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Was ist ein Schelfeis? | Mechanismen des Schelfeiskollapses | Schelfeisabstützung | Referenzen | Kommentare

Was ist ein Schelfeis?

Larsen-Schelfeis im Jahr 2004

Schelfeise sind schwimmende Eiszungen, die sich von am Boden liegenden Gletschern auf dem Festland erstrecken. Der Schnee fällt auf den Gletschern, die durch die Schwerkraft stromabwärts fließen. Schelfeise sind in der Antarktis weit verbreitet, die größten sind das Ronne-Filchner-, das Ross- und das McMurdo-Schelfeis.

Schelfeise umgeben 75 % der antarktischen Küste und bedecken eine Fläche von über 1,561 Millionen Quadratkilometern (ähnlich groß wie das Grönländische Eisschild). Schelfeise gewinnen an Masse durch Eis, das von Gletschern im Landesinneren in sie hineinfließt, durch Schneeansammlungen und durch das Gefrieren von Meereseis (Meerwasser) an ihrer Unterseite. Sie verlieren Masse durch das Kalben von Eisbergen und das Schmelzen der Basalschicht an ihren Außenrändern sowie durch Sublimation und Winddrift an ihrer Oberfläche. Schelfeise sind wichtig, weil sie für die Stabilität des antarktischen Eisschilds und dessen Massenbilanz eine Rolle spielen und für die Schichtung der Ozeane und die Bildung von Bodenwasser von Bedeutung sind; dies trägt zur weltweiten thermohalinen Zirkulation bei. Das Schmelzen unter dem Schelfeis ist eine der Hauptursachen für den Massenverlust des antarktischen Eisschildes.

Auf dem Satellitenbild des Prinz-Gustav-Schelfeises unten ist zu erkennen, dass das Schelfeis sehr flach ist. Wo das Eis zu schwimmen beginnt, erkennt man in der Regel an einem scharfen Bruch der Neigung an der Grundlinie. Schelfeis besteht also aus Eis, das durch Schneefall an Land entstanden ist, aber auch aus Meereis, das von unten zuwächst. Schelfeis unterscheidet sich somit vom Meereis, das sich ausschließlich aus gefrierendem Meerwasser bildet. Unten sehen Sie ein Beispiel von der nördlichen antarktischen Halbinsel. Das Prinz-Gustav-Schelfeis befand sich zwischen der Trinity-Halbinsel und der James-Ross-Insel. Es brach 1995 zusammen. Auf dem Schelfeis sind glaziologische Strukturen zu erkennen, die darauf hindeuten, dass es von seinen Zuflussgletschern abfließt. Auf dem Schelfeis sind auch zahlreiche Schmelztümpel zu sehen.

Schematische Darstellung eines Gletschers, der in ein Schelfeis fließt, mit der Grundlinie und dem Kalben an der Eisklippe am Rande des Schelfeises. Glaziologische Strukturen im Prinz-Gustav-Schelfeis. Landsat 4 TM-Bild von 1988. Supraglaziale Schmelzwasserseen auf dem McMurdo-Schelfeis. Kredit: Neil Glasser. Schmelzwasserseen auf dem McMurdo-Schelfeis

Schelfeisgebiete in der Antarktis sind bis zu 50.000 km2 groß und können bis zu 2000 m dick sein. Ihre Stirnseite ist oft bis zu 100 m hoch. Von Zeit zu Zeit kalben Schelfeis große Eisberge, was ein normaler Teil ihrer Ablation ist. Rund um die Antarktis bilden sich Schelfe, wenn die Jahresdurchschnittstemperaturen unter -9 °C liegen, wobei die Schelfe mit steigenden Temperaturen nach und nach abbrechen. Die Geometrie der Küstenlinie ist oft ausschlaggebend dafür, wo sich Schelfeis bilden wird. Das Larsen-Schelfeis zum Beispiel bildet sich in einer Einbuchtung.

Schelfeisabbruch

Einige der Schelfeise um die Antarktis sind in letzter Zeit dramatisch zusammengebrochen, anstatt sich langsam und stetig zurückzuziehen. Larsen A brach 1995 zusammen, und das berühmte Larsen B-Schelfeis brach 2002 zusammen. Es ist von 12 000 km2 im Jahr 1963 auf 2400 km2 im Jahr 2010 geschrumpft. Im Februar 2002 gingen 3250 km2 durch das Kalben von Eisbergen und Fragmentierung verloren. In der nachstehenden Abbildung ist das blau gesprenkelte Aussehen des Schelfeises auf dem Bild von 2002 zu sehen, das durch die Freilegung des tieferen blauen Gletschereises verursacht wurde.

Landsat-Bilder zeigen den Zusammenbruch des Larsen-Schelfeises. Man beachte das blau gesprenkelte Aussehen im Jahr 2002, das durch die Freilegung des tiefblauen Eises verursacht wurde.

