Neue Forschungsergebnisse liefern einen beispiellosen Einblick in die Einflüsse auf die Meereisbewegung in der Arktis

Eine neue Studie unter der Leitung von Forschern der Brown University bietet neue Einblicke in die Kräfte über und unter der Meeresoberfläche, die die Bewegung und Ausbreitung des Meereises im Arktischen Ozean beeinflussen, der sich mehr als doppelt so schnell wie der globale Durchschnitt erwärmt.

Die eingehende Analyse zeigt, wie lokale Gezeitenströmungen die Bewegung des Eises auf seiner Reise stark beeinflussen und bietet einen beispiellosen Einblick in die Art und Weise, wie die Beschaffenheit des Meeresbodens einige der abruptesten Veränderungen verursacht.

Daten aus der Studie können zur Verbesserung komplexer Computersimulationen verwendet werden, die zur Vorhersage der Meereisbedingungen in der Arktis verwendet werden. Langfristig können die Ergebnisse dazu beitragen, zu klären, wie der Klimawandel die Arktis verändert, und zukünftige Klimavorhersagen zu treffen.

„Das Eis spürt deutlich den Einfluss des Meeresbodens“, sagte Daniel Watkins, Postdoktorand bei Brown und Hauptautor der neuen Studie, die in veröffentlicht wurde Geophysikalische Forschungsbriefe. „Die Landschaft am Meeresboden, wie Schluchten und Festlandsockel, beeinflusst Gezeiten und andere Meeresströmungen. Und während es driftet, bewegt sich das Meereis über viele verschiedene Unterwasserstrukturen. Wir sehen starke Veränderungen in der Dynamik des Meereises es geht um diese Unterwassermerkmale.“

Anhand von Daten der größten jemals treibenden Meereis-Bojenanordnung sowie Satellitenbildern aus 20 Jahren untersuchten die Forscher die Bewegung des Meereises, während es vom Arktischen Ozean durch eine Tiefwasserpassage namens Framstraße und schließlich in die Grönlandsee driftete . Die Analyse enthüllte den Einfluss des Meeresbodens auf einige der abruptesten Veränderungen, die sich auf das Meereis auswirken, wie dramatische Geschwindigkeitszuwächse oder Bewegungen, die das Eis dazu zwingen, sich dicht zusammenzuballen oder sogar auseinanderzubrechen.

„Was wir mit diesem Datensatz sehen, ist ein Übergang von der zentralen Arktis, wo sich das Eis größtenteils als Ganzes bewegt und Windmustern folgt, zu Gebieten, in denen wir viel stärkere Auswirkungen von Meeresströmungen sehen“, sagte Watkins.

Die Arktis ist der Teil der Erde, der sich am schnellsten erwärmt, und es ist seit langem bekannt, dass das Meereis in der Region eine wichtige Rolle für das Klima des Planeten spielt. Das Eis wirkt beispielsweise wie eine reflektierende Oberfläche und lenkt ab, wie viel Sonnenlicht von der Erde absorbiert wird. Wenn es verschwindet, wird mehr Sonnenlicht absorbiert, was zu einer Erwärmung des Planeten führt. Viele Wissenschaftler gehen außerdem davon aus, dass das Verschwinden des arktischen Eises Auswirkungen auf das Wetter auf der gesamten Nordhalbkugel haben wird und zu Perioden bitterer Kälte, schlimmen Hitzewellen und katastrophalen Überschwemmungen führen wird.

Mit der Studie wollten die Forscher tiefer in die Veränderungen eintauchen, die in diesem äußerst wichtigen Teil der Erde stattfinden. Ein Großteil der Daten für die Studie wurde während der größten Polarexpedition der Geschichte gesammelt – dem Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate.

