Schmelzwasser, das unter antarktischen Gletschern fließt, könnte ihren Rückzug beschleunigen

Eine neue Studie zur Modellierung des antarktischen Eisschildes von Wissenschaftlern der Scripps Institution of Oceanography der UC San Diego legt nahe, dass Schmelzwasser, das von unterhalb der antarktischen Gletscher ins Meer fließt, dazu führt, dass diese schneller Eis verlieren.

Die Simulationen des Modells legen nahe, dass dieser Effekt groß genug ist, um unter Szenarios mit hohen Treibhausgasemissionen einen bedeutenden Beitrag zum globalen Meeresspiegelanstieg zu leisten.

Der zusätzliche Eisverlust, der dadurch verursacht wird, dass dieses Schmelzwasser von unterhalb der antarktischen Gletscher ins Meer fließt, wird derzeit in den Modellen, die große Prognosen zum Anstieg des Meeresspiegels erstellen, wie etwa denen des ,, nicht berücksichtigt Zwischenstaatlicher Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC). Sollte sich herausstellen, dass dieser Prozess ein wichtiger Faktor für den Eisverlust auf dem gesamten antarktischen Eisschild ist, könnte dies bedeuten, dass aktuelle Prognosen das Tempo des globalen Meeresspiegelanstiegs in den kommenden Jahrzehnten unterschätzen.

„Zu wissen, wann und wie stark der globale Meeresspiegel ansteigen wird, ist für das Wohlergehen der Küstengemeinden von entscheidender Bedeutung“, sagte Tyler Pelle, Hauptautor der Studie und Postdoktorand bei Scripps. „Millionen Menschen leben in tief gelegenen Küstengebieten und ohne genaue Prognosen zum Anstieg des Meeresspiegels können wir unsere Gemeinden nicht angemessen darauf vorbereiten.“

Die Studie wurde am 27. Oktober veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschrittemodellierten den Rückzug zweier Gletscher in der Ostantarktis im Jahr 2300 unter verschiedenen Emissionsszenarien und prognostizierten deren Beiträge zum Anstieg des Meeresspiegels. Im Gegensatz zu früheren Eisschildmodellen der Antarktis berücksichtigte dieses Modell den Einfluss dieses Schmelzwasserflusses von unterhalb der Gletscher ins Meer, der als subglaziale Entladung bekannt ist.

Die beiden Gletscher Denman und Scott, auf die sich die Studie konzentrierte, enthalten zusammen genug Eis, um einen Anstieg des Meeresspiegels um fast 1,5 Meter (5 Fuß) zu verursachen. In einem Szenario mit hohen Emissionen (IPCCs SSP5-8.5 Szenario, das keine neue Klimapolitik voraussetzt und bis zum Jahr 2100 einen Anstieg der CO2-Emissionen um 20 % vorsieht), stellte das Modell fest, dass die subglaziale Entladung den Beitrag dieser Gletscher zum Anstieg des Meeresspiegels um 15,7 % erhöhte, von 19 Millimeter (0,74 Zoll) auf 22 Millimeter ( 0,86 Zoll) bis zum Jahr 2300.

Diese direkt nebeneinander liegenden Gletscher liegen auf einem mehr als drei Kilometer tiefen Kontinentalgraben. Sobald ihr Rückzug den steilen Hang des Grabens erreicht, wird ihr Beitrag zum Anstieg des Meeresspiegels voraussichtlich dramatisch zunehmen. Mit dem zusätzlichen Einfluss des subglazialen Abflusses stellte das Modell fest, dass sich die Gletscher über diese Schwelle hinaus etwa 25 Jahre früher zurückzogen als ohne ihn.

„Ich denke, dieses Papier ist ein Weckruf für die Modellierungsgemeinschaft. Es zeigt, dass man diese Systeme nicht genau modellieren kann, ohne diesen Prozess zu berücksichtigen“, sagte Jamin Greenbaum, Co-Autor der Studie und Forscher am Scripps‘ Institute für Geophysik und Planetenphysik.

Eine wichtige Erkenntnis, die über die wenig erforschte Rolle der subglazialen Entladung bei der Beschleunigung des Meeresspiegelanstiegs hinausgeht, ist die Bedeutung dessen, was die Menschheit in den kommenden Jahrzehnten tun wird, um die Treibhausgasemissionen einzudämmen, sagte Greenbaum. Die Niedrigemissionsszenarien des Modells zeigten nicht, dass sich die Gletscher vollständig in den Graben zurückzogen, und verhinderten die daraus resultierenden außer Kontrolle geratenen Beiträge zum Anstieg des Meeresspiegels.

