Matsch – wassergetränkter Schnee – macht im Hochsommer mehr als die Hälfte des gesamten Schmelzwassers auf den antarktischen Eisschelfen aus, wird in regionalen Klimamodellen jedoch nur unzureichend berücksichtigt.
Forscher unter der Leitung der Universität Cambridge haben mithilfe künstlicher Intelligenz den Schneematsch auf den antarktischen Eisschelfen kartiert und fanden heraus, dass 57 Prozent des gesamten Schmelzwassers in Form von Schneematsch vorliegt und sich die restliche Menge in Tümpeln und Seen an der Oberfläche befindet.
Mit der Erwärmung des Klimas bildet sich mehr Schmelzwasser auf der Oberfläche von Schelfeis, dem schwimmenden Eis rund um die Antarktis, das als Stütze gegen Gletschereis aus dem Landesinneren dient. Erhöhtes Schmelzwasser kann zur Instabilität oder zum Zusammenbruch von Schelfeis führen, was wiederum zu einem Anstieg des Meeresspiegels führt.
Die Forscher stellten außerdem fest, dass Matsch und angesammeltes Schmelzwasser zu einer 2,8-mal höheren Schmelzwasserbildung führen als von Standardklimamodellen vorhergesagt, da es mehr Wärme von der Sonne absorbiert als Eis oder Schnee. Die Ergebnisse, die in der Zeitschrift Naturgeowissenschaftenkönnte tiefgreifende Auswirkungen auf die Stabilität der Schelfeises und den Anstieg des Meeresspiegels haben.
Wenn es jeden Sommer wärmer wird, sammelt sich Wasser auf den Oberflächen der schwimmenden Eisschelfe der Antarktis. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Schmelzwasserseen an der Oberfläche zum Brechen und Zusammenbruch von Eisschelfen beitragen können, da das Gewicht des Wassers das Eis verbiegen oder brechen lassen kann. Die Rolle des Schneematschs bei der Stabilität von Eisschelfen ist jedoch schwieriger zu bestimmen.
„Mithilfe von Satellitenbildern können wir Schmelzwasserseen in weiten Teilen der Antarktis kartieren, aber Schneematsch ist schwer zu kartieren, da er von einem Satelliten aus betrachtet wie andere Dinge aussieht, beispielsweise wie Schatten von Wolken“, sagte die Hauptautorin Dr. Rebecca Dell vom Scott Polar Research Institute (SPRI) in Cambridge. „Mithilfe maschineller Lerntechniken können wir jedoch über das hinausgehen, was das menschliche Auge sehen kann, und ein klareres Bild davon erhalten, wie sich Schneematsch auf das Eis in der Antarktis auswirken könnte.“
Mithilfe optischer Daten des NASA-Satelliten Landsat 8 trainierten die Forscher aus Cambridge in Zusammenarbeit mit Forschern der University of Colorado Boulder und der TU Delft ein maschinelles Lernmodell, um zwischen 2013 und 2021 monatliche Aufzeichnungen von Schneematsch- und Schmelzwasserseen auf 57 antarktischen Eisschelfen zu erhalten.
„Maschinelles Lernen ermöglicht es uns, mehr Informationen vom Satelliten zu nutzen, da es mit mehr Wellenlängen des Lichts arbeiten kann, als das menschliche Auge sehen kann“, sagte Dell. „So können wir feststellen, was Schneematsch ist und was nicht, und dann können wir das maschinelle Lernmodell trainieren, um ihn auf dem gesamten Kontinent schnell zu identifizieren.“
„Wir möchten herausfinden, wie viel Schneematsch im antarktischen Sommer vorhanden ist und wie er sich im Laufe der Zeit verändert hat“, sagte Co-Autor Professor Ian Willis, ebenfalls vom SPRI.
Mithilfe ihres maschinellen Lernmodells stellten die Forscher fest, dass auf dem Höhepunkt des antarktischen Sommers im Januar über die Hälfte (57 %) des gesamten Schmelzwassers auf den antarktischen Eisschelfen in Form von Schneematsch gebunden ist und die restlichen 43 % in Schmelzwasserseen.
„Dieser Schneematsch wurde noch nie in großem Maßstab auf allen großen Eisschelfen der Antarktis kartiert, sodass bisher mehr als die Hälfte des gesamten Oberflächenschmelzwassers ignoriert wurde“, sagte Dell. „Dies ist möglicherweise von Bedeutung für den Hydrofrakturprozess, bei dem das Gewicht des Schmelzwassers Risse im Eis erzeugen oder vergrößern kann.“
Schmelzwasser beeinträchtigt die Stabilität der schwimmenden Schelfeise, die die antarktische Küste säumen. Wenn sich das Klima erwärmt und die Schmelzrate in der Antarktis zunimmt, kann Schmelzwasser – ob in Form von Seen oder Matsch – in Risse im Eis eindringen und diese Risse vergrößern. Dies kann Brüche im Schelfeis verursachen und zum Zusammenbruch gefährdeter Schelfeise führen, was wiederum dazu führen könnte, dass Gletschereis im Inland ins Meer schwappt und zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt.
„Da Matsch fester ist als Schmelzwasser, verursacht er nicht die gleiche Hydrofraktur wie Seewasser. Dennoch ist er definitiv etwas, das wir berücksichtigen müssen, wenn wir vorhersagen wollen, wie und ob Eisschelfe kollabieren werden“, sagte Willis.
Neben den möglichen Auswirkungen von Schneematsch auf die Hydrofrakturierung hat er auch einen großen Einfluss auf die Schmelzrate. Da Schneematsch und Seen weniger weiß sind als Schnee oder Eis, absorbieren sie mehr Wärme von der Sonne und verursachen so mehr Schneeschmelze. Dieses zusätzliche Schmelzen wird derzeit in Klimamodellen nicht berücksichtigt, was zu Unterschätzungen bei den Prognosen zum Schmelzen der Eisschichten und zur Stabilität der Eisschelfe führen kann.
„Ich war überrascht, dass dieses Schmelzwasser in den Klimamodellen so schlecht berücksichtigt wurde“, sagte Dell. „Unsere Aufgabe als Wissenschaftler ist es, Unsicherheiten zu reduzieren, deshalb wollen wir unsere Modelle immer verbessern, damit sie so genau wie möglich sind.“
„In Zukunft werden sich wahrscheinlich Orte in der Antarktis verändern, die derzeit weder Wasser noch Matsch haben“, sagte Willis. „Wenn sich das Klima weiter erwärmt, wird es zu mehr Schmelzen kommen, was Auswirkungen auf die Eisstabilität und den Anstieg des Meeresspiegels haben könnte.“
Mehr Informationen:
Wesentlicher Beitrag von Schneematsch zum Schmelzwassergebiet antarktischer Schelfeise, Naturgeowissenschaften (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01466-6