Wissenschaftler entdecken mysteriöse Muster am Boden des Schelfeises

Eine Visualisierung der Unterseite des Dotson-Schelfeises, die mysteriöse tropfenförmige Schmelzbereiche zeigt. (Bildnachweis: Filip Stedt / Universität Göteborg)

Mithilfe eines autonomen Unterwasserfahrzeugs (AUV), das unter 350 m dickem Eis gefahren ist, hat ein internationales Forscherteam die ersten detaillierten Karten der Unterseite eines Gletschers erstellt, die Hinweise auf den zukünftigen Anstieg des Meeresspiegels liefern.

Diese Mission wurde im Rahmen der International Thwaites Glacier Collaboration (ITGC) durchgeführt, einer fünfjährigen, 50 Millionen Dollar teuren gemeinsamen Mission der USA und des Vereinigten Königreichs, um mehr über den Thwaites-Gletscher, seine Vergangenheit und seine Zukunft zu erfahren.

Das AUV Ran war so programmiert, dass es in die Höhle des Dotson-Schelfeises in der Westantarktis eintauchte und das darüber liegende Eis mit einem hochmodernen Sonar abtastete. 27 Tage lang fuhr das unbemannte Tauchboot insgesamt über 1.000 Kilometer unter dem Gletscher hin und her und gelangte 17 Kilometer in die Höhle, über der das Schelfeis schwimmt.

Die Expedition wurde 2022 in treibenden Eisgebieten in der Westantarktis durchgeführt. Beim Gegenbesuch 2024 verschwand Ran spurlos unter dem Eis. (Foto: Filip Stedt)

In einem neuen wissenschaftlichen Artikel in Science Advances berichten die Forscher über die Ergebnisse dieser einzigartigen Untersuchung. Wissenschaftler wussten bereits, dass Gletscher dort schneller schmelzen, wo starke Unterwasserströmungen ihre Basis erodieren. Mit dem Tauchboot konnten die Wissenschaftler erstmals die Strömungen unter dem Gletscher messen und nachweisen, warum der westliche Teil des Dotson-Schelfeises so schnell schmilzt. Sie fanden auch Hinweise auf ein sehr hohes Schmelzen an vertikalen Brüchen, die sich durch den Gletscher ziehen.

Die Forscher entdeckten auch neue Muster an der Gletscherbasis, die Fragen aufwerfen. So ist die Basis nicht glatt, sondern weist eine Berg- und Tal-Eislandschaft mit Plateaus und sanddünenähnlichen Formationen auf. Die Forscher vermuten, dass diese durch fließendes Wasser unter dem Einfluss der Erdrotation entstanden sein könnten.

Das autonome Unterwasserfahrzeug Ran wurde so programmiert, dass es Missionen unter dem Schelfeis durchführen konnte. Ein modernes Mehrstrahlsonar wurde eingesetzt, um die Eisbasis in einer Entfernung von etwa 50 Metern zu kartieren. (Illustration: Anna Wåhlin/Science Advances)

Die Hauptautorin Anna Wåhlin, Professorin für Ozeanographie an der Universität Göteborg, sagte: „Wir haben zuvor Satellitendaten und Eisbohrkerne verwendet, um zu beobachten, wie sich Eisschelfe im Laufe der Zeit verändern. Indem wir das Tauchboot in die Höhle steuerten, konnten wir hochauflösende Karten der Eisunterseite erstellen. Es ist ein bisschen so, als würde man zum ersten Mal die Rückseite des Mondes sehen.“

Karen Alley, Glaziologin an der Universität von Manitoba und Co-Autorin dieser interdisziplinären Studie, sagte: „Die von Ran erstellten Karten stellen einen enormen Fortschritt in unserem Verständnis der antarktischen Schelfeise dar. Wir hatten bereits Hinweise darauf, wie komplex die Eisschelfe an der Basis sind, aber Ran hat ein umfassenderes und vollständigeres Bild als je zuvor aufgedeckt.“

Die entdeckten Muster lassen sich mit den aktuellen Modellen nicht erklären und den Wissenschaftlern ist inzwischen klar, dass es bei künftigen Forschungsmissionen unter den Gletschern noch eine Fülle von Prozessen zu entdecken gibt.

Rob Larter, Meeresgeophysiker beim British Antarctic Survey und Co-Autor des Artikels, sagte: „Die nach oben gerichteten Sonardaten von Ran ermöglichten die Erstellung umfassenderer und detaillierterer Karten der Unterseite eines Schelfeises als je zuvor. Dies hat neue Einblicke in die Wechselwirkungen zwischen dem Eis, Brüchen darin und darunter fließendem Wasser gegeben. Das basale Schmelzen von Schelfeis infolge des Eindringens von warmem Wasser unter ihnen ist die Hauptursache für den Eisverlust großer westantarktischer Gletscher, darunter der Pine-Island- und der Thwaites-Gletscher. Daher ist ein besseres Verständnis dieser Wechselwirkungen von entscheidender Bedeutung, um die Vorhersagen über den Beitrag der Antarktis zum Anstieg des Meeresspiegels zu verbessern.“

Das US-Forschungsschiff Nathaniel B. Palmer an der Eisfront des Thwaites-Gletschers, aufgenommen mit einer Drohne. (Foto: Alex Mazur)

Die Feldarbeit für diese Studie wurde 2022 durchgeführt. Im Januar 2024 kehrte die Gruppe mit Ran zum Dotson-Schelfeis zurück, um die Untersuchungen zu wiederholen, in der Hoffnung, Veränderungen zu dokumentieren. Sie konnten nur einen Tauchgang unter dem Dotson-Schelfeis wiederholen, bevor Ran spurlos verschwand.

„Obwohl wir wertvolle Daten zurückbekommen haben, haben wir nicht alles erreicht, was wir uns erhofft hatten. Diese wissenschaftlichen Fortschritte wurden dank des einzigartigen Tauchboots Ran möglich. Diese Forschung ist notwendig, um die Zukunft des antarktischen Eisschildes zu verstehen, und wir hoffen, Ran ersetzen und diese wichtige Arbeit fortsetzen zu können“, sagte Wåhlin.

Referenz: „Swirls and scoops: Ice-base melt revealed by multibeam imagery of an Antarctic ice shelf“ von Wahlin, A. et al., veröffentlicht in Science Advances .