Wie nah ist die Eisdecke der Westantarktis an einem Wendepunkt?

Wie nah ist die Eisdecke der Westantarktis an einem Wendepunkt?Pine Island Gletscher Eisschelf Riss. Bildnachweis: NASA Image Collection / Alamy Stockfoto.

Zwischen der Ost- und Westeisdecke und der Halbinsel hält die Antarktis genug Eis, um den globalen Meeresspiegel zu erhöhen ca. 60m.

Die Eisdecke der Westantarktis (WAIS) ist ein relativ kleiner Teil, der eine Menge Eis enthält, die äquivalent ist 3.3m des Meeresspiegelanstiegs. Das meiste davon befindet sich jedoch in einer prekären Lage und gilt als „theoretisch instabil".

Infolgedessen wird allgemein angenommen, dass sich der WAIS als Reaktion auf die vom Menschen verursachte Erwärmung ändert größte Quelle der Unsicherheit für langfristige Meeresspiegelprojektionen.

Der dringlichste Aspekt dieser Unsicherheit ist das Verständnis, ob die Instabilitätsschwellen von Eis überschritten wurden, ob der Rückzug, den wir jetzt messen, fortgesetzt werden soll und ob Eis, das heute unverändert erscheint, auch in Zukunft so bleiben wird.

Die neuesten Untersuchungen besagen, dass die Schwelle für den irreversiblen Verlust des WAIS wahrscheinlich zwischen 1.5 ° C und 2 ° C der globalen durchschnittlichen Erwärmung über dem vorindustriellen Niveau liegt. Mit Erwärmung schon bei um 1.1C und Übereinkommen in Paris Mit dem Ziel, die Erwärmung auf 1.5 ° C oder „weit unter 2 ° C“ zu begrenzen, sind die Margen zur Vermeidung dieser Schwelle in der Tat in Ordnung.

Marine Eisdecke

Nach den jüngsten Sonderbericht über Ozean und Kryosphäre (SROCC) von der Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) gibt es zwei Hauptkontrollen, wie stark der globale Meeresspiegel in diesem Jahrhundert ansteigen wird: zukünftige vom Menschen verursachte Treibhausgasemissionen und wie sich die Erwärmung auf die Eisdecke der Antarktis auswirkt. Das IPCC sagt:

"Nach 2050 steigt die Unsicherheit in Bezug auf den durch den Klimawandel verursachten Spiegelreflex (SLR) aufgrund von Unsicherheiten in den Emissionsszenarien und den damit verbundenen Klimaveränderungen sowie der Reaktion der Eisdecke der Antarktis in einer wärmeren Welt erheblich an."

Die Sorge um die Verwundbarkeit des WAIS liegt hauptsächlich in etwas, das als „Instabilität der Meereisdecke"(MISI) -" marine ", weil die Basis der Eisdecke unter dem Meeresspiegel liegt und" instabil ", weil der Rückzug nach dem Start selbsttragend ist.

Eisplatten können als riesige Süßwasserreservoirs betrachtet werden. Im kalten Inneren sammelt sich Schnee an, verdichtet sich langsam zu Gletschereis und fließt dann wie eine sehr dicke Flüssigkeit zurück in Richtung Meer.

An einigen Stellen erreicht das Eis die Küste und schwimmt auf der Meeresoberfläche Eisschelf. Die Grenze zwischen Eis, das auf der Landoberfläche ruht (oder dem Meeresboden im Fall einer Meereisdecke), wird als „Erdungslinie“ bezeichnet. In der Erdungslinie kehrt das im Eisschild gespeicherte Wasser in den Ozean zurück. Und wenn es sich seewärts bewegt, haben wir eine positive „Massenbilanz“ - das heißt, es gewinnt mehr Eismasse als es an das Meer zurück verliert.

Wenn sich die Erdungslinie jedoch zurückzieht, ist das Gleichgewicht negativ. Eine negative Eisdecke bedeutet einen positiven Beitrag zum Ozean und damit zum globalen Meeresspiegel.

