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#Meeresspiegelanstieg #Antarktis #Thwaites

In der Klimaschutz-Blase wird gegenwärtig die Situation am Thwaites-Gletscher der Westantarktis ausführlich besprochen. Die Möglichkeit, dass er kollabiert und ein Abschmelzen der dahinter liegenden Eismassen der Westantarktis erleichtert, wurde unter anderem auf facebook und Twitter unter dem hashtag #Thwaites diskutiert. Das Nachrichtenmagazin Focus nennt ihn sogar Gletscher des Weltuntergangs. Auch wenn diese Bezeichnung übertrieben ist, sobald das Abschmelzen des Gletschers einen Kipppunkt überschritten hat und unumkehrbar wird, könnte der Meeresspiegel im Verlauf von Jahrzehnten bis Jahrhunderten um mehr als 3 m ansteigen. Das sind schlechte Aussichten für die Küstenregionen der Welt, z.B. für Bangladesch, die Niederlande oder auch Hamburg. Eine drastische Verringerung der Treibhausgase kann das Abschmelzen verlangsamen, sie ist wesentlich, denn für die Möglichkeit der Anpassung ist die verbleibende Zeit bedeutend. Der Gletscher steht daher unter der verschärften Beobachtung der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft. Im Folgenden wird der gegenwärtige wissenschaftliche Stand beschrieben.ThwaitesÜberblick des Arbeitsgebietes der Forschenden im Amundsenmeer-Sektor der Westantarktis. a) Die Höhenkarte erlaubt einen Blick auf die topografischen Strukturen des Westantarktischen Grabensystems (WARS), welches überwiegend von Eis bedeckt und vom Transantarktischen Gebirge, den Ellsworth-Whitmore Bergen (EWM) und Marie Byrd Land (MBL) umgeben ist. Die geologisch relativ junge Region ist durchzogen von Vulkanen (rote Kreise), die mit erhöhtem geothermischen Wärmestrom assoziiert werden können. b) Der Westantarktische Eisschild (WAIS) überzieht die gesamte Region und fließt über große Gletscher, wie Pine Island Gletscher (PIG), Thwaites Gletscher (THW) oder Pope Gletscher (PG), bis hin zum Südozean. Der kumulative Eismassenverlust von fast 5000 Gigatonnen in dieser Region über die letzten vier Jahrzehnte (1979-2017) stellt 36% des Eismassenverlusts des gesamten antarktischen Kontinents dar. (Grafik © Ricarda Dziadek)

 

Viel Erdwärme unter dem Eisstrom

Forschende kartieren geothermale Wärmeströme in der Westantarktis; neuer Schwachpunkt der Eisschild-Stabilität identifiziert

Der gigantische Thwaites-Gletscher in der Westantarktis bedeckt rund 192.000 Quadratkilometer und damit eine Fläche mehr als doppelt so groß wie Österreich. Es wurde beobachtet, dass er durch den Klimawandel immer schneller schmilzt. Kollabiert er ganz, könnte das katastrophale Folgen für den globalen Meeresspiegel und die Stabilität des westantarktischen Eisschildes haben. Die Eismassenverluste des Thwaites-Gletschers in der Westantarktis verursachen heutzutage schon rund vier Prozent des globalen Meeresspiegelanstieges. Dieser Anteil könnte weiter steigen, denn kaum ein anderer Eisstrom in der Antarktis verändert sich derzeit so drastisch wie der riesige Thwaites-Gletscher. Wie zahlreiche Messkampagnen der letzten Jahre zeigen, ist der Eiskoloss in Folge des Klimawandels beunruhigend instabil geworden. Fachleute führen diese Veränderungen auf den Klimawandel sowie auf die Tatsache zurück, dass der Gletscher vielerorts auf dem Meeresboden aufliegt und somit für warme Wassermassen erreichbar ist. So hat das immer wärmere Meerwasser aus der angrenzenden Amundsen-See den Gletscher so weit unterspült und abgeschmolzen, dass sich die Aufsetzlinie – also die Grenze, an der das Eis noch auf dem Boden aufliegt – seit 1992 um 14 Kilometer ins Landesinnere zurückgezogen hat.

