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Detecting Ocean Variability under Filchner-Ronne Ice Shelf

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Schelfeisschmelze: Die Rolle der Variabilität der Ozeane

Das Filchner-Ronne-Schelfeis ist volumenmäßig das größte Schelfeis in der Antarktis. Die physikalischen Prozesse an der Grenzfläche zwischen Eis und Ozean haben hier einen direkten Einfluss auf die allgemeine Ozeanzirkulation und Belüftung der Tiefsee. Doch was treibt die Schmelzvariabilität an und wie kann sie genauer modelliert werden?

Klimawandel und Umwelt

Das Weddellmeer grenzt an das Filchner-Ronne-Schelfeis und ist eine Region, in der sich große Mengen Meereis bilden. Während des Prozesses der Meereisbildung wird hochsalines Schelfwasser erzeugt, das die Zirkulation unter dem Filchner-Ronne-Schelfeis antreibt, dem gemessen am Eisvolumen größten Schelfeis der Antarktis. Neben seinem Potenzial, den Meeresspiegel wesentlich zu beeinflussen, spielt das Filchner-Ronne-Schelfeis auch eine wichtige Rolle bei der Bildung des antarktischen Bodenwassers, der dichtesten, kältesten und flächendeckendsten Wassermasse der Weltmeere. Folglich haben die physikalischen Prozesse an der Grenzfläche zwischen Eis und Ozean des Filchner-Ronne-Schelfeises einen direkten Einfluss auf die allgemeine Ozeanzirkulation und Belüftung der Tiefsee. Doch was treibt nun die Schmelzvariabilität unter dem Filchner-Ronne-Schelfeis an? Diese Frage ist entscheidend für die Modellierung von Hohlräumen im Schelfeis und die Vorhersage ihrer wahrscheinlichen Entwicklung. Das EU-Projekt DOVuFRIS analysierte diesbezüglich die in den letzten Jahren gesammelten Daten, um Muster bei den Veränderungen der Schmelzraten zu erkennen und abzuleiten, welche physikalischen Prozesse zu solchen Mustern führen würden. „Die Muster, auf die wir uns konzentrieren, sind die Dauer der verschiedenen Erscheinungen, wie häufig diese auftreten und ob sie sich in regelmäßigen Abständen wiederholen oder nicht“, fügt Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin und Hauptforscherin Irena Vaňková hinzu. „Daraus können wir zum Beispiel schließen, ob die Veränderungen periodisch sind und durch Wellen verursacht werden oder ob sie aperiodisch sind und durch Wirbel hervorgerufen werden. Die Stärke der Ereignisse kann zudem bei der Klärung hilfreich sein, welche Eigenschaften des Ozeans sich unter dem Schelfeis verbergen könnten.“

Wirbel und ihre Rolle bei der Schelfeisschmelze

Ozeanwirbel sind relativ kleine Erscheinungen, die durch Instabilitäten im Ozean entstehen und zur Vermischung der Eigenschaften des Ozeans, wie der Temperatur, beitragen. Sie haben ihre eigene Dynamik und können Wärme weit von ihrer Quelle wegtransportieren, bevor sie sich schließlich auflösen. Ein grobes Ozeanmodell hat jedoch möglicherweise nicht die erforderliche Gitterauflösung, um derartige Wirbel darzustellen. Damit können zwar immer noch verschiedene Gewässer des Ozeans vermischt werden, aber das Ergebnis, wie beispielsweise die räumliche Ausdehnung, über welche die Vermischung stattfindet, kann von der Realität abweichen. „Es ist wichtig zu wissen, wo genau unter dem Schelfeis es zur Vermischung kommt und ob die Wärme über Wirbel bis in den hinteren Teil des Hohlraums transportiert wird, wo das Eis am dicksten ist und am empfindlichsten auf das Abschmelzen reagiert. Daher ist ein Modell zur Simulation von Wirbelauflösungen unter Hohlräumen im Schelfeis wie dem Filchner-Ronne-Schelfeis-Hohlraum von entscheidender Bedeutung“, so Vaňková, die das Projekt gemeinsam mit Keith Nicholls bei United Kingdom Research and Innovation durchgeführt hat.

Modellierung einer variablen Schelfeisbasis

Im Rahmen des Projekts wurde an mehreren Stellen des Filchner-Ronne-Schelfeises ein intermittierendes – aperiodisches – Anfrieren festgestellt, das mit Wasserbewegungen unter dem Schelfeis infolge einer Instabilität in Verbindung gebracht werden kann. Dadurch steigt das Wasser aus größeren in flachere Tiefen auf, wobei sich auch sein Schmelzpunkt erhöht, was ein teilweises Anfrieren zur Folge hat. Die Ergebnisse des Projektteams führen dabei zu einem wesentlich besseren Verständnis dessen, was diesen wichtigen Prozess antreibt: „Unsere Beobachtungen haben gezeigt, wie variabel die Schelfeisbasis ist, und wir konnten mehrere Prozesse hinter dieser Variabilität ausmachen. Das ist auf jeden Fall ein guter Fortschritt. Wir werden auch weiterhin mit Ozeanmodellierenden daran arbeiten, wie wir diese Erkenntnisse optimal integrieren und entscheiden können, welche Prozesse für die Darstellung maßgeblich sind.“ Das oberste Ziel von Vaňková besteht darin, die globalen Auswirkungen der Wechselwirkungen zwischen Schelfeis und Ozean besser simulieren zu können. DOVuFRIS hat dazu bereits zwei wissenschaftliche Artikel veröffentlicht und mehrere weitere wurden eingereicht oder befinden sich in der Vorbereitung. Außerdem hat das Projekt seine Ergebnisse auf Konferenzen sowie bei Tagungen und Seminaren vorgestellt, wie zum Beispiel im Dezember 2020 auf der Konferenz der American Geophysical Union. „Um die Zukunft des Schelfeises vorherzusagen, müssen wir zunächst seinen gegenwärtigen Zustand verstehen, und genau darum geht es in unserem Projekt. Unsere neue Technik ermöglicht es uns, die Variabilität in den Hohlräumen im Schelfeis mit einer noch nie dagewesenen zeitlichen Auflösung zu beobachten und zu überwachen, was uns letztendlich helfen wird, ihre Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen zu verstehen“, erklärt Vaňková.

Schlüsselbegriffe

DOVuFRIS, Filchner-Ronne-Schelfeis, Weddellmeer, Wirbel, Meeresspiegel, Schmelzrate, Schelfeis

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