Neben der Antarktischen Halbinsel sind inzwischen mehrere Schelfeisgebiete zusammengebrochen (Tabelle 1). Ihr Zusammenbruch hat die Entnahme von Bohrkernen aus den Schelfsedimenten ermöglicht, um zu untersuchen, ob diese Zusammenbrüche Teil des normalen Schelfeisverhaltens sind. Es hat den Anschein, dass die nördlicheren Schelfe, wie z. B. das Prinz-Gustav-Schelfeis, tatsächlich früher zusammengebrochen sind, was dazu führte, dass im Prinz-Gustav-Kanal vor 5000 Jahren für kurze Zeit offen-marine Organismen lebten. Das südlichere Larsen-B-Schelfeis scheint jedoch während des gesamten Holozäns ein fester Bestandteil geblieben zu sein. Dies deutet darauf hin, dass bestimmte Schwellenwerte überschritten wurden und die Umweltveränderungen auf der gesamten Antarktischen Halbinsel nun alle früheren Veränderungen übertreffen.

Im folgenden Video können Sie eine Animation des Zusammenbruchs des Larsen-Schelfeises anhand von Modis-Bildern sehen:

Tabelle 1. Daten des Schelfeiskollapses

Mechanismen des Zusammenbruchs von Schelfeis

Es gibt mehrere Gründe, warum Schelfeis schnell zerfällt und nicht langsam und stetig schrumpft. Schelfeis kollabiert als Reaktion auf langfristige Umweltveränderungen, die eine fortlaufende Ausdünnung und Schrumpfung bewirken. Wenn bestimmte Schwellenwerte überschritten werden, wird der katastrophale Zerfall des Schelfeises durch das Kalben von Eisbergen eingeleitet. Vor dem Zusammenbruch durchlaufen Schelfeise zunächst eine Periode langfristiger Ausdünnung und Basalschmelze, was sie anfällig macht. Die Ansammlung von Schmelzwasser an der Oberfläche, die Gezeiten und die Plattenverbiegung tragen dann zu schnellen Kalbungsereignissen und zum Zerfall des Schelfeises bei.

Langfristige Ausdünnung und Basalschmelze

Die Dicke des antarktischen Schelfeises ändert sich. Man beachte die schnelle Ausdünnung des Schelfeises des Pine Island Glacier in der Westantarktis. Aus Pritchard et al., 2012, Nature. Nachdruck mit Genehmigung von Macmillan Publishers Ltd: Nature
(Pritchard et al. 2012), Copyright (2012).

Langfristige Ausdünnung durch Oberflächen- und Basalschmelze ist die Voraussetzung für den Zusammenbruch des Schelfeises. Negative Massenbilanzen auf Zuflussgletschern können zu einer Ausdünnung der Gletscher und Schelfe führen. Am stärksten ist die Ausdünnung dort, wo relativ warme Meeresströmungen durch tiefe Tröge an die Basis des Schelfeises gelangen können. Die Struktur des Schelfeises scheint eine wichtige Rolle zu spielen, wobei die Nahtstellen zwischen Nebengletschern zu schwächeren Bereichen mit dünnerem Eis führen, die anfällig für Rifting sind.

Eine kürzlich durchgeführte Analyse von Schelfeis in der gesamten Antarktis hat gezeigt, dass die Grundschmelzraten bei 1325 ± 235 Gigatonnen pro Jahr liegen, mit einem zusätzlichen Kalbungsfluss von 1089 ± 139 Gigatonnen pro Jahr. Das Schelfeisschmelzen ist somit einer der größten Abtragungsprozesse in der Antarktis. Diese massive Basalschmelze ist jedoch nicht gleichmäßig über alle Schelfe verteilt; die massiven Ronne-, Filchner- und Ross-Schelfe nehmen zwei Drittel der gesamten Schelfeisfläche ein, sind aber nur für 15 % der Nettoschmelze verantwortlich. Die höchsten Schmelzraten treten stattdessen um die Antarktische Halbinsel und die Westantarktis auf, vom nördlichen Ende des George-VI-Schelfeises bis zum westlichen Ende des Getz-Schelfeises. Auch diese Schelfeisflächen schmelzen rasch. Auf sich langsam bewegenden Schelfeisen (z. B. George VI, Abbot, Wilkins) ist fast das gesamte ursprüngliche Landeis innerhalb weniger Kilometer von der Grundlinie weggeschmolzen. Die Hälfte des produzierten Schmelzwassers stammt also von nur zehn kleinen Schelfeisflächen mit warmen Hohlräumen rund um den südostpazifischen Rand der Antarktis, und diese zehn Schelfeisflächen nehmen nur 8 % der gesamten Schelfeisfläche ein. All dieses kalte Wasser, das in den Ozean gelangt, hat einen erheblichen Einfluss auf die Bildung von Meereis, was zu einer höheren Meereiskonzentration um die Antarktis führt.

Das Schmelzen des Schelfeises um den Pine Island Glacier in der Westantarktis ist besorgniserregend, da der westantarktische Eisschild unter dem Meeresspiegel liegt. Ein Zusammenbruch dieses Schelfeises könnte zu einer Instabilität des marinen Eisschildes und einem raschen globalen Anstieg des Meeresspiegels führen.

Landsat Image Mosaic of Antarctica (LIMA) zeigt die Lage der wichtigsten Schelfeise.

