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14.01.2019

Rückgang der Eismassen der Antarktis erheblich beschleunigt

Anlass

Der Rückgang der Eismassen in der Antarktis hat sich in den vergangenen vier Jahrzehnten erheblich beschleunigt. Verlor der Kontinent in den 1980er Jahren noch 40 Gigatonnen Eis pro Jahr, stieg der Verlust auf 252 Gigatonnen Eis pro Jahr im aktuellen Jahrzehnt. Der daraus resultierende Anstieg des Meeresspiegels beläuft sich auf 3,6 Millimeter pro Jahrzehnt – insgesamt steigt der globale Meeresspiegel jedes Jahr um 3,1 Millimeter.

Zu diesem Ergebnis kommen die Autoren um Eric Rignot von der University of California. Für ihre Studie haben sie die Entwicklung in 18 Regionen der Antarktis untersucht. Am stärksten ist die Westantarktis in Mitleidenschaft gezogen, aber auch in der Ostantarktis zeigen sich erhebliche Effekte – was zum ersten Mal in dieser Klarheit gezeigt werden konnte. Alle stark betroffenen Gebiete befinden sich der in der Nähe von warmen, zirkumpolaren Tiefenströmungen des umgebenden Meeres. Auf sie führen die Autoren den Rückgang vor allem zurück. Die Studie wurde im Fachjournal PNAS veröffentlicht.

 

Übersicht

  • Prof. Dr. Martin Horwath, Professor für geodätische Erdsystemforschung, Institut für Planetare Geodäsie, Technische Universität Dresden
  • Prof. Dr. Matthias Braun, Professor für Physische Geographie (Fernerkundung), Institut für Geographie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen
  • Dr. Reinhard Drews, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Geologie und Geodynamik, Eberhard Karls Universität Tübingen
  • Dr. Veit Helm, Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Sektion Glaziologie im Fachbereich Geowissenschaften, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven
  • Dr. Ingo Sasgen, Wissenschaftler in der Sektion Paläoklimadynamik im Fachbereich Klimawissenschaften, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven

Statements

Prof. Dr. Martin Horwath

Professor für geodätische Erdsystemforschung, Institut für Planetare Geodäsie, Technische Universität Dresden

„Die Massenabnahme des Antarktischen Eisschilds trug im Zeitraum von 1993 bis 2015 einen Anteil von 5 bis 11 Prozent zum globalen mittleren Meeresspiegelanstieg bei. Zum Vergleich: Grönland trug 12 bis 19 Prozent bei, alle anderen Gletscher und Eiskappen 16 bis 26 Prozent, die thermische Ausdehnung des Ozeanwasser 29 bis 55 Prozent [1]. Die angegebenen Spannen charakterisieren die Unsicherheiten der Schätzungen.“

„Die aktuelle Studie von Rignot et al. ist die bisher umfassendste Abschätzung von Massenänderungen des Antarktischen Eisschilds nach der Komponenten-Methode oder auch Input-Output-Methode. Diese Methode quantifiziert die einzelnen Massenbilanzkomponenten: Erstens die Oberflächenmassenbilanz – also die Schneeakkumulation bereinigt um Schmelzen und Sublimation an der Oberfläche – und zweitens den Ausfluss des Eises über die Aufsetzlinie, wo die Gletscher das Festland verlassen und in die vorgelagerten, aufschwimmenden Schelfeise übergehen. Die Differenz aus Oberflächenmassenbilanz und Eisausfluss ist die Massenbilanz des Eisschildes.“

„Im Vergleich zu vorherigen Studien wurde die Datengrundlage zu Fließgeschwindigkeiten, und damit zum Eisausfluss, stark erweitert. So konnten nunmehr Massenbilanzen bis zurück in das Jahr 1979 abgeschätzt werden, und damit über den gesamten 39-Jahres-Zeitraum, für den die Oberflächenmassenbilanz in guter Qualität aus einem regionalen Atmosphärenmodell berechnet werden kann.“

