Wenn die Mischung nicht mehr stimmt

Wenn das antarktische Schelfeis reißt, ist der Riss mit einer Mischung aus Eisbrocken, Schneeresten und matschigem, halbgefrorenem Meerwasser gefüllt – wie hier auf diesem Foto zu sehen. Diese Melange wirkt normalerweise wie ein Kleber und hält die Bruchkanten solange zusammen, bis die Lücke wieder zufriert. Doch bei großen Eisabbrüchen versagt dieser Kleber. Warum, haben nun Wissenschaftler geklärt.

Das Abbrechen großer Eisberge vom polaren Schelfeis ist ein ganz normaler Prozess – auch wenn dies in den letzten Jahren vermehrt vorzukommen scheint: In der Antarktis kalbte das Larsen-C-Schelfeis im Jahr 2017 einen Billion Tonnen schweren Eisberg, 2021 brachen große Stücke des Brunt-Schelfeises und des Ronne-Schelfeises ab. In der Arktis ging 2020 das letzte noch intakte Schelfeis Kanadas zu Bruch.

Warum bricht das Eis?

Aber warum? Während Risse im Eis durchaus häufig vorkommen und meist wieder heilen, ist bisher unklar, warum manche Risse so weit wachsen, bis das Schelfeis bricht. „Die vorherrschende Theorie hinter der Zunahme großer Kalbungsereignisse war bisher das Hydrofracturing: Schmelztümpel auf dem Eis lassen Wasser durch kleine Risse im Eis nach unten sickern und wenn dann dieses Wasser gefriert, dehnt es sich aus und sprengt das Eis weiter auf“, erklärt Eric Rignot von der University of California in Irvine.

Das Problem jedoch: „Diese Theorie kann nicht erklären, warum der Eisberg A68 vom Larsen-C-Schelfeis mitten im tiefsten antarktischen Winter abbrach, als keinerlei Schmelzwassertümpel vorhanden waren“, so Rignot. Auf der Suche nach einer Erklärung haben sich Rignot und sein Team daher elf von der Oberfläche bis zur Eisunterkante durchgehende Risse im Larsen-C-Schelfeis näher angeschaut.

Genauer Blick in die Risse

Anhand der Daten und Modellen ermittelten die Forscher, was diese Risse am anfälligsten für einen kompletten Bruch macht: das Ausdünnen des Schelfeises selbst, eine Veränderung in der Konsistenz der Eis-Mischung im Riss oder beides. „Intuitiv werden die meisten Menschen denken: Wenn man das Schelfeis ausdünnt, wird es fragiler und bricht dann auch leichter“, sagt Eric Larour vom Jet Propulsion Laboratory der NASA.

Doch ist nicht der Fall: Wenn nur das normalerweise mehrere hundert Meter dicke Schelfeis dünner wird, heilen sich die Risse weiterhin problemlos selbst. Im Schnitt verringerte sich das Auseinanderweichen der Eiskanten in ihnen von anfangs 79 auf 22 Meter pro Jahr, wie die Messdaten ergaben. Wenn das Schelfeis ausdünnte und gleichzeitig die matschige, von Eisbrocken durchsetzte Eismelange im Riss dünnflüssiger wurde, bremst dies das Risswachstum ebenfalls, wenn auch langsamer.

Ausgedünnte Melange fördert Riss-Ausweitung

Anders ist dies jedoch, wenn das Schelfeis zwar stabil und dick bleibt, aber die Melange ausdünnt: Dann weiten sich die Risse immer schneller auf. Im Modell stieg die Wachstumsrate der Risse im Larsen-C-Schelfeis dadurch von 76 auf 112 Meter pro Jahr, wie das Team berichtet. Eine Ausdünnung der Eismelange im Riss um zehn bis 20 Meter reichte dabei schon aus, um Brüche zu reaktivieren und größere Eisberg-Kalbungen auszulösen.

Den Grund vermuten die Forscher in der Wechselwirkung von Eismelange und Schelfeis: Fällt die Dicke der Mischung aus Eisbrocken, Schnee und angefrorenem Meerwasser zu stark ab, kann diese nur halbfeste Füllung Spannungen im dickeren Schelfeis nicht mehr ableiten und ausgleichen. „Der Riss breitet sich dadurch ähnlich stark aus, als wäre er nur mit Wasser gefüllt“, erklären Rignot und sein Team.

Bisher unterschätzter Einfluss des Klimawandels

Ihrer Ansicht nach zeigt sich in diesem Zusammenhang ein weiterer Weg, auf dem der Klimawandel die Stabilität der Schelfeise gefährden kann: „Die Dicke der Eismelange hängt von der Ozeanzirkulation unter dem Schelfeis ab und von der Einstrahlung auf der Eisoberfläche“, erklären die Forscher. Beides wird vor allem an den Küsten der Westantarktis bereits von der globalen Erwärmung beeinflusst.

„Unsere Analysen zeigen eine Verbindung zwischen dieser Klimawirkung der der Schelfeis-Stabilität auf, die bisher wenig beachtet wurde“, berichtet Rignot. „Zwar ist das Ausdünnen der Eismelange nicht der einzige Prozess, der die Eisabbrüche erklären kann, aber er könnte für die Verschlechterung verantwortlich sein, die wir beobachtet haben.“ (Proceedings of the National Academy of Sciences. 2021; doi: 10.1073/pnas.2105080118)

Quelle: University of California – Irvine