Oberflächenschmelze und Pfützenbildung

Erhöhte atmosphärische Temperaturen führen zu Oberflächenschmelze und Pfützenbildung auf der Eisoberfläche. Katastrophale Schelfeiseinbrüche ereignen sich in der Regel nach einer relativ warmen Sommersaison mit erhöhter Oberflächenschmelze. Ausgehend von den jahreszeitlichen Schwankungen des Schelfeisbruchs und der geografischen Verteilung des Schelfeisbruchs in der Nähe der südlich verlaufenden -9°C-Isotherme scheint es, dass Oberflächenschmelze für den Schelfeisbruch notwendig ist. Dieses Schmelzwasser schmilzt nach unten in das Schelfeis hinein, verursacht Risse und führt zum schnellen Kalben von Eisbergen. Das vermehrte Schmelzwasser an der Oberfläche führt auch zu einer Sättigung des Schnees, wodurch sich Spalten mit Wasser füllen und der hydrostatische Druck steigt. Das Eindringen von Salzsole kann auch zu einer Rissvertiefung führen.

Plattenbiegung und Gezeitenflexion

Schmelzwasserpfützen allein erklären jedoch nicht die schnelle Fragmentierung des Schelfeises. Wir müssen einen dritten Prozess heranziehen. Die Biegung am vorderen Rand des Schelfeises infolge der Gezeiten kann zur Bildung kleiner Risse parallel zur Eisfront führen. Unter den oben genannten Bedingungen (Ausdünnung mit reichlich Oberflächenwasser) kann eine Schwelle überschritten werden, die zu einem schnellen Zerfall des Schelfeises führt.

Wenn sich Eisberge durch die oben genannten Mechanismen bilden, entstehen lange, dünne Eisberge an der Eisfront. Diese Eisberge werden kentern, da sie dünner sind als sie tief sind. Beim Kentern des Eisbergs wird potenzielle Gravitationsenergie freigesetzt und die Zugspannung auf dem Schelfeis erhöht. Dies kann zu einer Kaskade von Fragmentierung, Kentern und Zerbrechen des Eisbergs führen.

Schelfeisabstützung

Gletscher-Schelfeis-Wechselwirkungen: In einem stabilen Gletscher-Eisschelf-System wird die Abwärtsbewegung des Gletschers durch die Auftriebskraft des Wassers an der Vorderseite des Schelfs ausgeglichen. Wärmere Temperaturen destabilisieren dieses System, indem sie die Basis des Gletschers schmieren und Schmelztümpel bilden, die sich schließlich durch das Schelfeis fressen. Sobald sich das Schelfeis bis zur Grundlinie zurückzieht, wird die Auftriebskraft, die früher den Gletscherfluss ausglich, vernachlässigbar, und der Gletscher nimmt auf seinem Weg zum Meer an Geschwindigkeit zu. Originalbild von Ted Scambos und Michon Scott, National Snow and Ice Data Center.

Schelfeis trägt nicht direkt zum globalen Meeresspiegelanstieg bei. Das liegt daran, dass sie schwimmen und ihr Schmelzen daher nicht zu einem Anstieg des Meeresspiegels führt. Um das zu überprüfen, geben Sie ein paar Eiswürfel in ein Glas und kontrollieren Sie den Wasserstand. Steigt das Wasser, wenn die „Eisberge“ schmelzen?

Schelfeise spielen jedoch eine sehr wichtige Rolle bei der „Abstützung“ ihrer Zuflussgletscher. Gletscher, die in Schelfeis einmünden, werden durch das vor ihnen liegende Schelfeis zurückgehalten. Selbst kleine Schelfe spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Abflusses von Eisströmen, die in sie münden. Dies wurde in mehreren Fällen beobachtet, vor allem nach dem Zusammenbruch des Larsen-Schelfeises und des Prinz-Gustav-Schelfeises. Auf dem obigen Landsat-Bild des Prinz-Gustav-Schelfeises ist der rasche Gletscherschwund von 1988 bis 2009 zu erkennen.

Da die Gletscher als Reaktion auf den Schelfeisbruch dünner werden, sich beschleunigen und zurückziehen, wird mehr Eis direkt in die Ozeane transportiert, was direkt zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt. Der Anstieg des Meeresspiegels aufgrund des Zusammenbruchs von Schelfeis ist noch begrenzt, aber große Schelfeisflächen, die einige der großen antarktischen Gletscher umgeben, könnten gefährdet sein, und ihr Zusammenbruch würde zu einem erheblichen Anstieg des Meeresspiegels beitragen. Weitere Informationen finden Sie unter Instabilität der Meereisschilde.

Weitere Informationen

• Instabilität der marinen Eisschilde
• George VI Schelfeis
• Schelfeis: Der versteckte Bösewicht
• Anstieg des Meeresspiegels
• Gletscherschwund in Patagonien
• Gletscherschwund auf der Antarktischen Halbinsel
• Gletscher und Klima Wandel
• Beitrag der Antarktis zum globalen Meeresspiegelanstieg
• Der wachsende Riss auf dem Larsen C-Schelfeis

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