„Die Studie bestätigt, dass sich in einigen Regionen die Gletscher beschleunigt haben. Dies verstärkt den Eisausfluss. Zusammen mit einer Oberflächenmassenbilanz, die zwar zeitlich fluktuiert, aber über den Untersuchungszeitraum keine signifikanten Langzeittrends zeigt, führt dies zu einer Entwicklung hin zu immer stärkeren Massenverlusten. Die Studie verfolgt dieses Gesamtbild, das bisher für den Zeitraum ab 1992 vorlag, nun bis 1979 zurück und schlussfolgert, dass die Entwicklung bereits vor den 1990er Jahren begann.“

„Nach dem Stand der Wissenschaft beschleunigen die Gletscher, weil die vorgelagerten Schelfeise abnehmen. Das wiederum wird mit vermehrtem Kontakt dieser Schelfeise mit dem warmen zirkumpolaren Tiefenwasser in Zusammenhang gebracht. Die Studie zeichnet nun ein detailliertes Bild über alle Teilregionen des Eisschilds und führt in einer kohärenten Zusammenschau aus, dass große Massenverluste des Eisschilds gerade dort ermittelt wurden, wo das Eindringen von warmem Tiefenwasser unter die Schelfeise beobachtet wurde bzw. möglich erscheint.“

„Eine Schwäche der Studie liegt in der Fehlerabschätzung. Zwar werden die beträchtlichen Unsicherheiten in den Schätzungen von Oberflächenmassenbilanz und Eisausfluss angesprochen. Für die Fehlerabschätzung der letztendlichen Massenbilanzen wird dann aber eine Methodik gewählt, die diese Unsicherheiten kaum abbildet. Die Grundaussage, dass sich die Antarktische Eismassenbilanz in vier Jahrzehnten zu immer größeren Verlusten hin entwickelt hat, scheint robust. Aber die Autoren bleiben belastbare Angaben schuldig, wie nah ihre konkreten Zahlen den wirklichen Werten tatsächlich kommen. Dies berührt beispielsweise die Frage, ob für die 1980er und 1990er Jahre eine negative Gesamtmassenbilanz wirklich erwiesen ist.“

„Neben der von der Studie verwendeten Komponenten-Methode gibt es zwei weitere Grundansätze, Massenänderungen des Eisschilds zu bestimmen. Diese sind allerdings erst für den Zeitraum ab 1992 beziehungsweise ab 2002 im kontinentalen Ausmaß durch entsprechende Satellitenmissionen möglich: die Messung von Oberflächenhöhenänderungen und die Messungen von Änderungen der gravitativen Anziehung durch veränderte Eismassen.“

„Vergleiche von Ergebnissen der drei Ansätze [2][3] haben gezeigt, dass die Komponenten-Methode meist stärkere Massenverluste ermittelt als die beiden anderen Ansätze. Für die Ostantarktis wichen die Ergebnisse besonders stark voneinander ab. In diesem Lichte sind die überraschend deutlichen Massenverluste in der Ostantarktis zu betrachten, die die aktuelle Studie angibt. Die Aufgabe bleibt bestehen, die Massenbilanz des gewaltigen Antarktischen Eisschilds in Vergangenheit und Zukunft zuverlässiger einzugrenzen.“

Prof. Dr. Matthias Braun

Professor für Physische Geographie (Fernerkundung), Institut für Geographie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen

