KLIMA-MEDIA.de Pressespiegel & Infoblog

Das Eisschild der West-Antarktis ist ein mögliches Kipp-Element im Klimasystem, das teils bereits gekippt sein könnte.

Eisschild der West-Antarktis kippt – Foto: NASA / Jane Peterson

Wissenschaftler können nicht ausschließen, dass die Eismassen nahe der antarktischen Amundsen See bereits instabil zu werden beginnen. Dies ist eines der Ergebnisse einer jetzt in der Fachzeitschrift Climatic Change erschienenen neuen Einschätzung des gegenwärtigen Zustands von sechs potenziell instabilen Regionen im Klimasystem mit großen direkten Auswirkungen auf Europa. Die Wahrscheinlichkeit des Kippens dieser Elemente steigt im Allgemeinen mit dem Anstieg der globalen Mitteltemperatur, als Folge des von Menschen verursachten Ausstoßes von Treibhausgasen.
„Wir zeigen hier nur eine Momentaufnahme des Wissensstands, aber sie ist in mancher Hinsicht schärfer als die zuvor gemachten“, sagt Anders Levermann vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung. Zum ersten Mal hätten sich Experten für die verschiedenen möglichen Kipp-Elemente als Ko-Autoren zusammen getan, um gemeinsam einen Überblick zum Stand des Wissens über sogenannte klimatische Übergänge zu geben. Derartige Einschätzungen, das legt der Begriff schon nahe, entwickeln sich ständig weiter, wie Levermann betont. Allerdings werden die betreffenden Systeme immer besser begriffen. „Diese Vorgänge zu verstehen ist von entscheidender Bedeutung als Grundlage künftiger gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Entscheidungen“, sagt Levermann. „Aus dem Blickwinkel der Risiko-Abschätzung muss die Wissenschaft – natürlich immer unter Hinweis auf Unsicherheiten – Betroffene und Entscheider mit Informationen über Wahrscheinlichkeiten und mögliche Wirkungen von klimatischen Übergängen unterstützen. Einfach Abwarten ist keine Alternative.“

Solch ein teilweiser Abbruch des westantarktischen Inlandeises wäre zum Beispiel gleichbedeutend mit einem zusätzlichen Meeresspiegelanstieg von 1,5 Meter, wie frühere Forschung zeigt. Die meisten Deiche in Europa können um nicht mehr als einen Meter erhöht werden, so die Studie. Danach muss das Hinterland verändert werden. Selbst wenn der vollständige Zerfall des Eisschildes der Westantarktis hunderte von Jahren dauern würde, wären die Auswirkungen erheblich. Zusätzlich zum globalen Meeresspiegelanstieg durch das Schmelzwasser würde auch die Anziehungskraft in Richtung des Südpols verringert – wo die Masse schrumpft, wird auch die Gravitation weniger. Hierdurch könnte der Meeresspiegelanstieg in Europa sogar noch verstärkt werden. All dies fließt in die Schlussfolgerungen der Forscher mit ein.

Das arktische Meer-Eis und die Gebirgsgletscher der Alpen werden unter den in der Studie aufgelisteten Elementen als diejenigen eingeschätzt, die am empfindlichsten auf die Erderwärmung reagieren. Geht das arktische Meer-Eis zurück, so kann dies Auswirkungen auf das System von Hoch- und Tiefdruckgebieten in der Atomsphäre über dem Nordatlantik haben – und hiermit auch auf die vom Atlantik kommenden Stürme in Europa. Ein Schrumpfen der Gletscher in den Alpen hat Auswirkungen auf die Verfügbarkeit von Wasser in der Region, weil sich je nach Jahreszeit der Abfluss von Schmelzwasser in die Flüsse verändert. Mit einer Erwärmung von zwei Grad Celsius würden von den Gletschern nur kleine Reste bleiben. Ob es bei diesen zwei Kipp-Elementen eine Selbstverstärkung der Effekte gibt, ist unsicher. So könnte sich etwa der Rückgang beim arktischen Meer-Eis wieder umkehren, wenn die globale Mitteltemperatur sinkt – auch wenn ein solches Szenario nicht sehr wahrscheinlich ist.

