21. Jun. 2018
Das Szenario unter der Westantarktis mit einem Schnitt durch den Planeten (links unten), ausgewählten Aufstiegsraten im Amundsensektor (links oben) und dem Bild einer GPS-Station auf Backer Island (Copyright: David Saddler).

Das ANDRILL-Bohrkamp und der Antarktis-Vulkan Mount Erebus im Hintergrund.

Die große Unbekannte im derzeitigen Klimaexperiment der Menschheit sind die polaren Eisschilde. Schmilzt die dort gebundene Eismasse von rund 30 Millionen Kubikkilometern, steigen weltweit die Meeresspiegel um 63 Meter und der größte Teil der dichtbesiedelten Küstengebiete versinkt. Doch möglicherweise gibt es natürliche Rückkoppelungsmechanismen, die das Abschmelzen verlangsamen. In "Nature" und "Science" sind jetzt Studien zu den beiden antarktischen Eisschilden erschienen, die das andeuten.

Die Eisschilde der Antarktis haben in den vergangenen 25 Jahren rund drei Billionen Tonnen Eis verloren, so schreiben britische Wissenschaftler in einer aktuellen Bestandsaufnahme in "Nature". Das entspricht rund 3000 der etwa 26,5 Millionen Kubikkilometer, die auf dem Südkontinent gespeichert sind. Doch zumindest die beiden größeren Eismassen in West- und Ostantarktis scheinen Unterstützung im Widerstand gegen den Klimawandel zu erhalten. Zwei Studien in "Nature" und "Science" beschäftigen sich mit dem Schicksal der beiden in Zeiten steigender Temperaturen.

Das Szenario unter der Westantarktis mit einem Schnitt durch den Planeten (links unten), ausgewählten Aufstiegsraten im Amundsensektor (links oben) und dem Bild einer GPS-Station auf Backer Island.

Das Szenario unter der Westantarktis mit einem Schnitt durch den Planeten (links unten), ausgewählten Aufstiegsraten im Amundsensektor (links oben) und dem Bild einer GPS-Station auf Backer Island.

Bild: Science/David Saddler
Terry Wilson, Ohio State University, in der Antarktis.

Terry Wilson, Ohio State University, in der Antarktis.

Bild: OSU
Blick auf die Antarktis mit einem Schnitt durch Eisschild, kontinentale Kruste und Erdmantel.

Blick auf die Antarktis mit einem Schnitt durch Eisschild, kontinentale Kruste und Erdmantel.

Bild: Science/ ESA/Planetary Visions
Eine GPS-Station auf einer der Backer-Inseln vor der Westantarktis.

Eine GPS-Station auf einer der Backer-Inseln vor der Westantarktis.

Bild: Science/David Saddler
Bohrturm des ANDRILL-Projektes, das 2006/7 in den McMurdo-Sund bohrte.

Bohrturm des ANDRILL-Projektes, das 2006/7 in den McMurdo-Sund bohrte.

Bild: NSF/Peter Rejcek
Das ANDRILL-Bohrcamp vor der Bergkulisse des McMurdo-Sundes.

Das ANDRILL-Bohrcamp vor der Bergkulisse des McMurdo-Sundes.

Bild: NSF/Tim Naish
1 / 6

Das Szenario unter der Westantarktis mit einem Schnitt durch den Planeten (links unten), ausgewählten Aufstiegsraten im Amundsensektor (links oben) und dem Bild einer GPS-Station auf Backer Island.

Bild: Science/David Saddler

Terry Wilson, Ohio State University, in der Antarktis.

Bild: OSU

Blick auf die Antarktis mit einem Schnitt durch Eisschild, kontinentale Kruste und Erdmantel.

Bild: Science/ ESA/Planetary Visions

Eine GPS-Station auf einer der Backer-Inseln vor der Westantarktis.

Bild: Science/David Saddler

Bohrturm des ANDRILL-Projektes, das 2006/7 in den McMurdo-Sund bohrte.