„Die Methodik der Studie nutzt gängige Verfahren in der Fernerkundung und Glaziologie. Neu ist dabei vor allem, dass eine deutlich verbesserte Datengrundlage eingeflossen ist und die Studie nun vier Dekaden umfasst. Das eingesetzte Verfahren benötigt sehr viele Eingangsdaten, die leider in der Antarktis noch mit Unsicherheiten behaftet sind. Auch wenn es erhebliche Verbesserungen in den letzten Jahren gegeben hat, so sind die angegeben Fehlerterme in dieser Studie sehr klein, insbesondere für die frühen Zeitabschnitte. Die Autoren weisen zurecht darauf hin, dass die anderen Verfahren – zum Beispiel die IMBIE-Studie (IMBIE ist ein internationales Projekt von Polarforschern, die den Beitrag der schmelzenden Eisschilde zum Anstieg des Meeresspiegels erforschen [4]; Anm. d. Red.) – auch mit zum Teil größeren Schwierigkeiten zu kämpfen haben.“

„Die Antarktis verliert zunehmend an Masse, wie diese Studie ja zeigt. Die Größenordnung des dortigen Eismassenverlustes liegt in der Größenordnung von Grönland; die sonstigen Landgletscher tragen im Verhältnis weniger bei, auch wenn deren Verluste auch deutlich zugenommen haben in den letzten Jahrzehnten. Die Studie zeigt erneut – wie schon andere zuvor – , dass die Westantarktis derzeit den Hauptbeitrag im Massenverlust der Antarktis beisteuert. Interessant ist jedoch auch, dass mehrere Gebiete in der Ostantarktis Masse verloren zu haben scheinen, was so bisher nicht bekannt war.“

Auf die Frage, welche Faktoren künftig eine Rolle beim Abschmelzen des Eises spielen könnten, die bisher noch nicht relevant sind:
„Die Autoren sprechen hier ja immer wieder die ‚marine ice sheet instability‘ an. Gerade in der Westantarktis sind die Bedingungen hierfür durchaus gegeben. Der Massenverlust dort und die Prozesse sind in einigen Gebieten unumkehrbar – aufgrund der Geometrie des Felsuntergrundes und des begonnen Rückzugs.“

„Es gibt keine Angabe zur Güte der hier genutzten regionalen Klimamodelldaten. Die Modelle werden mit Wetterstationsdaten und sonstigen Messungen abgeglichen. Die Unsicherheiten des Modells wurden meines Wissens jedoch nicht bei den Berechnungen berücksichtigt oder in die Fehlerbalken der Studie einbezogen.“

Auf die Frage, ob Ereignisse wie der der Abbruch eines Eisberges an Larsen C im Jahr 2017 einen relevanten Beitrag liefern:
„Der Abbruch des Eisberges am Larsen-C spielt für die Werte hier keine Rolle. Schelfeise und dort abkalbende Eisberge haben keinen Einfluss auf den Meeresspiegel, da sie bereits isostatisch aufschwimmen. Nur wenn es an der Aufsetzlinie eine Beschleunigung der Eismassen gäbe dann käme es zu einem Beitrag zum Meeresspiegel. Das sehen wir derzeit auf der südwestlichen Antarktischen Halbinsel.“

„Die Werte der Autoren für die Ostantarktischen Eisschilde weichen von allen bisherigen Werten ab. Die Aussage der Autoren beruht auf ihren Messungen. Es gab bereits zuvor Studien, die durchaus gezeigt haben, dass die Stabilität der Ostantarktis in manchen Regionen nicht so stabil ist, wie sie vielleicht zu sein scheint. Dennoch ist dies meines Wissens die erste Studie die ein langjähriges Massendefizit auch für die Ostantarktis ausweist. Dies schreiben die Autoren auch explizit, dass sie sich hier von den bisherigen Untersuchungen abheben.“

Dr. Reinhard Drews

Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Geologie und Geodynamik, Eberhard Karls Universität Tübingen

„Die hier gezeigten Zeitserien der Eisgeschwindigkeiten zeigen beeindruckende Ergebnisse basierend auf jahrelanger Entwicklung und internationaler Zusammenarbeit der verschiedenen Raumfahrtprogramme. Es wird jetzt deutlich, dass die Beschleunigung der Auslassgletscher in der Antarktis zum Eisverlust führt, der nicht von mehr Schneefall im Innern kompensiert wird. Jetzt gilt es zu klären, was die Beschleunigung verursacht und wie die zukünftige Entwicklung sein wird. Der Zusammenhang mit erhöhtem ozean-induzierten Schmelzen an den Rändern erscheint plausibel, aber es ist unklar, welche Mechanismen bei der Wechselwirkung von Eis und Ozean dominieren.“

