A Positive Feedback between Iceberg Calving and Local Sea Level through Hydrostatic Pressure
Diese Studie enthüllt einen bisher unerforschten positiven Rückkopplungsmechanismus, bei dem lokale Meeresspiegelabsenkungen, verursacht durch den Massenverlust der Eisschilde, den hydrostatischen Druck an den Kalbungsfronten verringern, um das weitere Kalben und den Eisverlust zu beschleunigen, was letztlich den projizierten Massenverlust der Eisschilde über 200 Jahre um 86 % erhöht und die Notwendigkeit unterstreicht, lokale Meeresspiegeldynamiken mit Kalbungsprozessen in zukünftigen Projektionen zu koppeln.
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Die gewaltigen Eisschilde Grönlands und der Antarktis sind keine statischen Monumente; sie sind dynamische, fließende Flüsse aus gefrorenem Wasser, die ständig mit dem sie umgebenden Ozean interagieren. Wenn diese massiven Schilde Eis verlieren, fügen sie den Ozeanen nicht nur Wasser hinzu; sie verändern auch die Form der Wasseroberfläche in ihrer unmittelbaren Umgebung. Da Eis so schwer ist, zieht es das umgebende Meerwasser mit seiner eigenen Schwerkraft zu sich heran. Wenn ein Gletscher schrumpft, schwächt sich dieser gravitative Zug ab, wodurch das Wasser sich ausbreiten kann und der lokale Meeresspiegel in der Nähe des Eisrandes tatsächlich sinkt. Wissenschaftler wissen seit langem, dass dieser lokale Abfall des Meeresspiegels als Bremse für das Schmelzen wirkt. Wenn das Wasser vom Fuß eines am Boden fixierten Gletschers zurückweicht, verlangsamt sich der Eisfluss und der Rückzug der Grundlinie wird stabilisiert. Dieser stabilisierende Effekt war ein wesentlicher Bestandteil der Art und Weise, wie Forscher die Zukunft unserer Küstenlinien vorhersagen.
Eine neue Studie von Forschern des Georgia Institute of Technology und des Dartmouth College zeigt jedoch, dass diese Beziehung komplexer ist als bisher angenommen. Während der Abfall des Meeresspiegels den Eisfluss vom Land her zwar verlangsamen mag, kann er gleichzeitig das Abbrechen von Eisbergen an der Gletscherkante beschleunigen. Die Forscher konzentrierten sich auf den Amundsen-See-Sektor in Westantarktika, eine Region, in der der Eisverlust rasant beschleunigt hat. Sie entdeckten, dass ein Absinken des lokalen Meeresspiegels den Wasserdruck, der gegen die untergetauchte Fläche des fixierten Eises drückt, verringert. Diese Reduzierung des hydrostatischen Drucks erzeugt eine Spannung, die das Eis dazu anregt, Risse zu bilden und auseinanderzubrechen, was zu mehr Kalben von Eisbergen in den Ozean führt. In einer ironischen Wendung des Schicksals kann genau der Mechanismus, von dem man annahm, dass er den Eisverlust verlangsamt, unter bestimmten Bedingungen eine Kettenreaktion auslösen, die ihn beschleunigt.
Um zu verstehen, wie dies funktioniert, nutzte das Team ein hochentwickeltes Computermodell, um die Zukunft der Pine-Island- und Thwaites-Gletscher zu simulieren, zwei der verwundbarsten Eisströme der Antarktis. Sie führten eine Reihe von Experimenten durch, um zu sehen, wie das Eis reagieren würde, wenn der lokale Meeresspiegel um spezifische Beträge sinken würde, die von einem Meter bis zu zwanzig Metern reichten. In ihren ersten Tests wandten sie diese Absenkungen nur an der Vorderseite des Gletschers an, dort wo das Eis auf das Wasser trifft. Die Ergebnisse waren bemerkenswert. Als der Meeresspiegel an der Kalbungsfront sank, begannen die Eisschelfe, die normalerweise als Stütze fungieren und den Eisfluss vom Land her zurückhalten, viel schneller zu kollabieren. Ohne die Unterstützung dieser Schelfe zogen sich die Gletscher rapide zurück. In Simulationen, in denen der Meeresspiegel an der Front um zwanzig Meter sank, stieg der Eisverlust im Vergleich zu einem Szenario ohne Meeresspiegeländerung um mehr als dreihundert Prozent. Umgekehrt bestätigten sie mit der Anwendung desselben Absinkens des Meeresspiegels nur an dem Punkt, an dem das Eis erstmals das Land verlässt, dass die Gletscher langsamer wurden, was die alte Theorie untermauerte, dass Meeresspiegelsenkungen die Grundlinie stabilisieren können.
Die wahre Tragweite dieser Entdeckung zeigte sich, als die Forscher diese Effekte in einer vollständig gekoppelten Simulation kombinierten. Anstatt den Meeresspiegel an einem spezifischen Ort zu erzwingen, ließen sie das Modell berechnen, wie sich der Meeresspiegel als Reaktion auf das schmelzende Eis natürlich verändern würde, wobei sie die Verschiebung der Schwerkraft und das Heben und Senken der Erdkruste berücksichtigten. In diesem realistischen Szenario sank der Meeresspiegel am stärksten direkt vor den Gletschern, während diese zurückwichen. Dieser lokale Abfall des Wasserspiegels reduzierte den Druck gegen die Eisfläche, was dazu führte, dass das Eis häufiger brach und abfiel. Die Forscher fanden heraus, dass diese positive Rückkopplungsschleife, bei der Schmelzen zu Meeresspiegelsenkungen führt, die wiederum mehr Schmelzen verursachen, den stabilisierenden Effekt an der Grundlinie überlagerte. Über einen Zeitraum von zweihundert Jahren zeigte die vollständig gekoppelte Simulation, dass der Eisverlust achtzig sechs Prozent höher war als in einer Simulation, die diese Interaktion zwischen lokalem Meeresspiegel und Eisbergkalben ignorierte.
Dieser Befund deutet darauf an, dass aktuelle Modelle, die den Eisschild und den lokalen Meeresspiegel oft als getrennte Systeme behandeln oder nur berücksichtigen, wie der Meeresspiegel den Eisfluss vom Land beeinflusst, den tatsächlichen Geschwindigkeit des Eisverlusts in der Antarktis unterschätzen könnten. Die Studie hebt hervor, dass der Prozess des Eisbrechens an der Vorderseite eines Gletschers genauso empfindlich auf den lokalen Wasserdruck reagiert wie der Eisfluss aus dem Inneren. Wenn der Meeresspiegel in der Nähe des Eisrandes sinkt, entfernt dies ein entscheidendes Stützsystem, wodurch das Eis leichter brechen und abfallen kann. Die Forscher betonen, dass Wissenschaftler, um den zukünftigen Meeresspiegelanstieg genau projizieren zu können, dieses empfindliche Gleichgewicht berücksichtigen müssen. Der Eisschild verliert nicht nur Masse; er formt den Ozean um sich herum neu, und diese Neugestaltung wiederum treibt das Eis dazu, noch mehr Masse zu verlieren. Dieser Zyklus der Wechselwirkung bedeutet, dass die Zukunft des antarktischen Eisschildes volatiler sein könnte als bisher berechnet, angetrieben durch eine Rückkopplungsschleife, die eine stabilisierende Kraft in einen Katalysator für rasante Veränderungen verwandelt.
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