Satelliten zeigen „starkes Schmelzen“ unter dem Thwaites-Gletscher in der Antarktis

Satellitenradardaten zeigen erhebliche Meerwassereinbrüche unter der Antarktis Thwaites-Gletscherwodurch Eis aufsteigt und fällt.

Mithilfe hochauflösender Satellitenradardaten entdeckte ein Team von Glaziologen unter der Leitung von Forschern der University of California in Irvine Hinweise auf das Eindringen von warmem, unter hohem Druck stehendem Meerwasser viele Kilometer unter dem angeschwemmten Eis des Thwaites-Gletschers in Westantarktika. Dieser Gletscher wird oft als „Doomsday-Gletscher“ bezeichnet, da er eine entscheidende Rolle bei einem möglichen globalen Meeresspiegelanstieg spielt und ein solcher Anstieg weltweit katastrophale Folgen hätte. Dieser Spitzname spiegelt die enorme Größe des Gletschers und seine erhebliche Schmelzrate wider, die nach Ansicht der Wissenschaftler erheblich zum Meeresspiegelanstieg beitragen könnte, wenn er zusammenbrechen oder vollständig schmelzen würde.

Das von der UC Irvine geleitete Team sagte, dass ein weit verbreiteter Kontakt zwischen Meerwasser und dem Gletscher – ein Prozess, der in der gesamten Antarktis und in Grönland wiederholt wird – zu „starkem Schmelzen“ führt und möglicherweise eine Neubewertung der Prognosen zum Anstieg des globalen Meeresspiegels erforderlich macht. Ihre Studie wurde am 20. Mai veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften,

Daten und Beobachtungen

Die Glaziologen stützten sich auf Daten, die von März bis Juni 2023 von Finnlands kommerzieller Satellitenmission ICEYE gesammelt wurden. Die ICEYE-Satelliten bilden eine „Konstellation“ in polarer Umlaufbahn um den Planeten und verwenden InSAR – Interferometer Synthetic Aperture Radar –, um Veränderungen auf der Erdoberfläche kontinuierlich zu überwachen. Viele Überflüge eines Raumfahrzeugs über ein kleines, definiertes Gebiet liefern gleichmäßige Datenergebnisse. Im Fall dieser Studie zeigte sie den Aufstieg, den Fall und die Biegung des Thwaites-Gletschers.

„Diese ICEYE-Daten lieferten eine Langzeitreihe täglicher Beobachtungen, die eng mit den Gezeitenzyklen übereinstimmten“, sagte Hauptautor Eric Rignot, Professor für Erdsystemwissenschaften an der UC Irvine. „In der Vergangenheit verfügten wir über einige sporadisch verfügbare Daten, und mit nur diesen wenigen Beobachtungen war es schwierig herauszufinden, was geschah. Wenn wir eine kontinuierliche Zeitreihe haben und diese mit dem Gezeitenzyklus vergleichen, sehen wir, wie das Meerwasser bei Flut eindringt und zurückweicht und manchmal weiter nach oben unter den Gletscher gelangt und dort eingeschlossen wird. Dank ICEYE können wir diese Gezeitendynamik zum ersten Mal beobachten.“

Screenshot einer 3D-Ansicht der Gezeitenbewegung des Thwaites-Gletschers in der Westantarktis, aufgezeichnet von der ICEYE Synthetic Aperture Radar (SAR)-Konstellation basierend auf Bildern, die am 11., 12. und 13. Mai 2023 aufgenommen wurden. Konturebenen sind Bodentopographiekonturen in 50 m Tiefe Intervall. Jeder interferometrische Streifenfarbzyklus ist eine Phasenänderung von 360 Grad, was einer Verschiebung der Sichtlinie der Eisoberfläche um 1,65 cm entspricht. Das Interferogramm wird einem Landsat-9-Bild überlagert, das im Februar 2023 aufgenommen wurde. In dieser Studie zeigen wir, dass die Grenze der Gezeitenbiegung im Laufe des Gezeitenzyklus um Kilometer variiert, was darauf hindeutet, dass unter Druck stehendes Meerwasser über Kilometer unter festsitzendes Eis eindringen und kräftig aushärten kann Wärmeaustausch mit der Gletscherbasis. Auf der rechten Seite des Bildschirms zeigt ein separates Bullaugenmuster an, dass sich das Eindringen von Meerwasser weitere 6 km über einen Schutzrücken hinaus ausbreitet, was darauf hindeutet, dass der Gletscherrückgang in diesem kritischen Teil der Antarktis immer noch andauert, und zwar um einen Kilometer pro Jahr. Bildnachweis: Eric Rignot / UC Irvine

Erweiterte Satellitenbeobachtungen

Michael Wollersheim, Co-Autor, Director of Analytics bei ICEYE, sagte: „Bisher konnten einige der dynamischsten Prozesse in der Natur nicht mit ausreichender Detailgenauigkeit oder Häufigkeit beobachtet werden, um sie zu verstehen und zu modellieren. Die Beobachtung dieser Prozesse aus dem Weltraum und die Nutzung von Radarsatellitenbildern, die InSAR-Messungen mit zentimetergenauer Präzision bei täglicher Frequenz ermöglichen, stellt einen bedeutenden Fortschritt dar.“

Rignot sagte, das Projekt habe ihm und seinen Kollegen geholfen, ein besseres Verständnis für das Verhalten des Meerwassers an der Unterseite des Thwaites-Gletschers zu entwickeln. Er sagte, dass Meerwasser, das an der Basis des Eisschildes eindringt, sich zusammen mit Süßwasser, das durch geothermischen Fluss und Reibung erzeugt wird, ansammelt und „irgendwohin fließen muss“. Wasser wird über natürliche Kanäle verteilt oder sammelt sich in Hohlräumen, wodurch genügend Druck entsteht, um die Eisdecke anzuheben.