Auf die Frage, ob Ereignisse wie der der Abbruch eines Eisberges an Larsen C im Jahr 2017 einen relevanten Beitrag liefern:
„Der Abbruch des Eisbergs vom Larsen C Eisschelf in 2017 war ein plakatives Beispiel, das die Bedeutung der schwimmenden Eisschelfe für die Stabilität der antarktischen Auslassgletscher gut hervorgehoben hat. Ein Zerfall der Eisschelfe führt sicherlich zu einer Beschleunigung der Auslassgletscher, allerdings lässt sich dieser Prozess nur schwer am Kalben eines einzelnen Eisbergs festmachen.“

„Der Eisverlust in der Westantarktis war bekannt, wird in dieser Studie aber über einen längeren Zeitraum dokumentiert. Der beobachtete Eisverlust in der Ostantarktis tritt in anderen Studien weniger deutlich hervor. Die Unsicherheiten basieren hier zumindest teilweise auf der Abschätzung der Schneefallraten im Landesinneren, die wegen der großen Fläche und der wenigen Feldmessungen nicht einfach zu berechnen sind. Trotzdem haben die Autoren recht, dass wir beobachtete eisdynamische Veränderungen in der Ostantarktis nicht vernachlässigen dürfen, auch wenn diese momentan weniger dramatisch ausfallen als in der Westantarktis.“

Dr. Veit Helm

Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Sektion Glaziologie im Fachbereich Geowissenschaften, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven

„Die Methodik der Studie ist etabliert, hat aber, wie alles, ihre Vor- und Nachteile. Insbesondere verwundert mich der recht kleine Fehlerbalken der Ergebnisse aus früheren Jahren. Auch in den ergänzenden Informationen zur Studie (Supplements) ist in meinen Augen die Beschreibung der Ungenauigkeiten zu wenig detailliert. Auch ist mir die Begründung zur Wahl des älteren SMB-Modells, welches 63 Gigatonnen Eisverlust pro Jahr weniger Akkumulation errechnet, zu vage. Mit Verwendung eines anderen SMB-Modells (SMB – Surface Mass Balance; Modelle zur Berechnung der Oberflächen-Eismassenbilanz; Anm. d. Red.) würde der Anstieg des Massenverlustes weniger stark sein und von den aus anderen Studien ermittelten Zahlen weniger abweichen. Dennoch bleibt die Kernaussage bestehen, welche bereits in anderen Studien gezeigt wurde.“

„Mit den in der vorgelegten Studie genannten Zahlen ändert sich die prozentuale Aufteilung der Einzelkomponenten zum globalen Meeresspiegelanstieg. Bislang schreibt man etwa ein Drittel der thermischen Expansion – also 1,0 bis 1,3 Millimeter pro Jahr – und zwei Drittel der Summe aus Gletschern, Grönland und Antarktis zu. Allein Grönland trägt je nach betrachtetem Zeitraum zwischen 0,5 und 1,0 Millimeter pro Jahr bei. Wenn nun die Antarktis auch fast 1 Millimeter pro Jahr rezent beiträgt, müsste der globale Anstieg höher liegen als die derzeit beobachteten 3,2 Millimeter pro Jahr. Dies zeigt, dass nach wie vor Arbeit in der Verbesserung der Datengrundlage sowie Modellierung besteht. Auch zeigen die beobachteten Beschleunigungen der Massenverluste der großen Eisschilde, dass in Zukunft diese den globalen Meeresspiegelanstieg dominieren werden und daher Erdbeobachtungsdaten durch Satelliten in den polaren Breiten von großer Bedeutung sind.“