Das Risiko, bei der Abnahme der Ozonschicht über der Arktis einen Kipp-Punkt zu erreichen, werde unbedeutend, wenn die Menge von Chlor in der Stratosphäre unter das Niveau von 1980 sinkt, so die Einschätzung der Experten. Dies werde voraussichtlich 2060 der Fall sein. Hohe Unsicherheit gibt es bei der großen Umwälzströmung im Atlantik, der sogenannten thermohalinen Zirkulation. Ihr möglicher Zusammenbruch könnte durch den Zustrom von Süßwasser geschehen, der seine Ursache im Schmelzen der Eisdecke auf Grönland und in veränderten Niederschlagsmustern hat. Die Unsicherheit in der zukünftigen Veränderung dieser Größen spiegelt sich in einer starken Unsicherheit über das Kippen der Ozeanströmung. Entsprechend bleibt, im Gegensatz zu den anderen Kippelementen, die Unsicherheit auch bei starker Erwärmung hoch.

Andere Kipp-Elemente wie die Gletscher des Himalaya, der indische Monsun oder das Tauen der sibirischen Permafrostböden werden in der Studie nicht im Detail untersucht, da sie keine direkten Auswirkungen auf Europa haben, so die Autoren. Allerdings sind indirekte Auswirkungen durchaus wahrscheinlich.

Der Begriff ‚Kipp-Elemente’ ist dadurch definiert, dass hier kleine äußere Störungen eine starke Reaktion auslösen. Dies könnte bei manchen so missverstanden werden, dass die Veränderung dieser Elemente immer selbstverstärkend und unumkehrbar sei. Zwar gehören zu den meisten Kipp-Elementen solche dynamischen Prozesse mit Selbstverstärkung, aber nicht zu allen. „Der entscheidende Punkt ist die hohe Empfindlichkeit gegenüber Veränderungen im globalen Klima”, erklärt Levermann. „Diese stellt ein Risiko dar, dessen sich die Gesellschaft bewusst sein muss.“

Artikel: Levermann, A., Bamber, J., Drijfhout, S., Ganopolski, A., Haeberli, W., Harris, N., Huss, M., Krüger, K., Lenton, T., Lindsay, R., Notz, D., Wadhams. P., Weber, S.: Potential climatic transitions with profound impact on Europe, Review of the current state of six ‘tipping elements of the climate system’. Climatic Change (2011) [DOI 10.1007/s10584-011-0126-5]
Weblink zum Artikel (PDF)

Weitere Informationen

Lenton, Timothy: Early warning of climate tipping points. Nature Climate Change (2011) [DOI: 10.1038/nclimate1143]

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E. Kriegler. J. Hall, H. Held, R. Dawson, H.-J. Schellnhuber (2009) Imprecise probability assessment of tipping points in the climate system. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 106(13): 5041-5046, Weblink zum Artikel

T. Lenton, H. Held, E. Kriegler, J.W. Hall, H. Held, R. Dawson, H.-J. Schellnhuber (2008) Tipping element’s in the earth’s climate system. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 105: 1786-1793,

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Seit Beginn der Industrialisierung steigt der Meeresspiegel schneller als je zuvor in den letzten zweitausend Jahren.

Klimafolge: Überschwemmungen nehmen drastisch zu – Foto: D. Ott – Fotolia.com

Nach vielen Jahrhunderten mit stabilen oder nur langsam steigenden Werten geht die Kurve seit Ende des 19. Jahrhunderts steil nach oben. Das zeigt eine Untersuchung von Ablagerungen an der US-Atlantikküste – die erste durchgehende Rekonstruktion der Veränderungen des Meeresspiegels über einen solch großen Zeitraum.

Zumindest in den letzten tausend Jahren kann das Auf und Ab der globalen Durchschnittstemperatur das Verhalten des Meeresspiegels erklären, schreibt ein internationales Forscherteam in der US-Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences. Die neuen Daten erhärten die physikalisch begründete Annahme, dass der Meeresspiegel umso rascher steigt, je wärmer das globale Klima wird.

„Die neue Untersuchung bestätigt unser Modell des Meeresspiegelanstiegs – die Daten der Vergangenheit schärfen damit unseren Blick in die Zukunft“, erklärt Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, einer der Autoren. Bislang war der enge Zusammenhang zwischen Lufttemperatur und Meeresspiegelanstieg nur für die vergangenen 130 statt wie nun für 1000 Jahre belegt worden. Das zeitliche Zusammentreffen der Beschleunigung des Meeresspiegelanstiegs mit dem Beginn der Industrialisierung sei, so Rahmstorf, ein deutlicher Hinweis: „Der Mensch heizt mit seinen Treibhausgasen das Klima immer weiter auf, daher schmilzt das Landeis immer rascher und der Meeresspiegel steigt immer schneller.“

„Der Anstieg des Meeresspiegels ist eine potenziell desaströse Folge des Klimawandels, weil steigende Temperaturen das Eis an Land schmelzen lassen und das Wasser der Ozeane erwärmen“, sagt Benjamin Horton von der University of Pennsylvania, auch er ist einer der Autoren. Wird Wasser erwärmt, dehnt es sich aus, und der Meeresspiegel steigt. Die zweite wesentliche Ursache für den Anstieg ist das Abschmelzen von Gebirgsgletschern und großer Eismassen in Grönland und der Antarktis, wodurch zusätzliches Wasser ins Meer gelangt.