Ein weiterer, bislang vernachlässigter Einflussfaktor kommt nun hinzu. Wie deutsche und britische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in einer aktuellen Studie zeigen, steigt unter dem Gletscher auffallend viel Wärme aus dem Erdinneren auf und beeinflusst das Gleitverhalten der Eismassen vermutlich seit Jahrmillionen. Die hohen geothermalen Wärmeströme wiederum sind darauf zurückzuführen, dass der Gletscher in einem tektonischen Graben liegt, dessen Erdkruste deutlich dünner ist als zum Beispiel jene der benachbarten Ostantarktis. Die Studie erschien kürzlich im Nature-Online-Fachmagazin Communications Earth & Environment1).

Die Westantarktis ist im Gegensatz zur Ostantarktis eine erdgeschichtlich junge Region. Sie besteht auch nicht aus einer großen, zusammenhängenden Landmasse, deren Erdkruste bis zu 40 Kilometer dick ist, sondern aus vielen kleinen und meist dünneren Krustenblöcken, die durch ein sogenanntes Graben- oder Riftsystem voneinander getrennt werden. In vielen Gräben dieses Riftsystems ist die Erdkruste nur 17 bis 25 Kilometer dünn, was zum einen dazu führt, dass große Teile des Untergrundes ein bis zwei Kilometer unterhalb des Meeresspiegels liegen. Zum anderen ließ die Existenz der Gräben Forschende schon lange vermuten, dass in diesen Regionen vergleichsweise viel Wärme aus dem Erdinneren an die Oberfläche aufsteigt. Mit ihren neuen Kartierungen dieser geothermalen Wärmeströme im Hinterland des westantarktischen Amundsenmeeres schaffen die Forschenden des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und des British Antarctic Survey (BAS) nun Gewissheit.

„Unsere Messdaten zeigen, dass dort, wo die Erdkruste nur 17 bis 25 Kilometer dick ist, geothermale Wärmeströme von bis zu 150 Milliwatt pro Quadratmeter unter dem Thwaites-Gletscher auftreten. Das entspricht Werten, wie sie in Gebieten des Oberrheintalgrabens und des ostafrikanischen Grabenbruchs gemessen werden“, sagt die Erstautorin und AWI-Geophysikerin Dr. Ricarda Dziadek.

In welchem Maße die aufsteigende Erdwärme die Unterseite des Gletschers erwärmt, können die Geophysiker:innen anhand ihrer Daten nicht beziffern. „Die Temperatur an der Gletscherunterseite ist von vielen Faktoren abhängig – zum Beispiel von der Frage, ob der Untergrund aus kompaktem Felsgestein besteht oder aber aus meterdicken wassergetränkten Sedimenten. Wasser leitet aufsteigende Wärme hervorragend. Es kann aber auch dafür sorgen, dass die Wärme davongetragen wird, noch bevor sie bis zur Unterseite des Gletschers vordingen kann“, sagt Co-Autor und AWI-Geophysiker Dr. Karsten Gohl.

Dennoch könnten die Wärmeströme ein entscheidender Faktor sein, den es bei der Frage nach der Zukunft des Thwaites-Gletschers zu beachten gelte. „Höhere Erdwärme kann zum Beispiel dazu führen, dass der Untergrund des Gletscherbettes nicht mehr richtig durchfriert oder aber sich ein konstanter Wasserfilm an seiner Oberfläche bildet. Beides führt dazu, dass die Eismassen leichter über den Untergrund gleiten. Bricht dann auch noch die Bremswirkung der Schelfeise weg, wie wir es ja aktuell in der Westantarktis beobachten, können sich die Gletscher auch aufgrund des höheren Erdwärmestroms enorm beschleunigen“, so Karsten Gohl.

Die neuen Erdwärme-Kartierungen beruhen auf verschiedenen Erdmagnetfeld-Datensätzen aus der Westantarktis, welche die beteiligten Wissenschaftler:innen in einem aufwendigen Verfahren zusammengeführt und ausgewertet haben. „Erdwärmeströme aus Magnetfelddaten abzuleiten ist ein bewährtes Verfahren, das vor allem in Regionen angewandt wird, in denen man wenig über die Beschaffenheit des Untergrundes weiß“, erläutert der Ko-Autor Fausto Ferraccioli vom British Antarctic Survey und vom Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale (OGS).