Auf die Frage, welche Faktoren künftig eine Rolle beim Abschmelzen des Eises spielen könnten, die bisher noch nicht relevant sind:
„Erhöhte Kalbungsraten, hervorgerufen durch vermehrtes oberflächennahes Schmelzen aufgrund erhöhter Lufttemperaturen, könnten zu einer zusätzlichen Verringerung des Rückhaltevermögens der Schelfeise führen. Dies wiederum ermöglicht dann eine Beschleunigung der Gletscher und einen vermehrten Massenverlust.“

„Das regionale Klimamodell, welches Eingang in die Studie findet, bildet Prozesse wie Schneeschmelze und Sublimation bereits ab. Wie gut es das tut, ist allerdings schwer zu bestimmen, da ausreichend bodengestützte Validierungsdaten (Vergleichsdaten) aufgrund der Größe und Unzugänglichkeit der Antarktis fehlen. Im Gegensatz zu Grönland spielt oberflächennahes Schmelzen in der Antarktis derzeit eine untergeordnete Rolle.“

Auf die Frage, ob Ereignisse wie der der Abbruch eines Eisberges an Larsen C im Jahr 2017 einen relevanten Beitrag liefern:
„Eisbergkalben ist ein natürlicher Vorgang, der erstmal nicht auf globale Erwärmung zurückzuführen ist. Beschleunigen sich diese Prozesse, so hat dies Auswirkung auf das Fließverhalten der Gletscher, die das Eisschelf speisen. Diese beschleunigen sich und dadurch wird mehr Masse in den Ozean eingetragen. Auch können sich die Strömungsverhältnisse unter dem Schelf ändern.“

„Die Aussagen der Autoren bezüglich bisher angenommen Stabilität des Ostantarktischen Eisschildes basieren auf den beobachteten erhöhten Massenverlusten von Gletschern in der Ostantarktis (Denmark, Totten). Inbesondere Denmark zeigt – ebenso wie Gletscher in der Westantarktis, die sich stark beschleunigt haben – eine zum Inland hin abfallende Bodentopographie. Dies in Zusammenhang mit wärmerem Ozeanwasser führt zu einer Instabilität und dem beobachteten beschleunigten Gletscherabfluss. Daher liegt der Schluss nahe, dass unter anderem beim Denmark Gletscher – obwohl Ozeanmessungen fehlen – ebenso wärmeres Ozeanwasser unter das Schelf dringt und dadurch die Beschleunigung verursacht. Die Einschätzung der Autoren klingt für mich plausibel, sollte aber in naher Zukunft durch glaziologisch/ozeanographische Messkampagnen überprüft werden.“

Dr. Ingo Sasgen

Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Sektion Paläoklimadynamik im Fachbereich Klimawissenschaften, Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI), Bremerhaven

In Ergänzung des Statements von Dr. Veit Helm:

„Wichtig für die Ausweisung des antarktischen Beitrags zum Meeresspiegelanstieg ist der Bezugszeitrum. Für den Zeitraum von 1992 bis heute waren es 0,25 Millimeter pro Jahr vom gemessenen Gesamtanstieg von 3,1 Millimeter pro Jahr. Für 2005 bis heute waren es 0,42 Millimeter pro Jahr von 3,5 Millimeter pro Jahr. Grönland liefert neben der thermischen Ausdehnung – etwa 1,3 Millimeter pro Jahr für beide Zeiträume – den Einzelbeitrag von 0,76 Millimeter pro Jahr für die Zeit von 2005 bis heute; ungefähr gleichauf mit dem Gletscherrückgang von 0,74 Millimeter pro Jahr [1]. Es sollte aber betont werden, dass der via Altimetrie direkt beobachtete Meeresspiegelanstieg etwa 0,4 Millimeter pro Jahr höher ist als die Summe der Einzelkomponenten. Davon unberührt ist aber die Aussage, dass die Beiträge der Eisgebiete zunehmen, gerade der Antarktis wie dieses Paper zeigt.“