„Wenn es hier eine Weltuntergangsgeschichte gibt, dann handelt es sich nicht um eine subglaziale Entladung“, sagte Greenbaum. „Die wahre Weltuntergangsgeschichte sind immer noch die Emissionen, und die Menschheit ist immer noch diejenige, die den Finger am Knopf hat.“

In der Antarktis entsteht subglaziales Schmelzwasser durch Schmelzen dort, wo das Eis auf kontinentalem Grundgestein sitzt. Die Hauptquellen für die Wärme, die das Eis in Kontakt mit dem Boden schmilzt, sind die Reibung des Eises, das über das Grundgestein schleift, und geothermische Wärme aus dem Erdinneren, die durch die Kruste nach oben dringt.

Frühere Untersuchungen legten nahe, dass subglaziales Schmelzwasser ein gemeinsames Merkmal von Gletschern auf der ganzen Welt ist und unter ihnen vorhanden ist mehrere andere riesige antarktische Gletscher, darunter die berüchtigten Thwaites-Gletscher in der Westantarktis.

Es wird angenommen, dass das Abschmelzen des Gletschers beschleunigt wird, wenn subglaziale Abflüsse ins Meer fließen Eisschelf– eine lange schwimmende Eiszunge, die sich über den letzten Teil des Gletschers, der noch Kontakt mit festem Boden hat, bis ins Meer erstreckt (bekannt als die Erdungsleitung).

Es wird angenommen, dass subglaziale Entladungen das Abschmelzen des Schelfeises und den Rückzug der Gletscher beschleunigen, indem sie eine Vermischung der Ozeane bewirken, die zusätzliche Meereswärme in den Hohlraum unter dem schwimmenden Schelfeis eines Gletschers bringt. Dieses verstärkte Abschmelzen des Schelfeises führt dann zu einer Beschleunigung des vorgelagerten Gletschers, was den Anstieg des Meeresspiegels vorantreiben kann.

Die Annahme, dass subglaziale Abflüsse ein zusätzliches Schmelzen des Schelfeises verursachen, sei in der wissenschaftlichen Gemeinschaft weithin akzeptiert, sagte Greenbaum. Es wurde jedoch nicht in die Prognosen zum Anstieg des Meeresspiegels einbezogen, da viele Forscher nicht sicher waren, ob der Effekt des Prozesses groß genug war, um den Anstieg des Meeresspiegels zu erhöhen, hauptsächlich weil seine Auswirkungen rund um das Schelfeis des Gletschers lokalisiert sind.

Pelle sagte, die subglaziale Entladung sei 2021 auf sein Radar gekommen, als er und seine Kollegen beobachteten, dass das Schelfeis des Denman-Gletschers in der Ostantarktis angesichts der lokalen Meerestemperaturen schneller schmolz als erwartet. Erstaunlicherweise schmolz das Schelfeis des Denman-Nachbarn Scott Glacier trotz praktisch identischer Meeresbedingungen viel langsamer.

Um zu testen, ob der subglaziale Abfluss die auf den Eisschelfs Denman und Scott beobachteten Schmelzraten in Einklang bringen kann und ob subglaziale Schmelzwasser den Anstieg des Meeresspiegels beschleunigen könnte, kombinierte das Team Modelle für drei verschiedene Umgebungen: den Eisschild und den Raum zwischen dem Eis Blatt und Grundgestein und das Meer.

Nachdem die Forscher die drei Modelle zu einem vereint hatten, führten sie mit einem NASA-Supercomputer eine Reihe von Projektionen bis zum Jahr 2300 durch.

Die Prognosen umfassten drei Hauptszenarien: ein Kontrollszenario ohne zusätzliche Erwärmung des Ozeans, ein Low-Emissions-Pfad (SSP1-2.6)und ein Pfad mit hohen Emissionen (SSP5-8.5). Für jedes Szenario erstellten die Forscher Prognosen mit und ohne Einfluss der heutigen subglazialen Abflussmengen.

Die Simulationen des Modells ergaben, dass die Hinzufügung subglazialer Abflüsse die Schmelzraten an Denman- und Scott-Gletschern in Einklang brachte. Zur Frage, warum der Scott-Gletscher so viel langsamer schmolz als der Denman-Gletscher, sagte Pelle, das Modell zeige, dass „ein starker subglazialer Abflusskanal über die Erdungslinie des Denman-Gletschers abfloss, während ein schwächerer Abflusskanal über die Erdungslinie des Scott-Gletschers abfloss.“ Die Stärke des Entladungskanals bei Denman, erklärte Pelle, sei für das schnelle Schmelzen verantwortlich.

Bei den Kontroll- und Niedrigemissionsmodellläufen waren die Beiträge zum Anstieg des Meeresspiegels nahe Null oder sogar leicht negativ, mit oder ohne subglazialen Abfluss im Jahr 2300. In einem Szenario mit hohen Emissionen stellte das Modell jedoch fest, dass der subglaziale Abfluss den Meeresspiegel erhöhte Anstiegsbeitrag dieser Gletscher von 19 Millimeter (0,74 Zoll) auf 22 Millimeter (0,86 Zoll) im Jahr 2300.

