Forscher haben extrem hohe Schmelzraten am Boden des grönländischen Eisschilds beobachtet, die durch riesige Mengen Schmelzwasser verursacht werden, die von der Oberfläche auf die Basis fallen. Wenn das Schmelzwasser fällt, wird Energie in Wärme umgewandelt, ähnlich wie die Wasserkraft großer Staudämme.
Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der University of Cambridge fand heraus, dass die Wirkung von Schmelzwasser, das von der Oberfläche der Eisdecke in den Untergrund – einen Kilometer oder mehr darunter – absinkt, bei weitem die größte Wärmequelle unter der zweitgrößten der Welt ist Eisschild, was zu phänomenal hohen Schmelzraten an seiner Basis führt.
Die Schmierwirkung von Schmelzwasser hat einen starken Einfluss auf die Bewegung von Gletschern und die in den Ozean abgegebene Eismenge, aber die direkte Messung der Bedingungen unter einem Kilometer Eis ist eine Herausforderung, insbesondere in Grönland, wo Gletscher zu den sich am schnellsten bewegenden der Welt gehören.
Dieser Mangel an direkten Messungen macht es schwierig, das dynamische Verhalten des grönländischen Eisschildes zu verstehen und zukünftige Veränderungen vorherzusagen. Mit Eisverlusten, die sowohl mit dem Schmelzen als auch mit dem Abfluss verbunden sind, ist der grönländische Eisschild heute der größte Einzelverursacher des globalen Meeresspiegelanstiegs.
Nun, in einer Studie veröffentlicht in der Proceedings of the National Academy of Scienceshat das von Cambridge geleitete Team herausgefunden, dass die Gravitationsenergie von Schmelzwasser, das sich an der Oberfläche bildet, in Wärme umgewandelt wird, wenn es durch große Risse im Eis auf die Basis übertragen wird.
Jeden Sommer bilden sich Tausende von Schmelzwasserseen und -bächen auf der Oberfläche des grönländischen Eisschilds, wenn die Temperaturen steigen und das tägliche Sonnenlicht zunimmt. Viele dieser Seen entwässern schnell auf den Grund der Eisdecke und fallen durch Risse und große Brüche, die sich im Eis bilden. Bei anhaltender Wasserzufuhr aus Bächen und Flüssen bleiben Verbindungen zwischen Oberfläche und Sohle oft offen.
Im Rahmen des EU-geförderten ANTWORT Projekt hat Professor Poul Christoffersen vom Scott Polar Research Institute in Cambridge diese Schmelzwasserseen untersucht, wie und warum sie so schnell abfließen und welche Auswirkungen sie auf das Gesamtverhalten der Eisdecke haben, wenn die globalen Temperaturen weiter ansteigen.
Die aktuelle Arbeit, an der Forscher der Universität Aberystwyth beteiligt sind, ist der Höhepunkt einer siebenjährigen Studie, die sich auf den Store-Gletscher konzentriert, einen der größten Ausläufer des grönländischen Eisschilds.
„Bei der Untersuchung des basalen Schmelzens von Eisschilden und Gletschern betrachten wir Wärmequellen wie Reibung, geothermische Energie, latente Wärme, die dort freigesetzt wird, wo Wasser gefriert, und Wärmeverluste in das darüber liegende Eis“, sagte Christoffersen. „Aber was wir uns nicht wirklich angesehen haben, war die Wärme, die durch das abfließende Schmelzwasser selbst erzeugt wird. Im Wasser, das sich an der Oberfläche bildet, ist viel Gravitationsenergie gespeichert, und wenn es fällt, muss die Energie irgendwohin gehen.“
Um die basalen Schmelzraten zu messen, verwendeten die Forscher phasenempfindliches Radio-Echo-Sounding, eine Technik, die am British Antarctic Survey entwickelt und zuvor auf schwimmenden Eisschilden in der Antarktis eingesetzt wurde.
„Wir waren uns nicht sicher, ob die Technik auch auf einem schnell fließenden Gletscher in Grönland funktionieren würde“, sagte Erstautor Dr. Tun Jan Young, der das Radarsystem im Rahmen seiner Doktorarbeit auf dem Store-Gletscher installierte. in Cambridge. „Im Vergleich zur Antarktis verformt sich das Eis sehr schnell und es gibt im Sommer viel Schmelzwasser, was die Arbeit erschwert.“
Die mit Radar beobachteten basalen Schmelzraten waren oft so hoch wie die an der Oberfläche mit einer Wetterstation gemessenen Schmelzraten: Allerdings erhält die Oberfläche Energie von der Sonne, die Basis jedoch nicht. Um die Ergebnisse zu erklären, taten sich die Cambridge-Forscher mit Wissenschaftlern der University of California Santa Cruz und dem Geological Survey of Denmark and Greenland zusammen.
Die Forscher berechneten, dass im Sommer 2014 jeden Tag bis zu 82 Millionen Kubikmeter Schmelzwasser in das Bett des Store-Gletschers geleitet wurden Drei-Schluchten-Staudamm in China, das größte Wasserkraftwerk der Welt. Mit einer Schmelzfläche, die sich im Hochsommer auf fast eine Million Quadratkilometer ausdehnt, produziert der grönländische Eisschild mehr Wasserkraft als die zehn größten Wasserkraftwerke der Welt zusammen.
„Angesichts dessen, was wir in den hohen Breiten in Bezug auf den Klimawandel beobachten, könnte sich diese Form der Wasserkraft leicht verdoppeln oder verdreifachen, und wir berücksichtigen diese Zahlen immer noch nicht einmal, wenn wir den Beitrag der Eisdecke zum Anstieg des Meeresspiegels abschätzen“, sagte er Christoffersen.
Um die vom Radarsystem aufgezeichneten hohen Grundschmelzraten zu verifizieren, integrierte das Team unabhängige Temperaturmessungen von Sensoren, die in einem nahe gelegenen Bohrloch installiert waren. An der Basis stellten sie eine Wassertemperatur von bis zu +0,88 Grad Celsius fest, was für eine Eisplattenbasis mit einem Schmelzpunkt von -0,40 Grad unerwartet warm ist.
„Die Bohrlochbeobachtungen bestätigten, dass sich das Schmelzwasser erwärmt, wenn es auf die Sohle trifft“, sagte Christoffersen. „Der Grund dafür ist, dass das basale Entwässerungssystem viel weniger effizient ist als die Brüche und Leitungen, die das Wasser durch das Eis leiten. Die verringerte Entwässerungseffizienz verursacht Reibungswärme im Wasser selbst. Als wir diese Wärmequelle aus unseren Berechnungen herausnahmen, Die theoretischen Schätzungen der Schmelzrate lagen ganze zwei Größenordnungen darüber. Die vom fallenden Wasser erzeugte Wärme schmilzt das Eis von unten nach oben, und die von uns gemeldete Schmelzrate ist völlig beispiellos.“
Die Studie liefert den ersten konkreten Beweis für einen Mechanismus des Massenverlusts von Eisschilden, der in den Projektionen des globalen Meeresspiegelanstiegs noch nicht enthalten ist. Während die hohen Schmelzraten spezifisch für die Wärme sind, die in subglazialen Entwässerungspfaden erzeugt wird, die Oberflächenwasser führen, ist das Volumen des in Grönland produzierten Oberflächenwassers riesig und wächst, und fast alles davon fließt in den Boden ab.
Schnelles basales Schmelzen des grönländischen Eisschildes durch Oberflächenschmelzwasserentwässerung, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2116036119.