Die Forscher haben in Bohrkernen aus Salzwiesen an der nordamerikanischen Küste fossile Kalkschalen von Einzellern untersucht – ein natürliches Archiv der Pegelstände des Ozeans. Menge und Art dieser Kalkschalen zeigen den Wasserstand vergangener Jahrhunderte an, weil die Arten jeweils in einer ganz bestimmten Höhe im Gezeitenbereich leben. Die in North Carolina gewonnenen Daten decken sich mit Hafenpegeldaten, soweit diese zurückreichen, und sie wurden außerdem durch eine unabhängige Rekonstruktion aus Massachusetts bestätigt. Obwohl Meeresspiegelschwankungen örtlich in gewissem Rahmen vom Verlauf des globalen Meeresspiegels abweichen können, gehen die Forscher davon aus, dass ihre Daten im Großen und Ganzen die Veränderungen im globalen Meeresspiegel aufzeigen.

Die Daten zeigen vier Phasen. Von 200 vor Christus bis 1000 nach Christus war der Meeresspiegel stabil. Ab dem 11. Jahrhundert stieg er 400 Jahre lang um etwa fünf Zentimeter pro Jahrhundert an. Diesen Anstieg konnten die Forscher in Modellrechnungen mit der mittelalterlichen Warmperiode erklären. Gefolgt war der Anstieg von einer weiteren stabilen Periode mit kühlerem Klima, die bis ins späte 19. Jahrhundert reicht. Seither ist der Meeresspiegel im Zuge der globalen Erwärmung um rund 20 Zentimeter angestiegen. Damit ist dieser Anstieg um ein Mehrfaches schneller als alles, was es in den vorangegangenen 2000 Jahren gegeben hat.

Zu den Autoren der Studie zählen neben Rahmstorf und Horton auch Andrew Kemp (Yale University), Jeffrey Donnelly (Woods Hole Oceanographic Institution), Michael Mann (Pennsylvania State University), Martin Vermeer (Aalto University School of Engineering, Finland). Die Untersuchung wurde unterstützt unter anderem von der US-amerikanischen National Science Foundation.

Die Umwelt- und Verkehrsverbände NABU, BUND, DUH und VCD haben in Berlin im Namen der Kampagne „Rußfrei fürs Klima“ die Sieger des Cartoon Wettbewerbs „Ruß lässt die Arktis schmelzen“ gekürt.

Zeichnung: Olga Hopfauf

NABU-Präsident Olaf Tschimpke und der Berater der Kampagne, Axel Friedrich, gratulierten dem Cartoonisten Marcus Wilke zu seinem ersten Platz.

Zahlreiche Teilnehmer, vom Hobbyzeichner bis hin zum Profi-Cartoonisten, interpretierten das Thema ganz unterschiedlich und sendeten Beiträge aus dem ganzen Bundesgebiet sowie aus Österreich ein. Eine Jury aus Verbands-Vertretern wählte die drei Sieger-Cartoons unter der Vielzahl von Einsendungen aus und bestimmte die Plätze vier bis zehn.

Den ersten Platz bekam schließlich ein Cartoon von Marcus Wilke, Cartoonist und Illustrator aus Berlin. Der Beitrag mit dem Kurztitel „Asylanträge“ veranschaulicht ironisch, was passiert, wenn die Erderwärmung weiterhin voranschreitet und dadurch das „Ewige Eis“ der Arktis abschmilzt. Die dort lebenden Tiere werden gezwungen sein, sich andere Lebensräume zu suchen. „Nicht nur die Botschaft des Cartoons, auch die zeichnerische Umsetzung überzeugt. Marcus Wilke hat ein Gespür dafür, die Problematik des Klimawandels und die Folgen für die Arktis mit wenig Worten auf den Punkt zu bringen“, sagte Tschimpke. Der erste Platz ist mit einem Preisgeld von 1.500 Euro dotiert.