Bild: NSF/Peter Rejcek

Das ANDRILL-Bohrcamp vor der Bergkulisse des McMurdo-Sundes.

Bild: NSF/Tim Naish

Im Amundsen-Sektor der Westantarktis steigt der Kontinent offenbar überraschend schnell auf, sobald das Gletschereis wegschmilzt, und könnte so verhindern, dass das vergleichsweise warme Ozeanwasser unter das Eis gelangt. "Die Aufstiegsrate ist ungewöhnlich und sehr überraschend", erklärt Terry Wilson, emeritierter Geologieprofessor an der Ohio State University. Für ihn hat das Ergebnis der GPS-Messungen, die sein Team zusammen mit Wissenschaftlern der Dänischen Technischen Universität durchgeführt und in "Science" veröffentlicht hat, das Zeug, das Schicksal der Westantarktis zu ändern.

Riese auf tönernen Füßen

Der gewaltige Eisschild mit einem Volumen von über zwei Millionen Kubikkilometern ist ein Riese auf tönernen Füßen. Seine Basis liegt zu weiten Teilen unterhalb des Meeresspiegels, und an vielen Stellen dringt schon heute der Ozean unter das Eis und schmilzt es von unten ab. Das führt dazu, dass der Westantarktische Schild im Durchschnitt 108 Millionen Tonnen Eis pro Jahr verliert, und von zahlreichen Experten sein Zusammenbruch an die Wand gemalt wird. Der Aufstieg der Kontinentalen Kruste könnte diesen Zusammenbruch hinauszögern, möglicherweise sogar ganz verhindern – zumindest wenn sich die anthropogene Erwärmung der Atmosphäre in Grenzen hält.

Es ist ein physikalischer Prozess, der etwa in Skandinavien seit 10.000 Jahren abläuft und weiterhin andauert. Die schiere Last des Eises drückt den antarktischen Kontinent derzeit zwischen 500 und 1000 Meter tief in den Erdmantel, doch dort, wo das Eis wegschmilzt und das Gestein von seiner Last befreit, steigt dieses wieder empor, und das mit rekordverdächtigen 42 Millimeter im Jahr. In 100 Jahren soll es sogar 2,5 bis 3,5 Mal schneller sein, sodass die Erdoberfläche rund acht Meter höher als heute liegen wird. "Das ist gewaltig", kommentiert die Polarforscherin Robin Bell von der Columbia University in New York in "Science", "das zeigt, wie dynamisch der Planet sein kann und wie schnell er auf Bewegungen in den Eismassen reagiert." Bell gehört nicht zu dem Team um Terry Wilson und Valentina Barletta von der Dänischen Technischen Universität in Kopenhagen.

Auftrieb der Kontinentalkruste könnte Abschmelzen verzögern

Der Auftrieb würde einerseits die Hürden für das Ozeanwasser erhöhen, andererseits die Ankerpunkte verstärken, an denen der Eisschild am unterliegenden Kontinent befestigt ist. Der dritte Effekt geht auf das Konto des schwindenden Eises: Die Eismassen an den Polen üben Anziehungskraft auf das Meerwasser aus und sorgen so für einen erhöhten Meeresspiegel in ihrer Umgebung. Schwindet die Masse, sinkt auch der Meeresspiegel.

Die Geschwindigkeit macht aus dieser sogenannten "isostatischen Ausgleichsbewegung" möglicherweise einen Faktor mit bedeutendem Einfluss auf die Stabilität des Eisschildes. "Bislang dachten wir, dass sie zu lange dauern würde, um den Eisschild zu stabilisieren, aber es sieht so aus, als ob der Effekt innerhalb von Jahrzehnten wirkt", erklärt Wilson. Das wäre tatsächlich ungefähr so rasch, wie der Zerfall des Eisschildes bislang voranschreitet. Sollte allerdings der Treibhauseffekt Fahrt aufnehmen, dürfte auch der Auftrieb der kontinentalen Kruste nichts mehr helfen. "Wenn es zu einer sehr starken Erwärmung durch den Ozean kommt, werden die Eisschilde zerfallen, egal was die feste Erde macht", sagt etwa der Geophysiker Ingo Sasgen vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven gegenüber "Science".