Im Szenario mit hohen Emissionen, das subglazialen Abfluss beinhaltete, zogen sich die Denman- und Scott-Gletscher im Jahr 2240 in den zwei Meilen tiefen Graben unter ihnen zurück, etwa 25 Jahre früher als in den Modellläufen ohne subglazialen Abfluss. Sobald sich die Erdungslinien der Denman- und Scott-Gletscher über den Rand dieses Grabens zurückziehen, explodiert ihr jährlicher Beitrag zum Anstieg des Meeresspiegels und erreicht einen Spitzenwert von 0,33 Millimetern (0,01 Zoll) pro Jahr – etwa die Hälfte des heutigen jährlichen Meeresspiegels Anstiegsbeitrag des gesamten antarktischen Eisschildes.

Pelle sagte, die steile Neigung des Grabens sei der Grund für diesen explosionsartigen Anstieg des Beitrags zum Anstieg des Meeresspiegels. Während sich der Gletscher den Hang hinab zurückzieht, beginnt sein Schelfeis, an seiner Vorderkante immer dickere Eisplatten zu verlieren. Dieser Prozess des Eisverlusts übersteigt die Eisansammlung im Inneren der Eisdecke schnell und führt zu einem weiteren Rückgang der Gletscher. Forscher bezeichnen diesen Prozess als „Marine-Eisschild-Instabilität“ und er kann zu einem explosionsartigen Eisverlust von Gletschern wie Denman und Scott führen.

Forscher bezeichnen die Topographie wie den Graben unter den Denman- und Scott-Gletschern als rückläufigen Hang und befürchten, dass dadurch eine positive Rückkopplungsschleife entsteht, durch die der Rückgang der Gletscher zu noch mehr Rückzug führt. Große Gebiete des westantarktischen Eisschildes, wie z Thwaites-Gletscherhaben auch rückläufige Hänge, die zwar nicht so dramatisch sind wie der Denman-Scott-Graben, aber zu Ängsten vor größeren Ausmaßen beitragen Instabilität der Eisdecke.

„Subglaziales Schmelzwasser wurde unter den meisten, wenn nicht allen antarktischen Gletschern vermutet, darunter Thwaites-, Pine-Island- und Totten-Gletscher“, sagte Pelle. „Alle diese Gletscher ziehen sich zurück und tragen zum Anstieg des Meeresspiegels bei, und wir zeigen, dass die subglaziale Entladung ihren Rückzug beschleunigen könnte. Es ist dringend erforderlich, dass wir diese anderen Gletscher modellieren, damit wir das Ausmaß der Auswirkungen der subglazialen Entladung in den Griff bekommen können.“ .“

Genau das tun die Forscher hinter dieser Studie. Pelle sagte, sie seien dabei, einen Forschungsvorschlag einzureichen, um ihr neues Modell auf den gesamten antarktischen Eisschild auszudehnen.

Zukünftige Iterationen des Modells könnten auch versuchen, die subglaziale Umgebung mit den Eisschild- und Ozeanmodellen zu koppeln, sodass die Menge des subglazialen Schmelzwassers dynamisch auf diese anderen Faktoren reagiert. Greenbaum sagte, dass die aktuelle Version ihres Modells die Menge an subglazialem Schmelzwasser während der gesamten Modellläufe konstant hielt und dass eine dynamische Reaktion auf die Umgebung das Modell wahrscheinlich realistischer machen würde.

„Das bedeutet auch, dass es sich bei unseren Ergebnissen wahrscheinlich um eine konservative Schätzung der Auswirkungen der subglazialen Entladung handelt“, sagte Greenbaum. „Allerdings können wir noch nicht sagen, wie stark der Anstieg des Meeresspiegels durch diesen Prozess beschleunigt wird – hoffentlich ist es nicht zu viel.“

Ein Teil von Greenbaums bevorstehender Feldforschung in der Antarktis, unterstützt von NSF und NASA, zielt darauf ab, die Auswirkungen von subglazialem Schmelzwasser sowohl auf die Eisschilde der Ost- als auch der Westantarktis direkt zu untersuchen.

In Zusammenarbeit mit der Australian Antarctic Division und dem Korea Polar Research Institute werden Greenbaum und seine Mitarbeiter die Eisschelfs des Denman- und des Thwaites-Gletschers in der Ost- bzw. Westantarktis besuchen und nach direkten Beweisen dafür suchen, dass subglaziales Süßwasser in den darunter liegenden Ozean fließt das Schelfeis der Gletscher und trägt zur Erwärmung bei.

Neben Pelle und Greenbaum waren Christine Dow von der University of Waterloo, Adrian Jenkins von der Northumbria University und Mathieu Morlighem vom Dartmouth College Co-Autoren der Studie.