Neue Studie findet Frühwarnzeichen vor dem Kollaps des antarktischen Schelfeises im Jahr 2002

Im Jahr 2002 brach eine Eisfläche von der Größe von Rhode Island dramatisch von der Antarktis ab, als das Larsen-B-Schelfeis einstürzte. Eine neue Studie über die Bedingungen, die zum Zusammenbruch geführt haben, könnte laut einem von der Penn State geführten Team von Wissenschaftlern Warnsignale aufzeigen, die auf einen zukünftigen Rückzug des antarktischen Schelfeises zu achten sind.

„Der Zusammenbruch des Larsen-B-Schelfeises wird allgemein als unabhängiges Ereignis angesehen“, sagte Shujie Wang, Assistenzprofessor für Geographie an der Penn State University. „Unsere Arbeit zeigt, dass es die letzte Phase in einer Kalbungssequenz war, die 1998 begann und sowohl von atmosphärischen als auch von ozeanischen Erwärmungsanomalien kontrolliert wurde, die die Schelfeisstruktur im Laufe der Zeit schwächten.“

Schelfeis sind schwimmende Eiszungen, die mit dem Land verbunden sind, sich aber ausdehnen und auf dem Meerwasser schwimmen. Wissenschaftler wissen seit langem, dass sich erwärmende Luft- und Meerestemperaturen schmelzen und Eisschelfs von der Oberfläche und dem Untergrund schwächen, aber die genauen Prozesse, die zum Kollaps führen, sind nicht gut verstanden.

Und weil Schelfeis als Stützpfeiler dient, der Gletscher an Land zurückhält, die in Richtung Ozean fließen, ist es wichtig zu verstehen, wie sie auf eine anhaltende Erwärmung reagieren werden, um die Vorhersagen für den Anstieg des Meeresspiegels richtig zu machen, sagten die Wissenschaftler.

„Schelfeisverlust durch Umwelterwärmung ist der schnellste Weg für die Antarktis, den Anstieg des Meeresspiegels voranzutreiben, bleibt aber teilweise sehr schwer vorherzusagen, weil wir so wenige Beobachtungen haben“, sagte Richard Alley, Professor für Geowissenschaften an der Evan Pugh University an der Penn State und Co-Autor der Studie. „Das Larsen-B-Schelfeis hat nicht viel Landeis zurückgehalten, und daher war sein Verlust für den Meeresspiegel nicht sehr wichtig, aber es bietet ein hervorragendes Labor, um die Frühwarnzeichen und die Prozesse des Schelfeisverlusts zu lernen. Die neuen Erkenntnisse Die hier gewonnenen Erkenntnisse sollten bei den größeren Bemühungen helfen, zu prognostizieren, wie die Erwärmung mit den Eisschelfs interagieren wird, um zukünftige Beiträge zum Anstieg des Meeresspiegels zu kontrollieren.

Die Wissenschaftler sammelten bereits in den 1960er Jahren Daten über das Schelfeis und analysierten Veränderungen im Laufe der Zeit mithilfe von Satellitenbeobachtungen, Modellierungsexperimenten und Klimareanalysedaten.

Vor dem Zusammenbruch von 2002 erlebte das Schelfeis einen Übergang von typischen großen Kalbungsereignissen – wenn Eisbrocken in den Ozean abbrechen – zu häufigeren, kleineren Kalbungen und zu einem schnelleren, weit verbreiteten Eisfluss in Richtung Meer.

„Normalerweise brechen große Eisbrocken ab, wachsen jahrzehntelang nach und brechen wieder ab“, sagte Wang, Hauptautor der Studie und Mitarbeiter des Earth and Environmental Systems Institute und des Institute for Computational and Data Sciences an der Penn State. „Hier kam es zu vielen kleineren Kalbungen, und das Eis wuchs nicht nach. Und als es sich von felsigen Inseln zurückzog, die als Stützpfeiler für das Schelfeis dienten, konnte das die Strömung nicht mehr zurückhalten.“

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine weit verbreitete Strömungsbeschleunigung und häufiges Kalben kleiner Eisberge als quantifizierbare Vorläufer für die Destabilisierung des Schelfeises dienen könnten, berichteten die Wissenschaftler in der Zeitschrift Erd- und Planetenwissenschaftsbriefe.

Fünf Kalbungsimpulse, die zwischen 1998 und 2002 beobachtet wurden, korrespondierten mit Klimaanomalien, die durch La Niña und den Southern Annular Mode verursacht wurden, der durch starke Westwinde in der südlichen Hemisphäre gekennzeichnet war, die sich näher an die Antarktis bewegten.

Wärmeres Ozeanwasser hat möglicherweise Kanäle unter dem Schelfeis geschnitten, wodurch gefährdete Teile des Schelfeises, die als Scherränder bezeichnet werden, weiter geschwächt werden. Diese Ränder trennen fließendes Eis von stehendem Eis oder Gestein, und die Gebiete weisen oft mehr Brüche und weicheres Eis auf, sagten die Wissenschaftler.

„Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Anomalien des warmen Klimas das Auftreten des Kalbens kontrollieren, während das Ausmaß und die Geschwindigkeit des Kalbens von der Schelfeisgeometrie und den mechanischen Bedingungen bestimmt werden, insbesondere von der Festigkeit der schwächsten Scherkante“, sagte Wang.

Das Versagen einer Schergrenze im nördlichen Teil der Eisdecke könnte die Kalbungsimpulse ausgelöst haben, und als sich das Eis zurückzog, bewegte es sich von felsigen Inseln weg, die als Stützpfeiler gedient hatten, um die Platte an Ort und Stelle zu halten, sagten die Wissenschaftler.

„Wenn Sie ein Stück Papier an eine Wand heften, verhindern die Nadeln, dass das Papier auf den Boden fällt“, sagte Wang. „Das Gleiche gilt für den Eisfluss – diese felsigen Inseln dienen als ‚Pinning Points‘, die das Eis verankern und seinen Marsch zum Meer verlangsamen.“

Die Verteilung dieser Pinning-Punkte kann helfen, die Anfälligkeit einer Eisdecke zu bestimmen, da ein schwacher Scherrand mit begrenzten Stützquellen eine vorherrschende Rolle bei der Destabilisierung des Larsen-B-Schelfeises und dem Beginn der Kalbungssequenz kleiner Eisberge spielte, berichteten die Wissenschaftler.

„Diese kleineren Gebiete sind für die gesamte Region von Bedeutung“, sagte Wang. „Wenn Sie ein Schelfeis als ein komplexes System betrachten, können lokale Bereiche einen dominierenden Einfluss auf das gesamte Schelfeis haben. Diese Grundlagen sind wichtig, denn wenn wir die Grundlagen nicht verstehen, können wir nicht die genauesten Vorhersagen treffen die Zukunft.“