Studie zeigt, dass Schelfeise unter dem Gewicht von Schmelzwasserseen brechen

Wenn die Lufttemperaturen in der Antarktis steigen und das Gletschereis schmilzt, kann sich Wasser auf der Oberfläche schwimmender Eisschelfs ansammeln, diese beschweren und dazu führen, dass sich das Eis verbiegt. Jetzt haben Forscher zum ersten Mal auf diesem Gebiet gezeigt, dass Schelfeise unter dem Gewicht von Schmelzwasserseen nicht nur nachgeben, sondern auch brechen.

Wenn sich das Klima erwärmt und die Schmelzraten in der Antarktis zunehmen, könnte dieser Bruch dazu führen, dass gefährdete Eisschelfs zusammenbrechen, wodurch Gletschereis im Landesinneren in den Ozean austritt und zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt.

Schelfeise sind wichtig für die allgemeine Gesundheit des antarktischen Eisschildes, da sie das Gletschereis an Land stützen oder zurückhalten. Wissenschaftler haben vorhergesagt und modelliert, dass die Schmelzwasserbelastung an der Oberfläche zum Bruch des Eisschelfs führen könnte, aber bisher hatte niemand diesen Prozess vor Ort beobachtet.

Die neue Studie, veröffentlicht im Zeitschrift für Glaziologiekönnte erklären, wie das Larsen-B-Schelfeis im Jahr 2002 abrupt zusammenbrach. In den Monaten vor seinem katastrophalen Auseinanderbrechen übersäten Tausende von Schmelzwasserseen die Oberfläche des Schelfeises, das dann innerhalb weniger Wochen abfloss.

Um die Auswirkungen von Oberflächenschmelzwasser auf die Stabilität des Schelfeises zu untersuchen, reiste ein Forschungsteam unter der Leitung der University of Colorado Boulder und unter Beteiligung von Forschern der University of Cambridge im November 2019 zum George VI-Schelfeis auf der Antarktischen Halbinsel.

Zunächst identifizierte das Team eine Vertiefung oder „Doline“ in der Eisoberfläche, die sich durch ein früheres Entwässerungsereignis eines Sees gebildet hatte und von der sie annahmen, dass sich Schmelzwasser wahrscheinlich wieder auf dem Eis ansammeln würde. Dann machten sie sich mit Schneemobilen auf den Weg und zogen ihre gesamte wissenschaftliche Ausrüstung und Sicherheitsausrüstung auf Schlitten hinter sich her.

Rund um die Doline installierte das Team hochpräzise GPS-Stationen, um kleine Höhenänderungen an der Eisoberfläche zu messen, Wasserdrucksensoren, um die Seetiefe zu messen, und ein Zeitrafferkamerasystem, um alle 30 Minuten Bilder der Eisoberfläche und der Schmelzwasserseen aufzunehmen .

Im Jahr 2020 brachte die COVID-19-Pandemie ihre Feldarbeit völlig zum Erliegen. Als das Team im November 2021 endlich zu seinem Einsatzort zurückkehrte, waren nur noch zwei GPS-Sensoren und eine Zeitrafferkamera übrig; Zwei weitere GPS- und alle Wasserdrucksensoren waren überschwemmt und in festem Eis begraben.

Glücklicherweise erfassten die überlebenden Instrumente die vertikale und horizontale Bewegung der Eisoberfläche sowie Bilder des Schmelzwassersees, der sich während der rekordverdächtigen Schmelzsaison 2019/20 bildete und abfloss.

GPS-Daten zeigten, dass sich das Eis in der Mitte des Seebeckens als Reaktion auf das erhöhte Gewicht des Schmelzwassers um etwa einen Fuß nach unten wölbte. Diese Erkenntnis baut auf früheren Arbeiten auf, die die ersten direkten Feldmessungen der durch Schmelzwasseransammlungen und -entwässerung verursachten Knickung des Schelfeises ergaben.

Das Team stellte außerdem fest, dass sich der horizontale Abstand zwischen dem Rand und der Mitte des Schmelzwasserseebeckens um über einen Fuß vergrößerte. Dies war höchstwahrscheinlich auf die Bildung und/oder Verbreiterung kreisförmiger Brüche rund um den Schmelzwassersee zurückzuführen, die in den Zeitrafferbildern erfasst wurden. Ihre Ergebnisse liefern den ersten feldbasierten Beweis für einen Bruch des Schelfeises als Reaktion darauf, dass ein Schmelzwassersee an der Oberfläche das Eis belastet.

„Das ist eine aufregende Entdeckung“, sagte Hauptautorin Alison Banwell vom Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) an der University of Colorado Boulder. „Wir glauben, dass diese Art von kreisförmigen Brüchen entscheidend für den kettenreaktionsartigen Seeentwässerungsprozess war, der zum Aufbrechen des Larsen-B-Schelfeises beigetragen hat.“

„Obwohl diese Messungen auf einem kleinen Gebiet durchgeführt wurden, zeigen sie, dass das Biegen und Brechen von schwimmendem Eis aufgrund von Oberflächenwasser möglicherweise weiter verbreitet ist als bisher angenommen“, sagte Co-Autorin Dr. Rebecca Dell vom Scott Polar Research Institute in Cambridge.

„Da das Abschmelzen als Reaktion auf die vorhergesagte Erwärmung zunimmt, könnten die Schelfeise anfälliger für das Aufbrechen und Kollabieren sein als derzeit.“

„Dies hat Auswirkungen auf den Meeresspiegel, da die Stützung des Inlandeises reduziert oder entfernt wird, wodurch die Gletscher und Eisströme schneller in den Ozean fließen können“, sagte Co-Autor Professor Ian Willis, ebenfalls vom SPRI.

Die Arbeit unterstützt Modellierungsergebnisse, die zeigen, dass das enorme Gewicht Tausender Schmelzwasserseen und die anschließende Entwässerung dazu führten, dass sich das Larsen-B-Schelfeis krümmte und brach, was zu seinem Zusammenbruch beitrug.

„Diese Beobachtungen sind wichtig, weil sie zur Verbesserung von Modellen verwendet werden können, um besser vorherzusagen, welche antarktischen Schelfeise anfälliger und in Zukunft am anfälligsten für einen Zusammenbruch sind“, sagte Banwell.