassers maßen, stellten sie fest, dass das meiste davon etwa 2 Grad Celsius über dem Gefrierpunkt lag – möglicherweise warm genug, um 20 bis 40 Meter Eis pro Jahr zu schmelzen. Aber die Unterseite des Eises scheint mit einer Geschwindigkeit von nur 5 Metern pro Jahr zu schmelzen, berichten Forscher in einem der Natur Papiere. Das Team berechnete die Schmelzrate basierend auf dem Salzgehalt des Wassers, der das Verhältnis von Meerwasser, das salzig ist, zu Gletscherschmelzwasser, das frisch ist, aufzeigt.
Der Grund für dieses langsame Schmelzen war schnell klar: Direkt unter dem Eis befand sich eine nur 2 Meter dicke Schicht aus kaltem, treibendem Wasser, die aus geschmolzenem Eis stammte. „An der Eisbasis sammelt sich viel frischeres Wasser“, sagt Davis, und diese kalte Schicht schützt das Eis vor wärmerem Wasser darunter.
Diese Messungen lieferten eine Momentaufnahme direkt am Bohrloch. Einige Tage nach der Öffnung des Lochs begannen die Forscher mit einer umfassenderen Erkundung der nicht kartierten Meereshöhle unter dem Eis.
Arbeiter zogen einen dünnen, gelb-schwarzen Zylinder in das Bohrloch. Dieses ROV namens Icefin wurde in den letzten sieben Jahren von einem Team von Ingenieuren unter der Leitung von Britney Schmidt, einer Glaziologin an der Cornell University, entwickelt.
Schmidt und ihr Team steuerten das Fahrzeug von einem nahe gelegenen Zelt aus und überwachten die Instrumente, während sie das Fahrzeug mit sanften Stößen auf die Tasten eines PlayStation 4-Controllers steuerte. Die glatte, spiegelartige Eisdecke rollte lautlos auf einem Computermonitor vorbei – die Live-Videoübertragung wurde durch 3½ Kilometer Glasfaserkabel übertragen.
Als Schmidt Icefin etwa 1,6 Kilometer flussaufwärts vom Bohrloch führte, verjüngte sich die Wassersäule allmählich, bis weniger als ein Meter Wasser das Eis vom darunter liegenden Meeresboden trennte. Ein paar Fische und garnelenartige Krustentiere, Amphipoden genannt, huschten zwischen sonst öden Kieshaufen umher.
Dieser neue Abschnitt des Meeresbodens – der freigelegt wird, wenn das Eis dünner wird, sich anhebt und immer weiter landeinwärts schwimmt – war „weniger als ein Jahr lang“ freigelegt worden, sagt Schmidt.
Hin und wieder glitt Icefin an einer dunklen, klaffenden Spalte in der eisigen Decke vorbei, einer basalen Spalte. Schmidt steuerte das Fahrzeug in mehrere dieser Lücken – oft über 100 Meter breit – und dort sah sie etwas Auffälliges.
Das Schmelzen von Thwaites Unterbauch konzentriert sich auf tiefe Spalten
Die vertikalen Wände der Gletscherspalten waren eher gewellt als glatt, was auf eine höhere Schmelzrate hindeutet als die der flachen Eisdecke. Und an diesen Stellen wurde das Video verschwommen, als das Licht durch heftig wirbelnde Wirbel aus Salz- und Süßwasser gebrochen wurde. Diese turbulente Verwirbelung von warmem Meerwasser und kaltem Schmelzwasser bricht die kalte Schicht auf, die das Eis isoliert, und bringt warmes, salziges Wasser mit sich in Kontakt, denken die Wissenschaftler.
Schmidts Team errechnete, dass die Wände der Gletscherspalten mit Raten von bis zu 43 Metern pro Jahr schmelzen, berichten die Forscher in der zweiten Ausgabe Natur Papier. Die Forscher fanden auch an anderen Stellen, an denen die Eisdecke von kurzen, steilen Abschnitten unterbrochen wird, ein schnelles Schmelzen.
Die größeren Turbulenzen und die höhere Schmelze scheinen auch von Meeresströmungen in den Spalten angetrieben zu werden. Jedes Mal, wenn Schmidt Icefin in eine Spalte steuerte, entdeckte das ROV Wasserströme, die durch die Spalte flossen, als wäre die Spalte ein umgedrehter Graben. Diese Strömungen bewegten sich bis zu doppelt so schnell wie die Strömungen außerhalb von Gletscherspalten.
Die Tatsache, dass sich das Schmelzen in Gletscherspalten konzentriert, hat enorme Auswirkungen, sagt Peter Washam, Ozeanograph in Schmidts Team in Cornell: „Der Ozean erweitert diese Strukturen, indem er sie schneller schmilzt.“
Dies könnte den jahrelangen Prozess erheblich beschleunigen, bei dem sich einige dieser Risse Hunderte von Metern durch das Eis nach oben ausbreiten, bis sie an der Spitze durchbrechen – und einen Eisberg kalben, der davontreibt. Es könnte dazu führen, dass das schwimmende Schelfeis, das gegen einen Unterwasserberg drückt und das Eis dahinter stützt, schneller auseinanderbricht als vorhergesagt. Dies wiederum könnte dazu führen, dass der Gletscher schneller Eis in den Ozean schüttet (SN: 13.12.21). „Das wird Auswirkungen auf die Stabilität des Eises haben“, sagt Washam.
Diese neuen Daten werden die Fähigkeit der Wissenschaftler verbessern, den zukünftigen Rückzug von Thwaites und anderen antarktischen Gletschern vorherzusagen, sagt Eric Rignot, ein Glaziologe am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, der das Team unterstützte, indem er Satellitenmessungen von Veränderungen im Gletscher bereitstellte . „Sie können einfach nicht erraten, wie die Wasserstruktur in diesen Zonen aussehen könnte, bis Sie sie beobachten“, sagt er.
Es ist jedoch noch mehr Arbeit erforderlich, um Thwaites vollständig zu verstehen und wie es sich weiter verändern wird, wenn sich die Welt weiter erwärmt. Der Gletscher besteht aus zwei sich schnell bewegenden Eisbahnen nebeneinander – eine bewegt sich 3 Kilometer pro Jahr, die andere etwa 1 Kilometer pro Jahr. Aus Sicherheitsgründen wählte das Team die langsamere Spur – was sich dennoch als äußerst herausfordernd herausstellte. Rignot sagt, dass Wissenschaftler irgendwann die Überholspur aufsuchen müssen, deren obere Oberfläche stärker von Gletscherspalten durchzogen ist – was es noch schwieriger macht, Flugzeuge zu landen und Feldlager zu betreiben.
Die heute berichtete Forschung „ist ein sehr wichtiger Schritt, aber es muss ein zweiter Schritt folgen“, die Untersuchung der Überholspur des Gletschers, sagt er. “Es spielt keine Rolle, wie schwer es ist.”