„Ein weiterer Faktor könnte der Rückgang des Meereises sein, das dem Schelfeis vorgelagert ist. Im Helmholtz REKLIM Report 2017 steht: ‚Beim Ausfrieren des Meereises rinnt Salzlauge in die darunterliegenden, etwa minus 1,9 Grad Celsius kalten Wassermassen, die dadurch eine Wassermasse besonders hoher Dichte, das sogenannte hochsaline Schelfwasser bilden. Diese Wassermasse bildet eine Barriere für die aus der Tiefsee anströmenden, wärmeren Wassermassen. Es entsteht ein hydrographischer Zustand, in dem das Schelfeis vor dem Einstrom der bis zu 0,8 Grad Celsius warmen Wassermasse geschützt ist, die im Küstenstrom entlang des Kontinentalsockels als sogenanntes zirkumpolares Tiefenwasser vorherrscht. […] Steigt nun im Zuge des Klimawandels die Lufttemperatur über dem Weddellmeer, kann diese Barriere zusammenbrechen. […] Fällt diese hydrographische Barriere, strömen warme Wassermassen auf den Kontinentalschelf und durch tiefe Gräben bis weit unter das Schelfeis.‘ [5]“

„Im Gebiet der Amundsen See in der Westantarktis ist bereits ein Tipping Point überschritten. Dort gelangen die Gletscher durch den Rückzug in immer tieferes Ozeanwasser, wodurch die Schmelzrate an der Aufsetzlinie und die Dicke des ausgestoßenen Eises immer größer wird. Als Konsequenz nimmt der Eisausstoß zu und das Eisschild verliert immer mehr an Masse (Beschleunigung). Als stabilisierende Faktoren wurden die postglaziale Landhebung identifiziert. Dieser Prozess spielt sich aber eher auf der Skala von Jahrhunderten ab und hat einen geringeren Einfluss auf den Massenaustrag als der Anstieg der Ozeantemperaturen [6].“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Prof. Dr. Martin Horwath: „Ich habe keine Interessenkonflikte.“

Prof. Dr. Matthias Braun: „Ich habe keine Interessenkonflikte.“

Prof. Dr. Reinhard Drews: „Keine Interessenkonflikte.“

Alle anderen: Keine angegeben.

Primärquelle

Rignot E et al. (2019): Four decades of Antarctic Ice Sheet mass balance from 1979-2017. PNAS; DOI: 10.1073/pnas.1812883116 

Literaturstellen, die von den Experten zitiert wurden

[1] Cazenave A et al. (2018): Global sea-level budget 1993–present. WCRP Global Sea Level Budget Group. Earth Syst. Sci. Data, 10, 1551-1590, doi: 10.5194/essd-10-1551-2018. 

[2] Shepherd A et al. (2012): A Reconciled Estimate of Ice-Sheet Mass Balance. Science, 338(6111):1183-1189, doi: 10.1126/science.1228102. 

[3] Shepherd A et al. (2018): Mass balance of the Antarctic Ice Sheet from 1992 to 2017. Nature, 558, 219-222, doi: 10.1038/s41586-018-0179-y. 

[4] Webseite der internationalen Polarforscherkollaboration IMBIE 

[5] REKLIM Report (2017): Regionale Klimaänderungen – Ursachen und Folgen; Fokus: Regionale Klimaänderung in der Arktis. Helmholtz Gesellschaft. 

[6] Konrad H et al. (2015): Potential of the solid-Earth response for limiting long-term West Antarctic Ice Sheet retreat in a warming climate. Earth and Planetary Science Letters, 432, 254-264. doi: 10.1016/j.epsl.2015.10.008 

Weitere Recherchequellen

Cazenave A et al (2014): The rate of sea-level rise. Nature Climate Change 4, 358-361. DOI: 10.1038/nclimate2159