Umfassende Untersuchungen zeigen einen plötzlichen Anstieg der Eisgeschwindigkeit

Während der Expedition verbrachten Forscherteams abwechselnd ein Jahr lang mit dem Meereis an Bord eines riesigen deutschen Eisbrechers im Arktischen Ozean. Watkins war im Oktober 2019 zwei Wochen lang dort, um bei der Installation eines Netzwerks autonomer Sensoren rund um das Basislager zu helfen. Dort koordinierte Watkins Hubschrauberflüge zu abgelegenen Stellen des Meereises, arbeitete mit Analysten zusammen, um geeignete Standorte für Instrumente und Bojen zu finden, und setzte sie auf dem Eis ein.

Während der einjährigen Expedition wurden 214 Bojen eingesetzt, davon 51 während Watkins‘ Amtszeit auf der Expedition. Die Studie basiert auf GPS-Daten, die von einem Satz von 108 Bojen übertragen wurden, die von der zentralen Arktis durch die Framstraße in die Grönlandsee trieben.

Der Schwerpunkt lag auf den sogenannten Randeiszonen in der Grönlandsee und der Framstraße, der Übergangszone zwischen dem offenen, eisfreien Ozean und dem Packeis der zentralen Arktis.

Im Rahmen ihrer Analyse analysierte die Gruppe auch Satellitenmessungen aus den Jahren 2003 bis 2020, um die Daten, die die Bojen im Laufe des Jahres gesammelt hatten, in einen historischen Kontext zu stellen. Mithilfe der Satellitendaten konnten starke Veränderungen der Eisgeschwindigkeit und Eisbewegung bestätigt werden, die nur durch den Einfluss des Meeresbodens auf das Meereis erklärt werden konnten.

Als die Forscher beispielsweise die Daten aus einem Gebiet nordöstlich von Spitzbergen in Norwegen betrachteten, stellten sie fest, dass die Geschwindigkeit des Eises plötzlich zunahm, obwohl sich der Wind nicht geändert hatte. Das bedeutete, dass das Eis durch die Meeresströmungen gedrückt wurde, also untersuchte das Team tiefer, um herauszufinden, wo und wie dies geschieht.

Sie fanden heraus, dass sich das Meereis dort beschleunigt, wo der Transpolare Driftstrom, eine der Hauptströmungen des arktischen Ozeans, endet, und der sich schnell bewegende Ostgrönlandstrom, der sich aufgrund einer Kombination aus Erdrotation und dem Rand des Festlandsockels bildet Meeresboden, beginnt. Die Analyse zeigt, wie das Meereis auf unterschiedliche Meeresströmungen reagiert und dass der Meeresboden eine Rolle spielt.

„Zu Beginn dieser Reise gab es fast keinen Unterschied in der Driftgeschwindigkeit über die gesamte Bojengruppe hinweg“, sagte Watkins. „Dann gab es im Wesentlichen einen Tag, an dem der Wind nachließ und das Eis in die Grenzströmung lief und einfach abhob. Es war wie eine Änderung von einem Tag auf den nächsten in dem, was das Eis drückte.“

Als nächste Schritte planen die Forscher, mit Modellentwicklern zusammenzuarbeiten, um die Daten aus der Studie in Prognosen darüber umzusetzen, wie sich das Eis bewegen wird und wo es enden wird. Sie planen außerdem, ein Eisschollen-Tracking-Tool weiterzuentwickeln, um die Bewegung einzelner Eisstücke zu verfolgen. Das Tool würde Forschern helfen, Details der Eisbewegung zu erkennen, die für Standardansätze unsichtbar sind.

„Wir hoffen, die sich verändernde Eisphysik in einer sich erwärmenden Arktis zu verstehen und damit unsere Modelle dieser Physik zu verbessern“, sagte Watkins.

Zu den weiteren Forschern, die neben Watkins an der Studie beteiligt waren, gehörten Monica Martinez Wilhelmus, Assistenzprofessorin für Ingenieurwissenschaften und leitende Autorin der Studie, sowie Angela C. Bliss vom Goddard Space Flight Center der NASA und Jennifer K. Hutchings von der Oregon State University .