Instabilität

Dieses grundlegende Bild der Massenbilanz der Eisdecke ist alles, was Sie brauchen, um zu verstehen, warum Glaziologen über MISI besorgt sind.

Änderungen am Eisschelf auf der schwimmenden Seite der Erdungslinie - wie z. B. Ausdünnen - können dazu führen, dass sich Eis auf der geerdeten Seite vom Meeresboden abhebt. Wenn dieses Eis schwimmt, zieht sich die Erdungslinie zurück. Da das Eis beim Schweben schneller fließt als beim Erden, steigt die Eisflussrate in der Nähe der Erdungslinie. Durch die schnellere Strömung verursachte Dehnung wird zu einer neuen Ausdünnungsquelle in der Nähe der Erdungslinie.

Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Wenn das neu schwimmende Eis schneller fließt und dünner wird, kann es dazu führen, dass mehr Eis abhebt und schwimmt und die Erdungsleitung zurückdrängt.

Darüber hinaus weisen die MISI-gefährdeten Bereiche der Eisdecke einen umgekehrten oder „retrograden“ Gradienten auf, was bedeutet, dass sie weiter im Landesinneren tiefer wird. Wenn sich die Erdungslinie weiter in dickere Teile der Eisdecke zurückzieht, beschleunigt sich die Strömung, was den Eisverlust weiter erhöht. Der umgekehrte Gradient macht diesen Prozess als positive Rückkopplungsschleife selbsttragend - dies macht MISI zu einer Instabilität.

Illustration der Instabilität der Meereisdecke oder MISI. Das Ausdünnen des stützenden Schelfeises führt zu einer Beschleunigung des Eisschildflusses und zu einer Ausdünnung des marinen Eisrandes. Da das Grundgestein unter der Eisdecke zum Inneren der Eisdecke hin abfällt, bewirkt das Ausdünnen des Eises einen Rückzug der Erdungslinie, gefolgt von einer Erhöhung des seewärts gerichteten Eisflusses, einer weiteren Ausdünnung des Eisrandes und einem weiteren Rückzug der Erdungslinie. Bildnachweis: IPCC SROCC (2019) Abb. CB8.1a Illustration der Instabilität der Meereisdecke oder MISI. Das Ausdünnen des stützenden Schelfeises führt zu einer Beschleunigung des Eisschildflusses und zu einer Ausdünnung des marinen Eisrandes. Da das Grundgestein unter der Eisdecke zum Inneren der Eisdecke hin abfällt, bewirkt das Ausdünnen des Eises einen Rückzug der Erdungslinie, gefolgt von einer Erhöhung des seewärts gerichteten Eisflusses, einer weiteren Ausdünnung des Eisrandes und einem weiteren Rückzug der Erdungslinie. Bildnachweis: IPCC SROCC (2019) Abb. CB8.1a

Es ist noch nicht klar, ob die MISI-Schwelle irgendwo in der Antarktis überschritten wurde. Wir wissen, dass sich die Erdungslinien entlang der Küste des Amundsensees zurückziehen - am spektakulärsten auf der Thwaites Gletscher. Und der Treiber für den Rückzug scheint relativ warmes Meerwasser zu sein - etwa 2 ° C wärmer als der historische Durchschnitt - das zur Erdungslinie fließt und ein stärkeres Schmelzen als gewöhnlich verursacht.

Wendepunkte der Klimakrise 2 22 1

Wenn die Instabilität nicht begonnen hat und die Erwärmung des Ozeans aufhört, sollte die Erdungslinie einen neuen Ausgleichspunkt an einem neuen Ort finden. Aber wenn es begonnen hat, wird der Rückzug fortgesetzt, egal was als nächstes passiert.

Schnellerer Fluss

Selbst wenn die Schwelle überschritten wurde - oder auch wenn sie in Zukunft überschritten wird - kann der Rückzug mit unterschiedlichen Raten erfolgen, je nachdem, wie stark wir ihn zu Beginn „gedrückt“ haben.