Auf den zweiten Platz schaffte es Christian Depenbusch aus Castrop-Rauxel mit seinem Iglo-Cartoon, der auf den sogenannten Albedo-Effekt der Rußpartikel in der Arktis abzielt: Lagern sich schwarze Teilchen auf hellem Grund ab, wird die zurück reflektierte Sonnenstrahlung gemindert und die Wärme durch die schwarzen Teilchen absorbiert. Als Folge erwärmen sich die darunter liegenden weißen Schnee- und Eismassen und schmelzen noch schneller ab.

Den dritten Platz sicherte sich Kristina Ruprecht aus Bad Schwalbach mit ihrem „Bettler-Cartoon“: Augenzwinkernd zeigt sie, wie der Rußausstoß aus unseren Autos in Europa dazu führt, dass es das Arktiseis in näherer Zukunft nicht mehr geben könnte. Eisbären und auch die in der Antarktis lebende Pinguine wären damit sinnbildlich von Futterspenden abhängig, weil es ihre natürlichen Lebensräume nicht mehr gibt.

Einen Sonderpreis erhielt der Cartoon von Burkhard Fritsche, der sich zwar nicht explizit mit dem Thema Ruß und Klimawandel beschäftigt, aber auf humorvolle und zeichnerisch überzeugende Art und Weise die scheinbaren Bemühungen der Automobilindustrie entlarvt, sich klima- und umweltfreundlich zu präsentieren.

„Künstler können die komplexe Problematik der Klimawirksamkeit von Rußpartikeln und die daraus resultierenden Folgen für die Arktis in Bildern darstellen, die mehr erklären können, als lange wissenschaftliche Vorträge. Die Cartoons bringen es sehr gut auf den Punkt. Sie helfen uns, die Aufmerksamkeit stärker auf die klimaschädlichen Rußemissionen zu lenken“, erklärte Axel Friedrich.

In dem parallel ausgelobten Kurzfilm-Wettbewerb der Rußfrei fürs Klima Kampagne hat es ebenfalls eine Entscheidung gegeben: Gewonnen hat der Kurzfilm von Simon Kaiser und Yannik Markworth von der Medienakademie Hamburg, die in ihrem einminütigen Spot mit Ironie die Botschaft verbreiten: Rußschleudern sind uncool! Denn ihr smarter Hauptdarsteller kann die weiblichen Fans mit seinem Auto mit roter Plakette alles andere als beeindrucken. Die beiden jungen Filmemacher können sich über ein Preisgeld von 3.000 Euro freuen.

Der Gewinner-Kurzfilm bei Youtube

Sogar eine Erderwärmung um nur 1,5 Grad Celsius hätte Folgen für Jahrhunderte.

Malediven: Der Anstieg des Meeresspiegels hat gravierende Folgen – Foto: H. Hoppe / Pixelio

Die Ozeane speichern die höheren Temperaturen länger als bislang gedacht, weil der normale Wärmeaustausch gestört wird, fanden Wissenschaftler des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) heraus. Wärme in tieferen Wasserschichten wird hierbei durch eine Abkühlung der obersten Wasserschichten gleichsam gefangen gehalten, heißt es in der Studie, die demnächst in der Zeitschrift Earth System Dynamics veröffentlicht wird. Selbst wenn es gelingen sollte, den Planeten wieder abzukühlen, indem man Kohlendioxid aus der Atmosphäre extrahiert, würde diese Abkühlung daher rund zehnmal länger dauern als zuvor das Aufheizen durch Treibhausgase, so die Berechnungen. Folge wäre, dass der globale Meerespiegel trotz der Abkühlung der Erdoberfläche noch für weitere 200 Jahre anstiege.

Beim Klimagipfel im mexikanischen Cancún wird darüber gestritten, ob und wie ein Klimawandel von mehr als zwei Grad gegenüber dem vorindustriellen Zeitalter verhindert werden soll. Die bisher freiwillig abgegebenen Versprechen vieler Staaten, ihren Ausstoß von CO2 zu verringern, würden jedoch zu einem Temperaturanstieg von etwa drei bis vier Grad führen. Ein Jahr zuvor in Kopenhagen war auf Drängen vor allem kleiner Inselstaaten beschlossen worden, auch ein ambitioniertes Szenario der Emissionsreduktion mit einem Ziel von 1,5 Grad Erderwärmung prüfen zu lassen. Hierzu gibt es erst wenig Forschung. Die PIK-Wissenschaftler haben nun eine ganze Reihe von Szenarien mit Hochleistungsrechnern simuliert.