„Es gibt Stellen, an denen das Wasser fast den Druck des darüber liegenden Eises hat, sodass nur etwas mehr Druck nötig ist, um das Eis anzuheben“, sagte Rignot. „Das Wasser wird dann so stark zusammengedrückt, dass es eine Eissäule von mehr als einer halben Meile aufwirbelt.“

Und es ist nicht irgendein Meerwasser. Seit Jahrzehnten sammeln Rignot und seine Kollegen Beweise für die Auswirkungen des Klimawandels auf Meeresströmungen, die wärmeres Meerwasser an die Küsten der Antarktis und anderer Polareisregionen drücken. Zirkumpolares Tiefenwasser ist salzig und hat einen niedrigeren Gefrierpunkt. Während Süßwasser bei null Grad gefriert CelsiusSalzwasser gefriert bei minus zwei Grad, und dieser kleine Unterschied reicht aus, um zum „starken Schmelzen“ des Basaleises beizutragen, wie in der Studie festgestellt wurde.

Auswirkungen auf den Anstieg des Meeresspiegels und zukünftige Forschung

Co-Autorin Christine Dow, Professorin an der Fakultät für Umwelt der Universität von Waterloo in Ontario, Kanada, sagte: „Thwaites ist der instabilste Ort in der Antarktis und weist einen Meeresspiegelanstieg von umgerechnet 60 Zentimetern auf.“ Die Sorge besteht darin, dass wir die Geschwindigkeit unterschätzen, mit der sich der Gletscher verändert, was für Küstengemeinden auf der ganzen Welt verheerende Folgen hätte.“

Rignot sagte, er hoffe und erwarte, dass die Ergebnisse dieses Projekts weitere Forschungen zu den Bedingungen unter antarktischen Gletschern, Ausstellungen mit autonomen Robotern und mehr Satellitenbeobachtungen anregen werden.

„Die wissenschaftliche Gemeinschaft ist sehr enthusiastisch, in diese abgelegenen Polarregionen zu reisen, um Daten zu sammeln und unser Verständnis darüber zu verbessern, was dort passiert, aber die Finanzierung ist unzureichend“, sagte er. „Wir arbeiten im Jahr 2024 mit dem gleichen Budget in realen Dollars wie in den 1990er Jahren. Wir müssen die Gemeinschaft von Glaziologen und physikalischen Ozeanographen vergrößern, um diese Beobachtungsprobleme eher früher als später anzugehen, aber im Moment besteigen wir immer noch den Mount Everest in Tennisschuhen.“

Schlussfolgerung und Implikationen für die Modellierung

In naher Zukunft wird Rignot, der auch leitender Projektwissenschaftler bei ist NASA‘s Jet Propulsion Laboratory (JPL), sagte, dass diese Studie der Eisschild-Modellierungsgemeinschaft einen dauerhaften Nutzen bringen wird.

„Wenn wir diese Art der Ozean-Eis-Wechselwirkung in Eisschildmodelle integrieren, werden wir meiner Meinung nach in der Lage sein, die Ereignisse des letzten Vierteljahrhunderts viel besser zu reproduzieren, was zu einem höheren Maß an Vertrauen in unsere Eisdecke führen wird.“ Prognosen“, sagte er. „Wenn wir diesen in der Arbeit beschriebenen Prozess hinzufügen könnten, der in den meisten aktuellen Modellen nicht enthalten ist, sollten die Modellrekonstruktionen viel besser mit den Beobachtungen übereinstimmen. Es wäre ein großer Sieg, wenn uns das gelänge.“

Dow fügte hinzu: „Im Moment haben wir nicht genügend Informationen, um auf die eine oder andere Weise sagen zu können, wie viel Zeit vergeht, bis das Eindringen des Meerwassers irreversibel ist.“ Indem wir die Modelle verbessern und unsere Forschung auf diese kritischen Gletscher konzentrieren, werden wir versuchen, diese Zahlen zumindest für Jahrzehnte statt für Jahrhunderte festzulegen. Diese Arbeit wird den Menschen helfen, sich an den sich ändernden Meeresspiegel anzupassen, und sich gleichzeitig auf die Reduzierung der Kohlenstoffemissionen konzentrieren, um das schlimmste Szenario zu verhindern.“

Referenz: „Verbreitete Meerwassereinbrüche unter dem geerdeten Eis des Thwaites-Gletschers, Westantarktis“ von Eric Rignot, Enrico Ciracì, Bernd Scheuchl, Valentyn Tolpekin, Michael Wollersheim und Christine Dow, 20. Mai 2024, Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
DOI: 10.1073/pnas.2404766121

Rignot, Dow und Wollershiem wurden in diesem Projekt von Enrico Ciraci, stellvertretender Spezialist für Erdsystemwissenschaften an der UC Irvine und Postdoktorand der NASA, unterstützt; Bernd Scheuchl, UC Irvine Forscher in Erdsystemwissenschaften; und Valentyn Tolpekin von ICEYE. ICEYE hat seinen Hauptsitz in Finnland und ist an fünf internationalen Standorten tätig, darunter auch in den Vereinigten Staaten. Die Forschung erhielt finanzielle Unterstützung von der NASA und der National Science Foundation.