Heißer und fließender Mantel als Ursache

Die Ursache für den rasanten Aufstieg der Kontinentalkruste vermuten die Forscher um Terry Wilson in einer Besonderheit des Mantels unterhalb des Südkontinents. Er ist dort besonders heiß und fließend und reagiert daher außerordentlich schnell auf eine Veränderung im Gravitationsfeld, wie etwa das Abschmelzen des Eisschildes. Skandinavien dagegen ist ein notorisch alter und kalter Kontinentalkeim, weshalb dort der Aufstieg auch 10.000 Jahre nach dem Abschmelzen der Gletscher andauert. Ob Bedingungen wie unter der Westantarktis auch andernorts unter dem Südkontinent herrschen, bezweifeln die Experten allerdings. "Die Verhältnisse im Untergrund des Kontinents sind sehr komplex, wir könnten dort genausogut auf negative Einflüsse stoßen", betont Valentina Barletta.

Immerhin scheint auch der Ostantarktische Eisschild einen natürlichen Schutzmechanismus gegen übermäßige Wärme zu haben. In "Nature" berichten US-Forscher, dass in Sedimentbohrkernen aus der Amundsen-See keine Spuren von einem großflächigen Abschmelzen der dort einmündenden Eisströme aus der Ostantarktis zu finden sei. Es ist das erste Resultat des ANDRILL-Projektes zum größten Eisschild der Erde. Im antarktischen Sommer 2006/7 hatte ein großes US-Team unter dem McMurdo-Eisschelf in den Meeresboden gebohrt und Sedimentkerne geborgen, die die gesamte Zeit seit der jüngsten Vergletscherung der Antarktis abdecken. Bislang stand die Westantarktis im Zentrum der Auswertungen, jetzt schwenkt die Aufmerksamkeit auf die angrenzenden Bereiche der Ostantarktis.

Keine Hinweise auf geschmolzenen Ostantarktischen Eisschild

Die Forscher suchten nach Beryllium-10- und Aluminium-27-Isotopen. Diese werden als chemische Indizien für ungeschützte Landoberfläche gewertet, denn sie sind Isotope, die ausschließlich mit Hilfe kosmischer Strahlung entstehen. Bedeckt Eis oder Vegetation den Boden, fällt der Gehalt an Be-10 und Al-27 drastisch. Im Fall der McMurdo-Bohrkerne bewegte sich dieser Gehalt während der vergangenen acht Millionen Jahre hart an der Nachweisgrenze, ein nach Ansicht der Forscher um Jeremy Shakun vom Boston College untrügliches Zeichen für ausgedehnte Eisflächen im Amundsensektor der Ostantarktis. Der Gehalt der kosmischen Partikel änderte sich auch nicht im Pliozän, dem ersten Zeitalter mit dem auch heute noch charakteristischen Wechsel von Kalt- und Warmzeiten. Damals herrschten Bedingungen, wie sie infolge des menschgemachten Klimawandels für die kommenden Jahrhunderte erwartet werden. Auch in den vergleichsweise warmen Perioden dieser Epoche stieg der Anteil an kosmogenen Partikeln im Sediment des McMurdo-Sundes nicht an.

Wenn das Eis schon im Amundsensektor der Ostantarktis nicht stark abschmilzt, dürfte das auch für den Rest der gigantischen Gletscherkappe gelten, die den größten Teil des Südkontinents bedeckt. Denn der Amundsen-Sektor gilt als der anfälligste Teil des ostantarktischen Eisschildes. "Aufgrund dieser Indizien aus dem Pliozän denken wir, dass die derzeitigen Kohlendioxidgehalte in der Atmosphäre nicht ausreichen, um das weitgehend auf Festland ruhende Eis der Ostantarktis zu destabilisieren", sagt Jeremy Shakun.