„Die gute Nachricht ist, dass eine Begrenzung der Erderwärmung auf rund 1,5 Grad tatsächlich erreichbar ist, wenn die Emissionen ab dem Jahr 2015 sinken und ab 2070 sogar CO2 wieder aus der Atmosphäre herausgeholt wird“, erklärt der Leitautor Jacob Schewe. Hierfür sei allerdings vermutlich ein massiver Ersatz fossiler Brennstoffe durch Biomasse in Verbindung mit dem Verpressen des CO2 im Boden nötig (CCS). Beides birgt Risiken. Die schlechte Nachricht aber sei: „Schon ein Temperaturanstieg von weniger als zwei Grad hätte weitreichende Folgen – wenn auch weniger tiefgreifende als bei einer noch stärkeren Erderwärmung.“

So würde im 1,5-Grad-Szenario der allein durch die thermische Ausdehnung der Wassermassen verursachte Meerespiegelanstieg im Jahr 2250 durchschnittlich rund 30 Zentimeter betragen. „Dies hätte bereits ernstzunehmende Folgen für viele Küstenregionen weltweit“, sagt Anders Levermann, Koautor und Professor für die Dynamik des Klimasystems. „Stoßen wir einfach weiter wie bisher Treibhausgase aus, würde der Meereespiegel selbst im Jahr 2500 nicht aufhören zu steigen, und nur allein durch die Ausdehnung des Meerwassers bekämen wir 200 Zentimeter globalen Anstieg.“ Hinzu kämen noch die Beiträge aus dem Schmelzen der Eiskappen. Auch bei den Monsunregen etwa in Asien müsste bereits bei 1,5 Grad globaler Erwärmung mit deutlichen Veränderungen gerechnet werden. Dies alles ist bedeutsam für Maßnahmen der Anpassung an den Klimawandel, die auch in Cancún Thema sind.

Am weitesten gehen die Veränderungen der Temperaturen im Meer, wie die Simulation der PIK-Forscher zeigt. Beispielsweise im Nordatlantik könnte auch die Tiefsee aufgrund des nun entdeckten und über die üblichen Trägheiten hinausweisenden Mechanismus’ – Abkühlung an der Wasseroberfläche und hierdurch beeinträchtigter Wärmeaustausch der Ozeane – lange Zeit anormal erwärmt bleiben. Dies könnte die Ökosysteme des Meeres stören. Die Eisschelfe der Antarktis könnten schmelzen. Und gefrorene Methanhydrate könnten sich vom Meeresboden lösen, was zusätzliche Treibhausgase in die Atmosphäre brächte.

Originalpublikation:

Schewe, J., Levermann, A., Meinshausen, M.: Climate change under a scenario near 1.5 C under a scenario of global warming: Monsoon intensification, ocean warming and steric sea level rise. Earth System Dynamics Discussions 1 (2010), 297-324 [doi:10.5194/esdd-1-297-2010]
Artikel als PDF (engl.)

Ein 1620 Meter langer Eiskern wurde im Rahmen des Talos Dome Ice Core Projects (TALDICE) im Rossmeersektor der Antarktis gebohrt.

Blick auf das TALDICE-Bohrcamp – Foto: Fernando Valero-Delgado / AWI

Diese hat Vermutungen der Forscher bestätigt: Das Klima am Ende der letzten Eiszeit hat sich nach dem Muster der so genannten „bipolaren Wippe“ verändert. Die Ergebnisse wurden jetzt vorab auf der Internetseite des Magazins Nature Geoscience veröffentlicht.

Aus bisherigen Untersuchungen grönländischer und antarktischer Eiskerne ist bekannt, dass sich der Süden während einer Kaltphase im Norden erwärmt hat, während der nachfolgende rapide Temperaturanstieg auf der Nordhalbkugel immer mit dem Beginn der Abkühlung im Süden einsetzte. Dieses Phänomen, das als „bipolare Wippe“ bezeichnet wird, haben Wissenschaftler jetzt erstmals für das Ende der letzten Eiszeit nachgewiesen. Im Zeitraum von 16.000 bis 14.500 Jahren vor heute zeigen sich zudem in der Antarktis deutliche Unterschiede im Verlauf der Temperaturschwankungen zwischen dem indisch-pazifischen und dem atlantischen Sektor. „Diese Schwankungen sind von einem verlangsamten Anstieg des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre und einer leichten Abkühlung auf Grönland begleitet“, sagt der Glaziologe Dr. Sepp Kipfstuhl vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft, der die deutsche Vertretung im Talos Dome Ice Core Project übernommen hat. Das Verständnis und die Simulation der „bipolaren Wippe“ sowie des klimatischen Verlaufs in den der Antarktis vorgelagerten Meeresgebieten und ihr Wechselspiel mit den Kohlenstoffkreisläufen sei gerade für die Modellierung des Erd- und Klimasystems von großer Wichtigkeit, so Kipfstuhl.

