Climate responses to Antarctic meltwater depend on the timing of meltwater release

Die Eisschilde der Antarktis sind nicht nur gefrorene Landschaften; sie sind gewaltige Reservoire an Süßwasser, das in fester Form gebunden ist. Während sich der Planet erwärmt, beginnt dieses Eis zu schmelzen und leitet Süßwasser in den umliegenden Südlichen Ozean ab. Wissenschaftler wissen seit langem, dass die Zugabe von Süßwasser zum salzigen Ozean die Art und Weise verändert, wie sich das Wasser bewegt und wie Wärme auf der Erde verteilt wird. Wenn Süßwasser auf dem Ozean liegt, wirkt es wie ein Deckel, der das Vermischen von warmem Tiefenwasser mit dem kalten Oberflächenwasser verhindert. Dies kann die Oberflächenluft abkühlen und die mächtigen Meeresströmungen verändern, die das Klima der Erde regulieren. Aus diesem Grund versuchen Forscher seit Jahrzehnten vorherzusagen, wie stark das schmelzende Eis unser Wetter und den Meeresspiegel in den kommenden Jahrhunderten verändern wird.

Eine neue Studie unter der Leitung von David Chandler und seinem Team vom Norwegischen Forschungszentrum bietet eine neue Perspektive auf dieses Problem und stellt die dramatischen Szenarien in Frage, die in früheren Forschungsarbeiten häufig zu sehen waren. Das Team nutzte ein hochentwickeltes Computermodell des Erdklimasystems, um zu simulieren, was passiert, wenn das antarktische Eis mit Raten schmilzt, die in einer sich erwärmenden Welt am wahrscheinlichsten sind. Sie fanden heraus, dass die globale Klimareaktion überraschend schwach ausfällt, wenn das Eis in einem stetigen, wahrscheinlichen Tempo schmilzt. Die Meeresoberfläche kühlt sich nicht signifikant ab, und die großen globalen Strömungen bleiben weitgehend unverändert. Es besteht jedoch eine verborgene Gefahr: Das Wasser tief unter der Oberfläche rund um die Antarktis erwärmt sich, ein Prozess, der die Eisschilde letztlich von unten destabilisieren könnte.

Die Forscher kamen zu diesen Schlussfolgerungen, indem sie eine Reihe detaillierter Simulationen mit dem Norwegischen Erdsystemmodell durchführten. Sie konzentrierten sich auf ein spezifisches Zukunftsszenario, in dem die Treibhausgasemissionen hoch bleiben – ein Pfad, der als SSP5-8.5 bekannt ist. In ihrem Primärexperiment speisten sie das Modell mit Süßwasserflüssen, die aus den wahrscheinlichsten Projektionen des antarktischen Eisverlusts abgeleitet wurden. Diese Projektionen wurden sorgfältig mit historischen Daten abgeglichen, um sicherzustellen, dass sie die Realität widerspiegeln und nicht extreme, unwahrscheinliche Möglichkeiten. Die Ergebnisse waren bemerkenswert. In diesen Simulationen hatte das zusätzliche Süßwasser aus dem schmelzenden Eis sehr wenig Effekt auf die Temperatur der Meeresoberfläche oder die Stärke der globalen Meeresströmungen. Die Oberflächentemperaturen in der Südhalbkugel und sogar so weit entfernt wie in der Arktis blieben fast identisch mit einer Kontrollgruppe, in der kein zusätzliches Schmelzen stattfand.

Dieses Ergebnis steht in starkem Kontrast zu vielen früheren Studien, die eine schwere globale Abkühlung und massive Störungen der Ozeanzirkulation vorhersagten. Die Autoren erklären, dass der Unterschied im Timing des Schmelzens liegt. In ihrer realistischsten Simulation nimmt die Schmelzrate des Eisschildes über die Zeit langsam zu. Entscheidend ist, dass diese Zunahme erst nachdem der Südliche Ozean bereits begonnen hat, mehr Süßwasser aus einer anderen Quelle zu erhalten: erhöhten Niederschlägen durch Regen und Schnee. Da sich das Klima erwärmt, kann die Atmosphäre mehr Feuchtigkeit halten, was zu schwereren Niederschlägen über dem Südlichen Ozean führt. Diese natürliche Zunahme des Süßwassers aus dem Himmel erzeugt einen „Deckel“ auf dem Ozean, der bereits vorhanden ist, bevor der Eisschild sein eigenes Schmelzwasser abgibt. Da der Ozean bereits durch Regen entsalzt ist, verursacht das zusätzliche Schmelzwasser aus dem Eis keine plötzliche, dramatische Veränderung im System. Die Klimareaktion ist gedämpft, weil sich das System bereits an die neuen Bedingungen anpasst.

Um zu testen, wie empfindlich die Ergebnisse auf dieses Timing reagierten, führten die Forscher ein zweites Experiment durch. In dieser Version verschoben sie den Input des Schmelzwassers um vierzig Jahre nach vorne, wodurch das Eis schneller und früher schmilzt, als es die wahrscheinlichsten Projektionen vermuten lassen. Dieses Szenario ahmt die extremen, weniger wahrscheinlichen Ausgänge nach, bei denen der Eisschild rasch kollabiert. In diesem Fall änderten sich die Ergebnisse dramatisch. Der frühe, schnelle Zustrom von Süßwasser traf vor der natürlichen Zunahme der Niederschläge ein, und das Modell produzierte die starke globale Abkühlung und die Veränderungen der Zirkulation, die in früheren Studien beobachtet wurden. Dies bestätigte, dass die Auswirkung des schmelzenden Eises vollständig davon abhängt, wann es im Verhältnis zum Klimawandel geschieht. Wenn das Eis langsam und stetig schmilzt, absorbiert der Ozean die Veränderung mit wenig globalem Aufsehen. Wenn es schnell und früh schmilzt, sind die Folgen schwerwiegend.

