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Im Jahr 2002 brach das Larsen-B-Schelfeis, eine Fläche von 3.250 Quadratkilometern, an der Antarktischen Halbinsel ab. In den Jahren zuvor kam es zu häufigen, kleineren Kalbungen und die Fließgeschwindigkeit des Eises nahm zu, was untypisch ist für ein Schelfeis. Eine neue Studie zeigt jetzt, dass dieses ungewöhnliche Verhalten Anzeichen für den bevorstehenden Kollaps gewesen sein könnten. In der Zukunft könnten diese Warnzeichen helfen, weitere Zusammenbrüche von antarktischen Schelfeisen frühzeitig zu erkennen.
«Der Zusammenbruch des Larsen-B-Schelfeises wird im Allgemeinen als ein unabhängiges Ereignis betrachtet», sagt Shujie Wang, Assistenzprofessor an der Pennsylvania State University und Hauptautor der Studie. «Unsere Arbeit zeigt, dass es die letzte Phase einer Kalbungssequenz war, die 1998 begann und durch atmosphärische und ozeanische Erwärmungsanomalien gesteuert wurde, die die Schelfeisstruktur im Laufe der Zeit schwächten.»
Forschenden ist seit langem bekannt, dass die steigenden Luft- und Wassertemperaturen die Schelfeise von oben und von unten schmelzen und schwächen. Welche Prozesse jedoch genau zum Zusammenbruch eines Schelfeises führen, ist noch nicht gut verstanden. Für die Vorhersage des Meeresspiegelanstiegs ist ein besseres Verständnis über die Reaktion der Schelfeise auf die andauernde Erwärmung allerdings wichtig, so das Autorenteam.
«Der Verlust von Schelfeis durch die Erwärmung der Umwelt ist der schnellste Weg für die Antarktis, um den Anstieg des Meeresspiegels voranzutreiben, aber es bleibt sehr schwer vorherzusagen, zum Teil, weil wir so wenige Beobachtungen haben», sagt Richard Alley, Evan Pugh Universitätsprofessor für Geowissenschaften an der Pennsylvania State University und Co-Autor der Studie. «Das Larsen-B-Schelfeis hielt nicht viel Landeis zurück, so dass sein Verlust für den Meeresspiegel nicht sehr wichtig war, aber es bietet ein hervorragendes Labor, um die Frühwarnzeichen und die Prozesse des Schelfeisverlustes zu lernen. Die neuen Erkenntnisse, die hier gewonnen wurden, sollten bei den umfassenderen Bemühungen helfen, zu prognostizieren, wie die Erwärmung mit den Schelfeisen interagieren wird, um den künftigen Beitrag zum Meeresspiegelanstieg zu kontrollieren.»
In der Studie, die in der Fachzeitschrift Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht wurde, betrachtet das Forschungsteam das Verhalten des Schelfeises bis in die 1960er Jahre zurück und analysierte die Veränderungen im Laufe der Zeit anhand von Satellitendaten, Modellexperimenten und Klimareanalysedaten.
Sie kamen zu dem Ergebnis, dass das Schelfeis vor dem Zusammenbruch von einer Phase mit typischen großen Kalbungsereignissen in eine Phase mit häufigeren, kleineren Abbrüchen und einer schnelleren Fließgeschwindigkeit überging. Letzteres könnte dem Autorenteam zufolge als quantifizierbare Vorläufer für die Destabilisierung des Schelfeises dienen.
«Normalerweise brechen große Eisbrocken ab, wachsen jahrzehntelang nach und brechen dann wieder ab», erklärt Wang, der auch am Earth and Environmental Systems Institute der Pennsylvania State University tätig ist. «Hier gab es viele kleinere Kalbungen, und das Eis wuchs nicht nach. Und als es sich von felsigen Inseln zurückzog, die als Stütze für das Schelfeis dienten, konnte dieses die Strömung nicht mehr zurückhalten.»
Fünf der kleineren Kalbungen, die zwischen 1998 und 2002 auftraten, konnten mit Klimaanomalien wie La Niña und dem Southern Annular Mode in Verbindung gebracht werden. Wärmeres Ozeanwasser hat möglicherweise Kanäle unter dem Schelfeis durchschnitten und die Scherränder, empfindliche Teile des Schelfeises, weiter geschwächt. Die Scherränder trennen fließendes Eis von festsitzendem Eis oder Gestein und weisen oft mehr Brüche und weicheres Eis auf, so die Forschenden.
Das Team vermutet, dass das Aufbrechen eines Scherrandes die Kalbungsimpulse ausgelöst haben könnte. Mit dem einhergehenden Rückzug des Eises, löste es sich von kleinen Felseninseln, die als Stützpfeiler dienten, um das Eisschild zu halten. «Wenn man ein Stück Papier an eine Wand nagelt, verhindern die Nadeln, dass das Papier auf den Boden fällt», so Wang. «So ist es auch mit dem Eisfluss – diese felsigen Inseln dienen als ‚Anheftungspunkte‘, die das Eis verankern und seinen Weg ins Meer verlangsamen.»
Die Verteilung solch felsiger Inseln unter Schelfeisen kann den Forschenden zufolge dazu beitragen, die Anfälligkeit eines Eisschildes zu bestimmen. Bei Larsen-B spielten die geschwächten Scherränder und limitierten Verankerungsmöglichkeiten eine wichtige Rolle bei der Destabilisierung.
Julia Hager, PolarJournal
Link zur Studie: Shujie Wang, Hongxing Liu, Richard B. Alley et al. Multidecadal pre- and post-collapse dynamics of the northern Larsen Ice Shelf, Earth and Planetary Science Letters, Volume 609, 2023. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2023.118077