Der neue, auf dem Talos Dome gebohrte Eiskern eignet sich für die Untersuchungen besonders gut, da er eine ungestörte Klimazeitreihe der vergangenen 250.000 Jahre bietet. Es ist die bisher längste Zeitreihe aus einem küstennahen Gebiet der Antarktis. Der Glaziologe Hans Oerter vom Alfred-Wegener-Institut hat schon viele Eiskerne gezogen und auf seinem Labortisch untersucht, aber dieser neue Kern sei tatsächlich ein Glücksfall für die Wissenschaft: „Der Eiskern erlaubt die atmosphärischen und klimatischen Veränderungen der Vergangenheit mit einer so hohen zeitlichen Auflösung zu beschreiben, wie sie bislang bei keinem Kern der Ostantarktis möglich gewesen ist.“

Behutsam wurde der Kern dann auch im Eislabor des Alfred-Wegener-Instituts zersägt, um die einzelnen Probestücke an die unterschiedlichen Labore der am Projekt beteiligten Institute zu versenden. Diese Arbeiten nahmen insgesamt drei Monate in Anspruch. Bei den anschließenden Untersuchungen gelang es den Wissenschaftlern, die neuen Klimazeitreihen präzise mit den bereits vorliegenden Zeitreihen aus anderen antarktischen und grönländischen Eiskernen zu synchronisieren. Sie benutzten dazu die globalen Schwankungen der Methankonzentration, die in den Luftblasen im Eis archiviert sind und in Grönland und in der Antarktis gleichzeitig auftreten. Basierend auf diesem neuen synchronisierten Altersmodell konnten die Wissenschaftler die zeitlich hoch aufgelösten Zeitreihen der Temperaturdaten innerhalb der Antarktis und auf Grönland dann miteinander vergleichen.

Die Studie, auf der Internetseite von Nature Geoscience veröffentlicht wird, fasst die Arbeit der Wissenschaftler, die in TALDICE kooperiert haben, zusammen und zeigt ihre vielfältige Erfahrung bei der Analyse von Eisbohrkernen. Beteiligt waren Institute aus fünf europäischen Ländern (Italien, Frankreich, Deutschland, Schweiz und Groß Britannien). Die Logistik für die Arbeiten auf dem Talos Dome in der Antarktis wurde hauptsächlich vom italienischen „Nationalen Programm für Antarktisforschung“ bereitgestellt.

Das ‘Talos Dome Ice Core Project’

Erstmals beobachten Schwerefeldsatelliten die Eismassenschwankungen des Antarktischen Eisschilds durch El Nino.

Satellit GRACE – Foto: GFZ Potsdam

Die Veränderung in der Eismasse der Antarktis ist eine kritische Größe im globalen Klimageschehen. Wissenschaftler des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ fanden nun heraus, dass die Massenvariationen von Jahr zu Jahr in der westlichen Antarktis im Wesentlichen auf Niederschlagschwankungen zurückgehen, die merklich durch das Klimaphänomen El Nino gesteuert werden. Sie untersuchten die GFZ-Daten der deutsch-amerikanischen Satellitenmission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Die Untersuchung zeigte dabei beträchtliche regionale Unterschiede im westlichen Küstenbereich der Südpolregion.
Zwei Gebiete in der Antarktis sind nämlich wegen ihrer möglichen Sensitivität gegenüber globalen Klimaveränderungen von besonderem Interesse: die Antarktische Halbinsel, wo gegenwärtig eine den globalen Mittelwert überschreitende Erwärmung und das Verschwinden großer Schelfeisgebiete zu beobachten sind, sowie das Amundsen-Gebiet der West-Antarktis, in der derzeit die größten Fließgeschwindigkeiten und Massenverluste des Antarktischen Eisschildes auftreten. Für einige Gletscher verringert sich dabei rapide die Eismächtigkeit, Gletscher und Eisströme weichen hier deutlich ins Landesinnere zurück. Beide Regionen tragen derzeit mit ca. 0,3 Millimeter pro Jahr beträchtlich zur globalen Meeresspiegeländerung von etwa drei Millimetern pro Jahr bei.
In der Studie wurde einerseits die Massenbilanz beider Regionen aus Schwerefelddaten der Satellitenmission GRACE neu bestimmt. Dabei fielen die Schätzungen deutlich niedriger aus als bei konventionellen Massenbilanzverfahren. „In der GRACE-Zeitreihe konnte zum ersten Mal direkt beobachtet werden, wie die Eismasse in den beiden Gebieten durch Schwankungen im Niederschlag von Jahr zu Jahr variiert,“ sagte dazu der GFZ-Wissenschaftler Ingo Sasgen. Es ist seit längerem bekannt, dass das pazifische El Nino-Klimaphänomen und der Schneefall in der Antarktis miteinander zusammenhängen. Auch das Komplementärstück zur El Nino-Warmphase, die unter dem Namen La Nina bekannte Kaltphase wirkt auf das Klima ein: „So führen die kühleren La Nina-Jahre zu einem ausgeprägten Tiefdruckgebiet über der Amundsen-See, was hohe Niederschläge entlang der Antarktischen Halbinsel begünstigt – die Eismasse nimmt dort zu. Im Amundsen-Gebiet dagegen dominiert zu diesen Zeiten trockene Luft aus dem Landesinneren. El Nino-Jahre mit ihren Warmphasen führen zu genau umgekehrten Mustern: Niederschlags- und Massenabnahme in der Antarktischen Halbinsel, bzw. Zunahme im Amundsen-Gebiet“, erläutert Professor Maik Thomas, Leiter der Sektion „Erdsystem-Modellierung“ am GeoForschungsZentrum (Helmholtz-Gemeinschaft).
Die Erfassung der gesamten Eismassen am Südpol und ihre Veränderung ist eine zentrale Aufgabe der Klimaforschung und wirft noch viele ungeklärte Fragen auf. Grundsätzlich konnte die Studie zeigen, dass die kontinuierlichen Schwerefelddaten der Satellitenmission GRACE ein weiteres wichtiges mittelfristiges Klimasignal enthalten.