Trotz des Mangels an dramatischen Oberflächenveränderungen in dem wahrscheinlichsten Szenario identifizierte die Studie eine kritische und anhaltende Bedrohung, die unter den Wellen lauert. Die Simulationen zeigten, dass sich das Wasser tief unter der Oberfläche, direkt vor der Küste der Antarktis, zu erwärmen begann. Während die Abweichung von der Kontrollgruppe in spezifischen Sektoren wie dem Weddell- und dem Amery-Meer in den 2060er Jahren begann, verzögerte sich diese Erwärmung in den meisten Sektoren, einschließlich des Amundsen-Meeres, bis in das späte 21. oder frühe 22. Jahrhundert. Dieses Tiefenwasser ist deshalb so bedeutend, weil es unter den schwimmenden Eisschelfen fließt, die die massiven Eisschilde auf dem Land zurückhalten. Wenn dieses Wasser wärmer wird, schmilzt es das Eis von unten, was dazu führt, dass die Eisschelfe dünner werden und potenziell kollabieren. Die Studie fand heraus, dass diese Erwärmung des Unterwassers ein robustes Ergebnis ist, das selbst dann auftritt, wenn das Oberflächenklima ruhig bleibt.

Die Forscher bewerteten das Risiko, das diese Erwärmung für die Stabilität des Eisschildes darstellt. Sie untersuchten zwei große Regionen: das Amundsen-Meer in Westantarktis und die Wilkes-Aurora-Becken in Ostantarktis. Im Amundsen-Meer deuten die Simulationen darauf hin, dass das Wasser die Temperatur erreichen wird, bei der der Eisschild einen Kipppunkt überschreiten könnte, was zu einem irreversiblen Rückzug führt – und zwar in den 2110er Jahren im wahrscheinlichsten Szenario mit zusätzlichem Schmelzwasser (im Vergleich zu den 2130er Jahren ohne dieses). Das zusätzliche Schmelzwasser aus dem Eisschild selbst beschleunigt diesen Prozess und bringt diesen gefährlichen Schwellenwert um einige Jahrzehnte nach vorne. In den Wilkes-Aurora-Becken ist das Risiko geringer, dennoch treibt der Erwärmungstrend das System bis zum Jahr 2300 in einen Hochrisikozustand.

Die Studie befasste sich auch mit den Einschränkungen ihres Ansatzes. Das von ihnen verwendeten Computermodell verfügte nicht über einen voll interaktiven Eisschild, der in Echtzeit auf das erwärmende Wasser reagieren konnte. Stattdessen war der Eisschild fixiert, und das Schmelzwasser wurde als externe Kraft hinzugefügt. Die Autoren argumentieren, dass dies zwar einige komplexe Rückkopplungsschleifen unberücksichtigt lässt, die Ergebnisse aber dennoch zuverlässig sind, um globale Trends bis zum Jahr 2100 zu verstehen. Sie merkten an, dass die Erwärmung des Tiefenwassers primär durch die allgemeine Erwärmung des Planeten angetrieben wird, wobei das zusätzliche Schmelzwasser als sekundärer Verstärker wirkt. Sie wiesen auch darauf hin, dass ihr Modell das Schmelzwasser an der Meeresoberfläche hinzufügte, während die Schmelze der Eisschelfe in der Realität tiefer stattfindet. Dieser Unterschied könnte bedeuten, dass ihre Simulationen die Erwärmung leicht überschätzen, aber der allgemeine Trend der Erwärmung des Tiefenwassers bleibt eine klare Warnung.

Letztendlich legt diese Forschung nahe, dass das globale Klimasystem gegenüber dem langsamen, stetigen Schmelzen des antarktischen Eises widerstandsfähiger ist als bisher befürchtet. Die dramatischen globalen Abkühlungen und das Abschalten der globalen Zirkulation, die von einigen Modellen vorhergesagt wurden, könnten nur eintreten, wenn das Eis mit einer Rate schmilzt, die unwahrscheinlich ist. Doch die Geschichte ist keine Geschichte der Sicherheit. Die stille, beständige Erwärmung des tiefen Ozeans um die Antarktis stellt eine direkte Bedrohung für den Eisschild selbst dar. Diese Erwärmung des Tiefenwassers schafft eine Rückkopplungsschleife, in der wärmeres Wasser mehr Eis schmilzt, was wiederum mehr Süßwasser freisetzt, was wiederum mehr Wärme einfängt und das Wasser weiter erwärmt. Während sich das globale Wetter in der kurzen Frist nicht drastisch ändern mag, wird die Stabilität des antarktischen Eisschildes von unten her untergraben, was den Weg für einen bedeutenden Meeresspiegelanstieg in den kommenden Jahrhunderten ebnet. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass wir uns zwar nicht vor einer plötzlichen globalen Eiszeit sorgen müssen, wir uns aber dennoch zutiefst über die langsame, stetige Erwärmung des tiefen Ozeans Sorgen machen müssen, die die Eisschilde der Zukunft freizusetzen droht.