So funktioniert das Die Instabilität hängt von einem Kräftegleichgewicht innerhalb der Eisdecke ab. Eine Kraft aufgrund der Schwerkraft bewirkt, dass das Eis mit einer Geschwindigkeit fließt, die teilweise von seiner Dicke und seiner Oberflächensteigung abhängt.

Eine größere Schmelzrate auf der Schwimmseite und ein schnellerer Fluss über die Erdungslinie ziehen die Oberfläche des Eises schneller nach unten als kleinere Raten. Das schnellere Absenken erzeugt eine steilere Oberflächensteigung und damit einen schnelleren Fluss und einen schnelleren Rückzug.

A Modellstudie Bei diesem im letzten Jahr veröffentlichten Feedback wurde festgestellt, dass MISI, wenn es mit einem größeren Druck (einer größeren Schmelzrate) begann, schneller ablief als wenn es mit einem kleineren Druck begann, selbst nachdem das zusätzliche Schmelzen entfernt wurde.

Dies bedeutet, dass selbst wenn MISI aufgerufen wird, die Reduzierung der globalen Emissionen und die Verlangsamung der Erwärmung mehr Zeit geben, um sich auf die Folgen vorzubereiten.

Eisklippen

Es scheint eine zweite Ursache für Instabilität bei Meereisplatten zu geben - eine, die ins Spiel kommt, wenn die Eisschelfs vollständig verloren gehen.

Einige der spektakulärsten Bilder des Gletscherwechsels sind vom Eisberg Kalben - mit anderen Worten, abbrechen - von den stark gespaltenen Fronten der Gletscher mit Meeresende.

Dieses Abkalben wird durch das Schmelzen der Unterseite des Schelfeises verursacht.Hydrofracking”- wo Schmelzwasser, das sich auf der Oberfläche des Schelfeises bildet, in das Eis eindringt und Risse verursacht - oder eine Kombination aus beiden.

Wie schnell das Kalben erfolgt, hängt von der Höhe der Eisklippe über der Wasserlinie ab. Je höher die Klippe über dem Wasser steht, desto höher ist die Kalbungsrate.

Wie bei MISI bedeutet das abnehmende Gefälle des Meeresbodens unter dem WAIS, dass die Eisklippe beim Rückzug in dickeres Eis weiterhin eine immer höhere Klippe dem Ozean aussetzt und die Kalbungsrate steigen muss.

Dieser unten dargestellte Prozess wird als „Instabilität der Meereisklippen“ (MICI) bezeichnet. Die Theorie besagt, dass dort, wo die Höhe einer Gletscherfläche etwa 100 m über der Meeresoberfläche liegt, die Klippe zu hoch ist, um ihr eigenes Gewicht zu tragen. Es wird daher unvermeidlich zusammenbrechen und eine ähnlich hohe Felswand dahinter freilegen, die ebenfalls zusammenbrechen wird. Und so weiter.

Laut SROCC des IPCC ist „der Thwaites-Gletscher besonders wichtig, da er sich bis in das Innere des WAIS erstreckt, wo das Bett stellenweise> 2000 m unter dem Meeresspiegel liegt“. (Obwohl das SROCC auch feststellt, dass MISI zwar eine retrograde Bettneigung erfordert, MICI jedoch sogar auf einem flachen oder seewärts geneigten Bett auftreten kann.)

Dieser kürzlich identifizierte Prozess ist nicht so gut untersucht wie MISI, aber dies wird sich in den kommenden Jahren sicherlich ändern, da Wissenschaftler weiterhin sich schnell ändernde Systeme wie den Thwaites-Gletscher beobachten.

