Antarktischer Ozean Riesiges Loch im Eismeer fasziniert Polarforscher

Eine eisfreie Fläche im Antarktischen Ozean, etwa so groß wie Niedersachsen - obwohl es in der Region extrem kalt ist. Was ist da los?

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Dr. Lars Kaleschke, SPIEGEL ONLINE

Es klafft ein Loch im sonst so dicken Packeis des Weddell-Meeres vor der Antarktis. Und Lars Kaleschke glaubt, es als erster gesehen zu haben. Der Meereisexperte von der Universität Hamburg schaut täglich auf die aktuellen Mikrowellen-Messdaten des japanischen "GCOM-W1"-Satelliten - und was da gerade bei etwa 64 Grad Süd und 3 Grad Ost auf den Landkarten auftaucht, lässt ihn staunen: "Das Ganze war zwischenzeitlich etwas größer als die Fläche von Niedersachsen."

Mitten im spätwinterlichen Eispanzer östlich der antarktischen Halbinsel hat sich eine sogenannte Polynja aufgetan. Das Wort stammt aus dem Russischen und beschreibt eine freie oder nur von sehr dünnem Eis bedeckte Wasserfläche in sonst eigentlich zugefrorener Umgebung - denn die Lufttemperaturen in der Region liegen weiterhin im zweistelligen Minusbereich.

Ihre bisherige Maximalgröße erreichte die Weddell-Polynja am Montag dieser Woche mit 49.111 Quadratkilometern. Am Mittwoch, von diesem Tag stammen die derzeit aktuellsten Werte, war sie mit 39.462 Quadratkilometern wieder etwas kleiner. "Hier gelangt Tiefenwasser nach oben, das zwei bis drei Grad wärmer ist als das Oberflächenwasser", beschreibt Kaleschke. Schuld daran sind ein komplizierter Mechanismus - und ein unterseeisches Gebirge.

Wie ein Deckel auf einem Kochtopf

Der sogenannte Maud Rise erhebt sich ungefähr 500 Kilometer vor der antarktischen Küste vom Ozeanboden. Die rund 3500 Meter hohen Berge sind nur deswegen nicht an der Oberfläche zu sehen, weil das Wasser in dem Gebiet um die fünf Kilometer tief ist. Aber um die Meeresströmungen der Region gehörig durcheinanderzubringen, reicht es allemal - zumal wenn das Oberflächenwasser auch noch von den kräftigen Windsystemen der Region gehörig durchgequirlt wird.

Das alles kann dazu führen, dass sich eine stabile Schichtung umkehrt, die ansonsten im Ozean südlich des antarktischen Zirkumpolarstroms herrscht: Normalerweise liegt hier eine Schicht aus vergleichsweise warmem und salzreichem Wasser unten, das antarktische Bodenwasser. Oben drüber, wie ein Deckel auf einem Kochtopf, befindet sich eine Schicht aus kälterem und salzärmeren Wasser.

Doch im Bereich der über dem Maud Rise entstandenen Polynja kommen nun große Mengen des wärmeren Wassers an die Oberfläche. Dort gibt es seine Wärme an die Atmosphäre ab, neues Meereis bildet sich. Dieses enthält aber nur ein Drittel des zuvor im Wasser gelösten Salzes. Der Rest wird in den Ozean abgegeben, dadurch verändert sich die Dichte des Wassers in den oberen Schichten. Dieses wird schwerer und sinkt ab - dieser selbstverstärkende Effekt hält die Polynja offen.

Es ist nicht das erste Mal, dass sich im Weddell-Meer eine Polynja öffnet. Bis heute sind Geoforscher von einem Exemplar fasziniert, das in den Siebzigern drei Südwinter am Stück Bestand hatte und 1980 erstmals wissenschaftlich beschrieben wurde.

