Der Meereisspiegel im Arktischen Ozean nimmt dank der globalen Erwärmung rapide ab. Um nun das Wachstum und den Zerfall des Eises zu verstehen und vorherzusagen, haben Forscher aus Japan und kooperierenden Ländern eine Untersuchung im Arktischen Ozean durchgeführt, um den Einfluss der Meereswärme auf das Meereis in der Eis-Ozean-Grenzschicht zu untersuchen. Ihre Ergebnisse liefern Einblicke in die Mechanismen des Meereisrückgangs in der Arktis, um genaue Vorhersagen über das globale Klima in der Zukunft treffen zu können.
Das Meereis (ein Begriff für Eis, das nicht an der Küste anhaftet) im Arktischen Ozean befindet sich derzeit aufgrund der globalen Erwärmung auf einem Allzeittief. Wissenschaftler haben zuvor versucht, das Eis in dieser Region zu untersuchen; Aufgrund seiner ständigen Verschiebung durch starke Oberflächenwinde und Meeresströmungen ist es jedoch schwierig, es kontinuierlich zu überwachen.
Wachstum und Zerfall des Meereises können durch das Zusammenspiel von Treibeis und der oberflächennahen Ozeanschicht beeinflusst werden, wo turbulente Hitze- und Salzschwankungen die Eisbildung bestimmen. Turbulenzen an der Eis-Ozean-Grenzschicht (IOBL), der Übergangszone zwischen Meereis und Meerwasser, werden auch durch das Eindringen von Süßwasser aus schmelzendem Meereis und den physikalischen Ausschluss von Sole während der Eisbildung geprägt. Während einige Untersuchungen zu den Mechanismen der Meereisbildung durchgeführt wurden, ist die kombinierte Wirkung von mechanischen und auftriebsbedingten Kräften auf diesen Prozess noch wenig verstanden.
Jetzt hat ein gemeinsames Forscherteam der Universität Tokio, der Hokkaido-Universität und des National Institute of Polar Research Daten verwendet, die während der internationalen schiffsgestützten MOSAiC-Beobachtungsexpedition gesammelt wurden, um die arktische IOBL beim Übergang vom Schmelzen zum Wiedereinfrieren zu untersuchen Echtzeit. Das Team wurde von Dr. Yusuke Kawaguchi vom Atmospheric and Ocean Research Institute der Universität Tokio geleitet und umfasste Dr. Daiki Nomura von der Hokkaido University und Dr. Jun Inoue vom National Institute of Polar Research.
„Aufgrund der komplexen Muster der Wärme- und Energieübertragung ist die Physik der kalten Ozeane kompliziert. Unser Ziel war es, das thermodynamische Wachstum und den Zerfall des Meereises zu quantifizieren und dabei die Auswirkungen des Wärme- und Salzaustauschs mit oberflächennahem Wasser zu berücksichtigen turbulente Kräfte“, sagt Dr. Kawaguchi. Die Ergebnisse des Teams wurden in veröffentlicht Journal of Geophysical Research-Oceans. Dieses Papier wurde am 20. Juli 2022 online verfügbar gemacht und am 19. August 2022 in Band 127, Ausgabe 8 der Zeitschrift veröffentlicht.
Das Team kombinierte verschiedene Datensätze, darunter Beobachtungen von Luft, Meereis und Ozeaneigenschaften von der Eisscholle. Diese wurden während der letzten Phase der MOSAiC-Studie gesammelt, einem internationalen Projekt zur Untersuchung der Klima-, Ozean- und Meereiseigenschaften des Arktischen Ozeans.
Aus ihrer Untersuchung folgerte das Team, dass das gegenwärtige arktische Meereis anfälliger dafür ist, im Sommer zu schmelzen und im Herbst und frühen Winter zu gefrieren als zuvor. Bei der Untersuchung der Hauptergebnisse spricht Dr. Kawaguchi, der Hauptautor, über die Eigenschaften von Meerwasser und Meereis, die dieses faszinierende Phänomen antreiben. „Unsere erste Entdeckung war, dass starke Winde im Sommer das Wasser dort vermischen, wo sich Eis und Ozean treffen. Wir konnten zeigen, dass direkt unter dem Meereis eine verstärkte Wärmeübertragung stattfindet“, erklärt er.
Ihre zweite Erkenntnis betrifft den Abfall des Salzgehalts des Meerwassers, wenn es sich mit dem Schmelzwasser des Meereises vermischt. „Wenn sich Schmelzwasser unter dem Meereis ansammelt, nimmt der Salzgehalt des Meerwassers ab und dann steigt die Gefriertemperatur. Dadurch wird das Schmelzen des Meereises zu einem früheren Zeitpunkt beendet, da das Wasser leichter gefriert“, sagt Dr. Kawaguchi.
Das Team ist begeistert von den Auswirkungen, die ihre Ergebnisse auf das Gebiet der polaren Ozeanographie haben, insbesondere im Zusammenhang mit dem Klimawandel. Das Team entwickelt derzeit ein Gerät, das gleichzeitig Meereisbewegung und Salzgehalt am IOBL misst, in der Hoffnung, dass es mehr Daten erfassen wird, um ein klareres Bild der Schwankungen im arktischen Meereis zu zeichnen.
„Die Ausdehnung des arktischen Meereises kann das regionale Klima an entfernten Orten wie Japan durch atmosphärische Störungen beeinflussen. Wir glauben, dass die Untersuchung des Meereises es uns ermöglichen wird, zukünftige Veränderungen des Erdklimas besser vorherzusagen“, sagt Dr. Kawaguchi.
Yusuke Kawaguchi et al, Turbulent Mixing During Late Summer in the Ice-Ocean Boundary Layer in the Central Arctic Ocean: Results From the MOSAiC Expedition, Journal of Geophysical Research: Ozeane (2022). DOI: 10.1029/2021JC017975
Bereitgestellt von der Forschungsorganisation für Information und Systeme