Originalpublikation:

Sasgen, I. Dobslaw, H., Martinec, Z. and Thomas, M.: „Satellite Gravimetry Observation of Antarctic Snow Accumulation Related to ENSO“, Earth and Planetary Science Letters (2010), doi:10.1016/j.epsl.2010.09.015 .

Das Forschungsschiff Polarstern startet am heutigen 25. Oktober zu seiner 27. Antarktis-Expedition.

FS Polarstern in der Atka-Bucht – Foto: T. Riehl, AWI

Die Fahrt besteht aus vier Abschnitten, die von Hafenanläufen in Kapstadt (Südafrika), Punta Arenas (Chile) und wiederum Kapstadt unterteilt werden. Wissenschaftliche Schwerpunkte der Expedition sind Atmosphärenforschung, Ozeanographie und Biologie. Während der Expedition werden außerdem die Neumayer-Station III, das Dallmann-Labor und die britische Station Rothera versorgt. Über 180 Forscher von Instituten aus 15 Ländern nehmen an der Expedition teil, die Mitte Mai 2011 in Bremerhaven enden wird.

Von Bremerhaven aus geht es zunächst Richtung Kapstadt, Südafrika. Die Fahrt durch den Atlantik nutzt das Team um Fahrtleiter Dr. Karl Buhmke vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften IfM-Geomar, um Messungen der atmosphärischen und ozeanischen Eigenschaften, Bestimmungen der Energie- und Stoffflüsse zwischen Ozean und Atmosphäre und chemische Untersuchungen durchzuführen. Für die Untersuchung der Energie- und Stoffflüsse wird wieder der Oceanet-Messcontainer genutzt, welcher speziell für den Einsatz auf Fracht- und Forschungsschiffen unter Federführung IfM-Geomar mit dem Institut für Troposphärenforschung in Leipzig entwickelt wurde.

Weiterhin wird ein aktualisiertes System zur Vermessung des Meeresbodens erprobt, das während der Werftzeit in Bremerhaven an Bord installiert wurde. Dr. Hans-Werner Schenke vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft nutzt das so genannte Hydrosweep Echolot bereits seit vielen Jahren und stellt mit seiner Hilfe unter anderem Seekarten her. Diese Kartierung des Meeresbodens bildet die Grundlage für viele andere Forschungsarbeiten an Bord: So wollen beispielsweise Biologen auf dem dritten Abschnitt der Expedition Fischfallen ausbringen und können die dafür günstigsten Orte aufgrund der bathymetrischen Daten bestimmen.

Auch die größten Lebewesen unseres Planeten spielen auf der Expedition eine Rolle: Forscher der Arbeitsgruppe Ozeanische Akustik des Alfred-Wegener-Instituts wollen kurz vor dem Einlaufen in Kapstadt einen Rekorder etwa 900 Meter tief am nördlichen Ende des Walvis Rückens westlich von Namibia verankern. Er zeichnet die Gesänge von Walen in einem Areal auf, in dem vermutlich viele Arten ihre Jungen zur Welt bringen. Zur Wanderung und den Brutgebieten ist bei vielen Walen bisher jedoch wenig bekannt, so dass diese akustische Methode neue Informationen über die bedrohten Meeressäuger liefern soll.