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Satellitenbilder: Wie die Polynja polarisiert

Das gigantische Loch war auf den Aufnahmen des US-Wettersatelliten "Nimbus 5" zu sehen und erreichte seine maximale Ausdehnung im September 1975. Damals waren mehr als 310.000 Quadratkilometer eisfrei. Eine Expedition hatte sich in das Gebiet aufgemacht, war allerdings erst angekommen, als sich die Polynja wieder geschlossen hatte.

Dann hatte sich das Phänomen 40 Jahre lang nicht gezeigt - und war erst im vergangenen Jahr wieder aufgetreten. Da war das Loch im antarktischen Eis allerdings laut Kaleschkes Berechnungen mit maximal 19.072 Quadratkilometern deutlich kleiner als in den Siebzigern. Und deutlich kleiner als in diesem Jahr.

Weddell-Polynja im Jahr 2016
NASA Earth Observatory

Weddell-Polynja im Jahr 2016

Wie eine Art Überdruckventil an einem Schnellkochtopf ist eine Polynja ein Weg, mit dem sich der Ozean großer Mengen Hitze in kurzer Zeit entledigen kann. Der Südozean ist als Wärmespeicher von globaler Bedeutung: Obwohl er nur 30 Prozent der weltweiten Meeresfläche ausmacht, nimmt er etwa die Hälfte des gesamten Kohlendioxids und drei Viertel der Wärme auf, die von den Ozeanen insgesamt absorbiert werden. Dabei erwärmt sich der Antarktische Ozean im Vergleich zu anderen Weltmeeren nur langsam.

Computermodellierungen deuten darauf hin, dass die riesigen Löcher im Eis als Teil der natürlichen Klimavariabilität regelmäßig auftauchen. Erst vor wenigen Tagen haben Forscher um Anna Cabré vom Institut für Meeresforschung in Barcelona im Fachmagazin "Journal of Climate" die Ergebnisse einer Modellrechnung vorgestellt, nach der dieser Wärmetransfer sogar weitreichende globale Auswirkungen haben kann. Nicht nur die unmittelbare Umgebung erwärmt sich nämlich, Wasser und Atmosphärentemperaturen steigen auf der ganzen Südhalbkugel, sogar auf der Nordhalbkugel ließen sich Effekte im Modell spüren.

Was hat die Polynja mit dem Klimawandel zu tun?

"In Jahren und Jahrzehnten mit einer großen Polynja sehen wir Veränderungen der Winde in der südlichen Hemisphäre und eine Südverschiebung des tropischen Regengürtels", beschreibt Co-Autorin Irina Marinow von der University of Pennsylvania. Die Verschiebung des Regengürtels um einige Grad nach Süden halte laut Modellierung 20 bis 30 Jahre an, so die Forscher.

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Was hat die Polynja nun aber mit dem Klimawandel zu tun? Frühere Studien hatten darauf hingedeutet, dass sich die Eislöcher in einem sich erwärmenden Erdklima - scheinbar paradoxerweise - eher seltener auftun. Forscher um Casimir de Lavergne, der damals an der McGill University im kanadischen Montreal arbeitete, hatten 2014 im Fachmagazin "Nature Climate Change" argumentiert, dass Polynjas in der Vergangenheit häufig im Südozean aufgetreten sein.

Erst durch den menschlichen Einfluss auf das Erdklima seien die Eislöcher zu einer Seltenheit geworden, so die Forscher - weil im Klimawandel verstärkt Meereis schmelze und dadurch mehr salzarmes Wasser an der Ozeanoberfläche vorkomme. Das halte gewissermaßen die untenliegenden wärmeren Wasserschichten in Schach - und sorge so dafür, dass sich vor allem der untere Ozean erwärme.

Ab und zu findet diese Wärme aber offenbar einen Weg nach oben - und das Loch im Eis öffnet sich. Im vergangenen Jahr, so sagt Forscher Kaleschke, habe es ein globales Meereisminimum gegeben. Möglicherweise sei für die niedrigen Werte in der Antarktis ja die - damals deutlich kleinere - Polynja mitschuldig gewesen. Auch wegen dieses Verdachts will er sich die Zahlen für dieses Jahr besonders genau ansehen.

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