In dieser Abbildung fließt Meerwasser tief unter der Oberfläche in einen sich aktiv öffnenden Schelfeisspalt in der Antarktis. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass sich solche Risse sehr schnell öffnen können und dass das einströmende Meerwasser dabei hilft, die Geschwindigkeit des Bruchs des Schelfeises zu kontrollieren. Bildnachweis: Rob Soto
In den Gletschern Grönlands und der Antarktis ist so viel gefrorenes Wasser vorhanden, dass die Weltmeere bei ihrem Abschmelzen um viele Meter ansteigen würden. Was mit diesen Gletschern in den kommenden Jahrzehnten passieren wird, ist die größte Unbekannte in der Zukunft des steigenden Meeresspiegels, auch weil die Physik der Gletscherbrüche noch nicht vollständig verstanden ist.
Eine entscheidende Frage ist, wie wärmere Ozeane dazu führen könnten, dass Gletscher schneller auseinanderbrechen. Universität von Washington Forscher haben den schnellsten bekannten großflächigen Bruch entlang eines antarktischen Schelfeises nachgewiesen. Die Studie, kürzlich veröffentlicht in AGU-Fortschrittezeigt, dass sich im Jahr 2012 auf dem Pine-Island-Gletscher – einem sich zurückziehenden Schelfeis, das die größere Eisdecke der Westantarktis zurückhält – in etwa fünfeinhalb Minuten ein 6,5 Meilen (10,5 Kilometer) langer Riss gebildet hat. Das bedeutet, dass sich der Spalt mit etwa 115 Fuß (35 Metern) pro Sekunde oder etwa 80 Meilen pro Stunde öffnete.
„Dies ist unseres Wissens das schnellste Spaltöffnungsereignis, das jemals beobachtet wurde“, sagte Hauptautorin Stephanie Olinger, die die Arbeit im Rahmen ihrer Doktorarbeit an der UW und der Harvard University durchgeführt hat und jetzt Postdoktorandin an der Stanford University ist . „Das zeigt, dass ein Schelfeis unter bestimmten Umständen zerbrechen kann. Es sagt uns, dass wir in Zukunft auf diese Art von Verhalten achten müssen, und es gibt Aufschluss darüber, wie wir diese Brüche in groß angelegten Eisschildmodellen beschreiben könnten.“
Die Bedeutung der Rissbildung
Ein Rift ist ein Riss, der für ein typisches antarktisches Schelfeis etwa 1.000 Fuß (300 Meter) schwimmendes Eis durchdringt. Diese Risse sind der Vorläufer des Kalbens des Schelfeises, bei dem große Eisbrocken von einem Gletscher abbrechen und ins Meer fallen. Solche Ereignisse passieren häufig am Pine-Island-Gletscher – der in der Studie beobachtete Eisberg hat sich längst vom Kontinent gelöst.
Satellitenbilder, die am 8. Mai (links) und 11. Mai (rechts) im Abstand von drei Tagen im Jahr 2012 aufgenommen wurden, zeigen einen neuen Riss, der ein „Y“ bildet, das links vom vorherigen Riss abzweigt. Drei seismische Instrumente (schwarze Dreiecke) zeichneten Vibrationen auf, anhand derer Rissausbreitungsgeschwindigkeiten von bis zu 80 Meilen pro Stunde berechnet wurden. Bildnachweis: Olinger et al./AGU Advances
„Schelfeis üben einen wirklich wichtigen stabilisierenden Einfluss auf den Rest des antarktischen Eisschildes aus. Wenn ein Schelfeis aufbricht, beschleunigt sich das dahinter liegende Gletschereis erheblich“, sagte Olinger. „Dieser Spaltungsprozess ist im Wesentlichen die Art und Weise, wie antarktische Schelfeise große Eisberge kalben.“
In anderen Teilen der Antarktis entstehen Risse oft über Monate oder Jahre. Aber in einer sich schnell entwickelnden Landschaft wie dem Pine Island Glacier kann es schneller passieren, wo Forscher glauben, dass der westantarktische Eisschild bei seinem Zusammenbruch in den Ozean bereits einen Wendepunkt überschritten hat.
Herausforderungen bei der Beobachtung glazialer Veränderungen
Satellitenbilder ermöglichen fortlaufende Beobachtungen. Aber umlaufende Satelliten passieren jeden Punkt auf der Erde nur alle drei Tage. Was in diesen drei Tagen passiert, ist schwerer zu bestimmen, insbesondere in der gefährlichen Landschaft eines fragilen antarktischen Schelfeises.
Für die neue Studie kombinierten die Forscher Werkzeuge, um die Entstehung des Risses zu verstehen. Sie nutzten seismische Daten, die von Instrumenten aufgezeichnet wurden, die 2012 von anderen Forschern auf dem Schelfeis platziert wurden, mit Radarbeobachtungen von Satelliten.
Gletschereis verhält sich auf kurzen Zeitskalen wie ein Feststoff, auf langen Zeitskalen ähnelt es jedoch eher einer viskosen Flüssigkeit.
„Ist die Rissbildung eher wie das Zerbrechen von Glas oder wie das Auseinanderreißen von Silly Putty? Das war die Frage“, sagte Olinger. „Unsere Berechnungen für dieses Ereignis zeigen, dass es sich eher um Glasbruch handelt.“
Die Rolle des Meerwassers und zukünftige Forschung
Wenn das Eis ein einfaches sprödes Material wäre, hätte es noch schneller zerbrechen müssen, sagte Olinger. Weitere Untersuchungen deuteten auf die Rolle des Meerwassers hin. Meerwasser in den Rissen hält den Raum offen gegen die nach innen gerichteten Kräfte des Gletschers. Und da Meerwasser eine Viskosität, Oberflächenspannung und Masse hat, kann es den Hohlraum nicht sofort füllen. Stattdessen trägt die Geschwindigkeit, mit der Meerwasser den sich öffnenden Riss füllt, dazu bei, die Ausbreitung des Risses zu verlangsamen.
„Bevor wir die Leistung großräumiger Eisschildmodelle und Prognosen zum künftigen Anstieg des Meeresspiegels verbessern können, müssen wir ein gutes, physikbasiertes Verständnis der vielen verschiedenen Prozesse haben, die die Stabilität des Schelfeises beeinflussen“, sagte Olinger.
Referenz: „Ocean Coupling Limits Rupture Velocity of Fastest Observed Ice Shelf Rift Propagation Event“ von Stephanie D. Olinger, Bradley P. Lipovsky und Marine A. Denolle, 05. Februar 2024, AGU-Fortschritte.
DOI: 10.1029/2023AV001023
Die Forschung wurde von der National Science Foundation finanziert. Co-Autoren sind Brad Lipovsky und Marine Denolle, beide UW-Fakultätsmitglieder für Erd- und Weltraumwissenschaften, die während ihres Studiums an der Harvard University begonnen haben, die Arbeit zu beraten.