Unterwasserkartierung liefert neue Erkenntnisse zum Schmelzen der antarktischen Eisschelfe

Ein internationales Forscherteam – darunter Wissenschaftler der University of East Anglia (UEA) – setzte ein unbemanntes Tauchboot unter dem Dotson-Schelfeis in der Westantarktis ein. Das Unterwasserfahrzeug „Ran“ war so programmiert, dass es in den Hohlraum des 350 Meter dicken Schelfeises eintauchte und das darüber liegende Eis mit einem hochmodernen Sonar abtastete.

Innerhalb von 27 Tagen reiste das U-Boot mehr als 1.000 Kilometer hin und her unter dem Schelf und drang dabei 17 Kilometer in die Höhle ein.

Ein Schelfeis ist eine Masse aus Gletschereis, die von Nebengletschern vom Land gespeist wird und im Meer über einer Schelfeishöhle schwimmt. Das Dotson-Schelfeis ist Teil des westantarktischen Eisschildes – und liegt neben dem Thwaites-Gletscher –, von dem man aufgrund seiner Größe und Lage annimmt, dass es einen potenziell großen Einfluss auf den zukünftigen Anstieg des Meeresspiegels haben wird.

Die Forscher berichten über die Ergebnisse dieser einzigartigen Untersuchung in einem Papier„Wirbel und Schaufeln: Eisbasisschmelze enthüllt durch Multibeam-Bilder eines antarktischen Schelfeises“, veröffentlicht in der Zeitschrift Wissenschaftliche Fortschritte.

Sie fanden einige Dinge wie erwartet. Zum Beispiel schmilzt der Gletscher dort schneller, wo starke Unterwasserströmungen seine Basis erodieren. Mit dem Tauchboot konnten sie zum ersten Mal die Strömungen unter dem Gletscher messen und nachweisen, warum der westliche Teil des Dotson-Schelfeises so schnell schmilzt. Sie fanden auch Hinweise auf ein sehr hohes Schmelzen an vertikalen Brüchen, die sich durch den Gletscher ziehen.

Allerdings entdeckte das Team auch neue Muster an der Gletscherbasis, die Fragen aufwerfen. Die Kartierung ergab, dass die Basis nicht glatt ist, sondern eine Berg- und Tal-Eislandschaft mit Plateaus und Formationen aufweist, die Sanddünen ähneln. Die Forscher vermuten, dass diese durch fließendes Wasser unter dem Einfluss der Erdrotation entstanden sein könnten.

Die Hauptautorin Anna Wåhlin, Professorin für Ozeanographie an der Universität Göteborg in Schweden, sagte: „Wir haben zuvor Satellitendaten und Eisbohrkerne verwendet, um zu beobachten, wie sich Eisschelfe im Laufe der Zeit verändern. Indem wir das Tauchboot in die Höhle navigierten, konnten wir hochauflösende Karten der Eisunterseite erstellen. Es ist ein bisschen so, als würde man zum ersten Mal die Rückseite des Mondes sehen.“

Die Expedition wurde 2022 im Rahmen einer Forschungsfahrt für die TARSAN Projekt, eine Initiative im Rahmen des Internationale Thwaites-Gletscher-ZusammenarbeitDas Projekt untersucht, wie atmosphärische und ozeanische Prozesse das Verhalten der Thwaites- und Dotson-Eisschelfe beeinflussen – benachbarte Eisschelfe, die sich unterschiedlich verhalten.

Co-Autor Dr. Rob Hall von der School of Environmental Sciences der UEA war Co-Leiter der Kreuzfahrt auf der RV Nathaniel B Palmer, auf der die Beobachtungen von Januar bis März 2022 gemacht wurden. Er sagte: „Anna und ihr Team steuerten ihr autonomes Unterwasserfahrzeug ‚Ran‘ erfolgreich über 1.000 km unter dem Dotson-Schelfeis und sammelten dabei eine riesige Menge an Daten und Proben, deren Verarbeitung und Analyse mehrere Jahre dauern wird.“

„Die unglaublich hochauflösenden Bilder von der Unterseite des Schelfeises sind das Tüpfelchen auf dem i und werden völlig neue Wege der wissenschaftlichen Forschung eröffnen.“

Prof. Karen Heywood, ebenfalls von der UEA und Co-Autorin, ist die britische leitende Wissenschaftlerin des TARSAN-Projekts. Sie sagte: „Die Arbeit an diesem Projekt war so aufregend. Als Anna die ersten Bilder von der Unterseite des Dotson-Schelfeises herumschickte, waren wir begeistert – niemand hatte das je zuvor gesehen. Aber wir waren auch verblüfft – es gab Risse und Wirbel im Eis, die wir nicht erwartet hatten. Es sah eher aus wie Kunst!“

„Wir fragten uns, was die Ursache dafür sein könnte. Alle Glaziologen und Ozeanographen des TARSAN-Projekts kamen zusammen, um Ideen zu sammeln. Es war wie Detektivarbeit – wir nutzten grundlegende Meeresphysik, um Theorien anhand der Form und Größe der Muster unter dem Eis zu testen. Wir konnten zum ersten Mal einige der Prozesse zeigen, die zum Schmelzen der Unterseite von Schelfeis führen.

Prof. Heywood fügte hinzu: „Diese Schelfeise schwimmen bereits auf dem Meer, sodass ihr Schmelzen den Meeresspiegel nicht direkt beeinflusst. Letztendlich führt das Schmelzen der Schelfeise jedoch dazu, dass die Gletscher an Land weiter flussaufwärts schneller fließen und destabilisiert werden, was zu einem Anstieg des Meeresspiegels führt. Daher werden diese neuen Beobachtungen der Gemeinschaft der Eismodellierer helfen, die großen Unsicherheiten hinsichtlich des zukünftigen Meeresspiegels zu verringern.“

Wissenschaftler sind sich mittlerweile darüber im Klaren, dass es bei künftigen Forschungsmissionen unter den Gletschern noch eine Fülle von Prozessen zu entdecken gibt.

„Die Kartierung hat uns neue Daten geliefert, die wir genauer untersuchen müssen. Es ist klar, dass viele bisherige Annahmen über das Abschmelzen der Gletscherunterseiten nicht zutreffen. Aktuelle Modelle können die komplexen Muster, die wir sehen, nicht erklären. Aber mit dieser Methode haben wir eine bessere Chance, die Antworten zu finden“, sagte Prof. Wåhlin.

„Es sind bessere Modelle erforderlich, um vorherzusagen, wie schnell die Eisschelfe in Zukunft schmelzen werden. Es ist spannend, wenn Ozeanographen und Glaziologen zusammenarbeiten und Fernerkundungsdaten mit ozeanographischen Felddaten kombinieren. Dies ist erforderlich, um die stattfindenden glaziologischen Veränderungen zu verstehen – die treibende Kraft liegt im Ozean.“

Im Januar 2024 kehrte die Gruppe mit Ran zum Dotson-Schelfeis zurück, um die Untersuchungen zu wiederholen, in der Hoffnung, Veränderungen zu dokumentieren. Sie konnten jedoch nur einen Tauchgang durchführen, bevor Ran unter dem Eis verschwand.

„Obwohl wir wertvolle Daten zurückbekommen haben, haben wir nicht alles erreicht, was wir uns erhofft hatten“, sagte Prof. Wåhlin. „Diese wissenschaftlichen Fortschritte wurden dank des einzigartigen Tauchboots Ran möglich. Diese Forschung ist notwendig, um die Zukunft des antarktischen Eisschildes zu verstehen, und wir hoffen, Ran ersetzen und diese wichtige Arbeit fortsetzen zu können.“