Illustration der Instabilität der Meereisklippen. Wenn die Klippe hoch genug ist (mindestens ~ 800 m der gesamten Eisdicke oder etwa 100 m Eis über der Wasserlinie), überschreiten die Spannungen an der Klippenfläche die Stärke des Eises, und die Klippe versagt bei wiederholten Kalbereignissen strukturell. Bildnachweis: IPCC SROCC (2019) Abb. CB8.1b Illustration der Instabilität der Meereisklippen. Wenn die Klippe hoch genug ist (mindestens ~ 800 m der gesamten Eisdicke oder etwa 100 m Eis über der Wasserlinie), überschreiten die Spannungen an der Klippenfläche die Stärke des Eises, und die Klippe versagt bei wiederholten Kalbereignissen strukturell. Bildnachweis: IPCC SROCC (2019) Abb. CB8.1b

A Natur Eine Studie über MICI aus dem Jahr 2016 kam zu dem Schluss, dass die Antarktis „das Potenzial hat, bis 2100 mehr als einen Meter zum Anstieg des Meeresspiegels und bis 15 mehr als 2500 Meter beizutragen“. Neuere Forschung kam zu dem Schluss, dass dies wahrscheinlich eine Überschätzung ist, stellte jedoch fest, dass noch nicht klar ist, welche Rolle MICI in diesem Jahrhundert spielen könnte. Eine weitere Studie hat auch vorgeschlagen, dass ein schneller Eisverlust durch MICI durch einen langsameren Verlust der Eisschelfs, die die Gletscher zurückhalten, gemindert werden kann.

Schwelle schließen

Ende letzten Jahres a großes Team von Modellbauern bewertete verschiedene Studien zur Reaktion der Eisdecke auf das Pariser Klimaziel, um die globale durchschnittliche Erwärmung „weit unter“ 2 ° C zu halten.

Die Modelle zeigen alle in die gleiche Richtung. Das heißt, dass die Schwelle für den irreversiblen Eisverlust sowohl in der grönländischen Eisdecke als auch im WAIS irgendwo zwischen 1.5 ° C und 2 ° C liegt. Und wir sind schon bei etwas mehr als 1C Erwärmung gerade jetzt.

Dieses 1.5-2C-Fenster ist der Schlüssel für das „Überleben der Eisschelfs in der Antarktis“, erklärte das Übersichtsartikel, und damit für ihre „Stützwirkung“ auf die Gletscher, die sie zurückhalten.

Glossar: RCP2.6: Die RCPs (Representative Concentration Pathways) sind Szenarien zukünftiger Konzentrationen von Treibhausgasen und anderen Antrieben. RCP2.6 (manchmal auch als „RCP3-PD“ bezeichnet) ist ein Szenario mit „Spitzenwerten und Rückgängen“, bei dem eine strenge Abschwächung erforderlich ist.

Ein weiterer Schwellenwert könnte zwischen 2 ° C und 2.7 ° C liegen, fügten die Autoren hinzu. Das Erreichen dieses Niveaus des globalen Temperaturanstiegs könnte die „Aktivierung mehrerer größerer Systeme wie der Ross- und Ronne-Filchner-Entwässerungsbecken und den Beginn viel größerer SLR-Beiträge“ auslösen. 

Ross und Ronne-Filchner sind die beiden größten Eisschelfs in der Antarktis. Diese könnten „innerhalb von 100–300 Jahren“ erheblich reduziert werden. eine weitere Studie sagt, in Szenarien, in denen die globalen Emissionen die überschreiten RCP2.6-Szenario. Dieser Emissionspfad wird allgemein als mit der Begrenzung der Erwärmung auf 2 ° C vereinbar angesehen.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verhinderung eines erheblichen Eisverlusts in der Antarktis von der Begrenzung der globalen Emissionen auf oder unter RCP2.6 abhängt. Wie das Papier abschließt: „Das Überschreiten dieser Schwellenwerte impliziert die Verpflichtung zu großen Änderungen der Eisdecke und der Spiegelreflexkamera, deren vollständige Realisierung und Irreversibilität in längeren Zeiträumen Tausende von Jahren dauern kann.“

Über den Autor

Prof. Christina Hulbe, Geophysikerin an der National School of Surveying der University of Otago in Neuseeland.

Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Carbon Brief

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