 

Seismischer Blick unter den Riesengletscher

AWI-Forschende planen für 2022 Messkampagne in der Westantarktis

Im Rahmen eines großen internationalen Kooperationsprojekts wollen Forschende des AWI im Jahr 2022 mit seismischen Wellen unter den Eiskoloss schauen und so die Beschaffenheit des Bodens untersuchen, auf dem der Riese fließt. Die wertvollen Daten werden dann dabei helfen, mit Computermodellen das künftige Schicksal des Thwaites-Gletschers genauer vorherzusagen.

Durch Schmelzwasser und abbrechende Eisberge verliert der Thwaites heute doppelt so viel Eis wie noch vor 30 Jahren und ist zusammen mit seinen westantarktischen Gletschernachbarn derzeit für gut 10 Prozent des globalen Meeresspiegelanstiegs verantwortlich. Ginge das gesamte Eis der Westantarktis verloren, würden die weltweiten Pegel um mehr als drei Meter steigen.


Dieses Video der International Thwaites Glacier Collaboration (ITGC) beschreibt die Situation bildhaft (englische Sprache)

„Damit ist klar, dass die künftige Entwicklung des Thwaites-Gletschers von weltweiter Bedeutung ist“, sagt Prof. Dr. Olaf Eisen, Glaziologe am Alfred-Wegener-Institut. „Für bessere Prognosen müssen wir deshalb die Eigenschaften des Gletschers genau kennen. Dazu gehört auch die Unterseite des Eises. Wie sieht der Boden aus, auf dem der Gletscher sitzt? Ist er hart und felsig oder besteht er aus Sedimenten? Ist das Eis am Boden angefroren oder gibt es dazwischen einen Flüssigkeitsfilm? All das ist entscheidend dafür, wie schnell der Gletscher in Richtung Meer fließt.“

Olaf Eisen und das AWI sind Partner der International Thwaites Glacier Collaboration (ITGC), die unter Leitung der US-Amerikanischen National Science Foundation und dem britischen Natural Environment Research Council den Thwaites-Gletscher erforscht. Im Teilprojekt GHOST (Geophysical Habitat of Subglacial Thwaites) planen er und sein AWI-Kollege Dr. Coen Hofstede derzeit eine Messkampagne, die Informationen über den Untergrund des Eiskolosses sammeln soll. Dazu werden Hofstede und zwei weitere AWI-Mitarbeitende in die Westantarktis reisen und dort mit dem Vibroseis-Verfahren unter das kilometerdicke Eis des Thwaites schauen.

„Wir sind weltweit die Einzigen, die diese Technik in der Antarktis einsetzen können“, sagt Olaf Eisen. Dabei wird ein geländegängiger Buggy auf einer großen Platte als Schlitten über den Gletscher gezogen. Alle 50 bis 100 Meter wird angehalten, dann fährt ein Stempel aus dem Fahrzeug nach unten und versetzt den Boden in Schwingungen. Diese seismischen Wellen wandern durch das Eis des Gletschers und in den Boden darunter. Die Wellen werden dann an bestimmten Schichtgrenzen reflektiert und an der Oberfläche von Geophonen registriert. „Insgesamt sind 480 Geophone zu 60 Kanälen zusammengeschaltet und regelmäßig über ein 1.5 Kilometer langes Kabel – den Streamer – verteilt, den wir hinter dem Buggy herziehen“, erklärt der Glaziologe Coen Hofstede. „Die aufgenommenen Daten erlauben uns dann Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des Bodens unter dem Gletscher.“

Mithilfe der Daten soll im Teilprojekt GHOST unter anderem die Frage geklärt werden, wie sich der Gletscher künftig im Bereich eines bestimmten Bergrückens unter dem Eis verhalten wird, der etwa 70 Kilometer von der aktuellen Aufsetzlinie entfernt im Landesinneren verläuft. Sollte der in Zukunft schneller fließende Gletscher dort wieder abgebremst oder gar gestoppt werden, könnte sich der vollständige Kollaps des Thwaites möglicherweise verzögern.

Alfred-Wegener-Institut - Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)

British Antarctic Survey (BAS)

International Thwaites Glacier Collaboration (ITGC)


1) Ricarda Dziadek, Fausto Ferraccioli, Karsten Gohl (2021): High geothermal heat flow beneath Thwaites Glacier in West Antarctica inferred from aeromagnetic data. Communications Earth & Environment, DOI: 10.1038/s43247-021-00242-3