Die alten Eisschilde der Antarktis lassen dynamische Veränderungen in der Zukunft der Erde ahnen

Vor neunzehn Millionen Jahren, während einer Zeit, die als frühes Miozän bekannt ist, wuchsen und gingen massive Eisschilde in der Antarktis schnell und wiederholt zurück. Das Miozän wird weithin als potenzielles Analogon für das Erdklima im kommenden Jahrhundert angesehen, sofern die Menschheit auf ihrem derzeitigen CO2-Emissionen-Kurs bleibt.

Die Ermittlung, wie und warum sich die großen Eisschilde der Antarktis so verhielten wie im frühen Miozän, könnte zum Verständnis des Verhaltens der Eisschilde in einem sich erwärmenden Klima beitragen. Zusammen schließen die Eisschilde ein Wasservolumen ein, das einem Anstieg des Meeresspiegels von mehr als 50 Metern entspricht, und beeinflussen Meeresströmungen, die sich auf die Nahrungsnetze der Meere und das regionale Klima auswirken. Ihr Schicksal hat tiefgreifende Folgen für das Leben fast überall auf der Erde.

Während Schwankungen in den Eisschilden der Antarktis im Laufe von Millionen von Jahren in regelmäßigen Abständen zu- und abgenommen haben, die mit natürlichen Schwingungen auf der Reise der Erde im Orbit zusammenhängen, haben Forscher der University of Wisconsin-Madison und ihre Mitarbeiter auf der ganzen Welt Beweise dafür gefunden Die Eisschilde der Antarktis wuchsen und schrumpften im Miozän häufiger als bisher bekannt.

Diese neuen Beweise, Kürzlich veröffentlicht in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenweist darauf hin, dass die Eisschilde vor etwa 19,2 bis 18,8 Millionen Jahren in Zyklen von nur wenigen tausend Jahren mehrmals wuchsen und sich zurückzogen. Das ist viel schneller, als sich durch periodische Verschiebungen der Umlaufbahn und Rotationsachse des Planeten, sogenannte Milankovitch-Zyklen, erklären lässt, die normalerweise langsam voranschreiten und das Klima und die Eisschichten der Erde über Zehntausende oder Hunderttausende von Jahren verändern.

„Unsere Beobachtung dieser schnellen Volatilität der antarktischen Eisschilde wirft die interessante Frage auf, was sie verursacht“, sagt Nick Sullivan, ein Ph.D. der UW-Madison im Jahr 2022. Absolvent, der die Analyse für seine Dissertationsforschung leitete.

Die Studie bietet einen beispiellosen Einblick in das Verhalten der Schichten in der Vergangenheit und stützt sich auf gut erhaltene Sedimentaufzeichnungen des Antarctic Drilling Project (ANDRILL). Bei dem Projekt handelte es sich um eine internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit, um mithilfe von Sedimenten und Gesteinen, die Hunderte Meter unter dem antarktischen Meeresboden gebohrt wurden, Beweise für vergangene Klimabedingungen zu sammeln.

In den Jahren 2006 und 2007 wurden bei Bohrungen im McMurdo Sound vor der Küste der Antarktis in einem Gebiet, das von den beiden großen Eisschilden des Kontinents beeinflusst wird, detaillierte Sedimentaufzeichnungen aus dem Miozän in der Nähe des Eisschildes gewonnen.

„Wir konnten den Einfluss langfristiger Klimazyklen auf die Eisschildausdehnung in den Gesteins- und Sedimentkernen, die wir 2007 geborgen haben, deutlich erkennen, aber unsere ersten Beobachtungen waren nicht detailliert genug, um kurzfristigere Veränderungen zu erkennen“, sagt Co-Autor Richard Levy, Professor an der Victoria University of Wellington und leitender Wissenschaftler bei GNS Science, einem öffentlichen Forschungsinstitut in Neuseeland.

Die neueste von Sullivan durchgeführte Analyse ermöglicht es Wissenschaftlern nun, „vergangene Eisschildveränderungen in Zeiträumen von etwa fünf Jahrhunderten zu dokumentieren“, sagt Stephen Meyers, Geowissenschaftsprofessor an der UW-Madison, der bei seiner Analyse mit Sullivan zusammengearbeitet hat.

Tatsächlich nennt Meyers es ein bemerkenswertes Archiv.

Das liegt daran, dass es kleine Kiesstücke enthält, die auf den Meeresboden fielen, als Eisberge nach dem Abbrechen von den Eisschilden abdrifteten. Die Kiesmenge im Meeressediment zeichnet Veränderungen der Eisdecke auf, etwa wenn sich der Rand einer Eisdecke einem bestimmten Teil des Meeresbodens nähert oder sich von diesem entfernt.

Bei der Suche nach Hinweisen auf Milankovitch-Zyklen innerhalb des Sediments stellte Sullivan Unterschiede in der Häufigkeit von Kies fest, was darauf hindeutet, dass nahegelegene Eisschilde in wiederkehrenden Abständen von nur 1.200 Jahren vordrangen und sich zurückzogen.

Es ist unklar, was dazu führte, dass die Eisschilde in diesen geologisch häufigen Abständen vordrangen und sich zurückzogen, aber das Team schlägt auf der Grundlage früherer Studien von Eisschilden mehrere mögliche Ursachen vor.

Eine Idee besagt, dass die Eisschichten, die sich im Laufe der Zeit aufbauten, steiler und kopflastiger wurden, was dazu führte, dass sie zusammenbrachen. Ein anderer schlägt vor, dass beim Vordringen dicker Eisschichten über unwegsames Gelände die Reibungswärme dazu beitrug, sie vorübergehend zu beschleunigen.

„Es gab wahrscheinlich mehrere Mechanismen, die abliefen und miteinander interagierten“, sagt Sullivan, einschließlich Variationen im lokalen Klima und im Ozean.

Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten daran, die vielen Faktoren außerhalb der Erdumlaufbahn besser zu verstehen, die das Verhalten der Eisdecke steuern, während sich der Planet weiter erwärmt. Das frühe Miozän ist nicht ganz mit der heutigen Welt vergleichbar, aber die neue Studie legt nahe, dass sich die Eisschilde der Antarktis in den kommenden Jahrhunderten schnell und unerwartet verändern könnten, wenn der Kohlendioxidgehalt und die Temperaturen aufgrund anthropogener Treibhausgasemissionen weiter ansteigen.

„Lange Zeit wurde angenommen, dass die Eisschilde der Antarktis über lange Zeiträume groß und stabil blieben. Aber je genauer wir hinschauen, desto mehr wird uns klar, wie empfindlich die Eisschilde auf Umweltveränderungen reagieren“, sagt Levy. „Diese Erkenntnis ist von entscheidender Bedeutung, wenn wir darüber nachdenken, wie schnell wir uns an den künftigen Anstieg des Meeresspiegels anpassen müssen, der durch das Abschmelzen und den Rückzug der Eisschilde unseres Planeten verursacht wird.“