Nach der Fahrt auf die südliche Erdhalbkugel geht es dann Ende November mit einem neuen Team von Wissenschaftlern und Technikern von Kapstadt aus ins Südpolarmeer. Überwiegend Ozeanographen und Biologen untersuchen unter anderem, wie sich der antarktische Ozean verändert. Die Polarstern wird in der Antarktis zusätzlich die Neumayer-Station III, das Dallmann-Labor und die britische Station Rothera versorgen und voraussichtlich am 20. Mai 2011 wieder in Bremerhaven einlaufen.

Fast überall auf der Welt nimmt die Artenvielfalt zu den Polen hin ab, nur nicht an der südamerikanischen Pazifikküste.

Muscheln geben Aufschluss über die Klimageschichte – Foto: CAU

Durch Untersuchungen an fossilen Muscheln und Schnecken aus Chile fanden die Paläontologen Dr. Steffen Kiel und Dr. Sven Nielsen von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) Beweise dafür, dass dieser erstaunliche Gegensatz seinen Ursprung im Ende der letzten Eiszeit vor zirka 20.000 bis 100.000 Jahren hat.
Die abschmelzenden Gletscher hinterließen eine mosaikartige Landschaft aus unzähligen Inseln, Buchten und Fjorden, wie sie auch in Skandinavien zu finden sind. In dieser Vielfalt an neuen Lebensräumen konnten – aus geologischer Sicht – innerhalb kürzester Zeit neue Arten entstehen, deren Vorfahren die Eiszeit im wärmeren chilenischen Norden überdauert hatten.

Die ungewöhnlich hohe Artenvielfalt an der chilenischen Südküste ist schon lange bekannt. Mit über 500 Muschel- und Schneckenarten sind hier allein bei diesen Tieren doppelt so viele Arten wie an vergleichbaren Orten zu finden. Über die Ursache dieses Artenreichtums werde bisher aber nur spekuliert, berichten Kiel und Nielsen in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Geology: “Die gängigen Meinungen sind, dass entweder die Region um Chile ein ‘Museum der Artenvielfalt’ ist, in dem alte Arten über Jahrmillionen überdauerten während neue hinzukamen, oder dass antarktische Arten die Fjordlandschaft von Süden her besiedelten.” Die Analyse von rund 35.000 fossilen Muscheln und Schnecken unterschiedlichen Alters, die etwa 400 Arten zugeteilt werden können, erlaubt den Paläontologen vom Institut für Geowissenschaften nun ein genaueres Urteil: “Unsere Fossilien zeigen deutlich, dass beide Hypothesen zur Artenvielfalt in Chile nicht in Frage kommen. Die geologische Vergangenheit dieser Region beweist, dass Artenreichtum immer gen Süden hin abnahm, was der Besiedlung durch antarktische Arten widerspricht”, erklärt Steffen Kiel. Auch fanden die Forscher heraus, dass der größte Teil der Arten und Gattungen, die noch vor 16 Millionen Jahren in Südamerika gelebt hatten, schon vor der letzten großen Eiszeit ausgestorben waren. “Von einem Museum der Artenvielfalt, kann also keine Rede sein”, so Kiel weiter.

Die artenreichsten Tiergruppen in der südchilenischen Inselwelt sind solche, die im flachen Wasser an Felsküsten leben. Also genau in dem Lebensraum, der durch den Rückzug der ehemals direkt ins Meer mündenden Gletscher frei wurde. “Molekularbiologische Untersuchungen zu den Verwandtschaftsbeziehungen dieser Tiere zeigen, dass sie entwicklungsgeschichtlich sehr jung sein müssen und von Arten aus Nordchile abstammen. Das stimmt mit unseren Ergebnissen überein”, sagt Sven Nielsen, der seit vielen Jahren mit chilenischen Fossilien arbeitet.

“Charles Darwin, der von seiner Reise auf der ‘Beagle’ als erster Fossilien aus diesen Regionen mitbrachte, wäre wohl begeistert gewesen.” Ihre Forschung zeige deutlich, dass zum Wohle der Artenvielfalt nicht nur einzelne Lebensräume, wie zum Beispiel das Wattenmeer, geschützt werden müssen, sondern dass die Vielfalt an Lebensräumen selbst den Artenreichtum sichere, ergänzt Nielsen.