Weltenwetter

Zerfall des Wilkins-Schelfeises in der Westantarktis

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Am Wilkins-Schelfeis ist die größte Eisplatte seit Beginn der Satellitenaufnahmen abgebrochen. Das Eis bröckelt täglich. Radaraufnahmen des europäischen Umweltsatelliten ENVISAT (http://envisat.esa.int) zeigen, daß seit Ende Juni eine Eisplatte von 1350 Quadratkilometern Fläche abgebrochen ist. Das sind mehr als 10% der Gesamtfläche. Eigentlich sind Abbrüche normal, aber in der letzten Zeit kommen sie immer häufiger vor und nun sogar auch im antarktischen Winter. Schon im Februar waren 425 Quadratkilometer weggebrochen, im Mai verlor das Wilkins-Schelfeis in nur zwei Tagen 120 Quadratkilometer. Der jetzige Abbruch hat mit seinen 1350 Quadratkilometern ein weit verheerenderes Ausmaß. Neue Daten des British Antarctic Survey, des britischen Polarforschungsprogramms, belegen, daß die Wassertemperaturen im Bereich der antarktischen Halbinsel angestiegen sind. Das Schelfeis taut deshalb von unten. Da dies an verschiedenen Stellen unterschiedlich schnell geschieht, ergeben sich unterschiedlich große Auftriebskräfte, die  zu Biegespannungen im Eis führen und dann zu Rissen von 10 bis 20 km Länge, die sich schlagartig ausdehnen. Durch die Eisabbrüche entstehen neue Biegespannungen und Risse im Eis. Diese Schädigungszonen destabilisieren das Schelfeis weiter und erlauben eine Vorhersage, wo das Eis als nächstes brechen wird. Schmelzwasser spielt zumindest im antarktischen Winter keine Rolle bei der Destabilisierung der Schelfeisfläche, da diese dann komplett zugefroren ist. Die Analyse der aktuellen Satellitendaten hat ergeben, daß das aktuelle Abbruchereignis noch nicht vorbei ist. Die Risse deuten darauf hin, daß am Ende bis zu 2150 Quadratkilometer abgebrochen sein werden.

Das Wilkins – Schelfeis zerbricht. Schelfeis ist eine große Eisplatte, die zwar auf dem Wasser schwimmt, aber mit einem Gletscher an Land fest verbunden ist. Am äußeren Rand der Eisplatte brechen immer wieder Eisberge ab. Man spricht vom „Kalben“ des Schelfeises. Wenn das Schelfeis aber ganz verschwindet, wandern die Festlandgletscher schneller in Richtung Meer.
Die Stabilität des antarktischen Festlandeisschildes gerät in Gefahr. Quelle: ESA

Der beschleunigte Zerfall des westantarktischen Schelfeises könnte mit dem globalen Klimawandel durch die zunehmende Emission von Treibhausgasen zusammenhängen. Aber die Erwärmung der westantarktischen Halbinsel geht mit einer gleichzeitigen Abkühlung der flächenmäßig viel größeren Ostantarktis einher. Dieser scheinbare Widerspruch zur Theorie der globalen Erwärmung durch Treibhausgase lässt sich  aber womöglich auflösen. Dazu 4 Thesen:

1) Das Ozonloch, schwerpunktmäßig über der sehr kalten Ostantarktis führt dort zu einer direkten Abnahme des Treibhauseffektes, denn Ozon ist ein Treibhausgas wie Kohlendioxid und Methan.

2) Die Abkühlung der Stratosphäre über der Antarktis durch Ozonabbau und Zunahme des stratosphärisch abkühlend wirkenden Kohlendioxids verstärkt den Polarwirbel und damit auch den südlichen Polarfrontjetstream und die Westdrift. Dadurch wird die polare Kaltluft der Antarktis besser eingeschlossen. Die nun überwiegende zonale (breitenkreisparallele) Luftzirkulation lässt die gesamte Antarktis kälter werden! Aber:

3) Die weit nach Norden ragende Antarktische Halbinsel der Westantarktis liegt voll im Einflussbereich der Westdrift, also auch der von West nach Ost ziehenden dynamischen Tiefdruckgebiete, die relativ milde Luft mitführen. Die meridionale (längenkreisparallele) Ausrichtung der westantarktischen Halbinsel begünstigt meridionale Luftströmungen, wodurch milde Luftmassen die Westantarktis besonders leicht erreichen können. Entsprechendes geschieht auch mit den durch die Westdrift angetriebenen Meeresströmungen.

4) Die globale Erwärmung verschiebt den Polarfrontjet der Südhalbkugel und damit auch die dazugehörige Westdrift südpolwärts.Ursache ist ein „Vordringen“ der tropischen Warmluft und ein „Rückzug“ der Kaltluft in die engere Polregion. Das verstärkt noch die Erwärmung der Westantarktis und erklärt auch die ansatzweise schon beginnende Erwärmung der ostantarktischen Küste. Dementsprechend verändern sich auch wiederum die von der Westdrift angetriebenen Meeresströmungen.

Auch die Karte der Temperaturtrends in der Antarktis von 1984-2004 scheint diese 4 Thesen zu bestätigen:

Stichwort Treibhausgase: Der Erdboden absorbiert die Strahlung der Sonne , wandelt sie in Wärme um und wirkt als Heizfläche für die Atmosphäre darüber. Entsprechend seiner Temperatur strahlt der Erdboden im Infraroten in Richtung Weltraum. Diese Infrarotstrahlung wird aber teilweise durch die Treibhausgase (Kohlendioxid, Wasserdampf, Methan, Lachgas und Ozon)  wiederum zurückgehalten. Die Moleküle der Treibhausgase sind infrarotaktiv und absorbieren bestimmte ausgewählte Wellenlängen der Infrarotstrahlung des Erdbodens – wobei sie in Schwingungen geraten – und geben einen Großteil der empfangenen Energie durch Stöße an die zahlreichen Nachbarmoleküle anderer Atmosphärengase ab, wozu natürlich auch die jeweils anderen Treibhausgase gehören. Die Atmosphäre erwärmt sich dabei ein wenig, und die in ihr enthaltenen Treibhausgase strahlen dementsprechend im  Infraroten. Ein Teil  davon gelangt als infrarote Gegenstrahlung wieder zurück zum Erdboden, der dadurch zusätzliche Wärme erhält. Der Erdboden wird dadurch wärmer als durch die Sonnenstrahlen alleine. Die Wirkungen der Treibhausgase addieren sich, können sich aber auch gegenseitig überproportional verstärken. Nimmt beispielsweise die Konzentration von Kohlendioxid (CO2) in der Luft zu, so wird es nur ein wenig wärmer. Die wärmere Luft kann jedoch mehr Feuchtigkeit aufnehmen. Wasser (H2O) ist ein wesentlich stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid (CO2). Damit verstärkt das H2O in der Atmosphäre den relativ geringen Treibhauseffekt des CO2 (Wasserdampfverstärkung).

In der Stratosphäre erreicht aber kaum noch Infrarotstrahlung vom Erdboden die Treibhausgase, da die Treibhausgase in der Troposphäre darunter schon fast alles absorbiert haben. Die Treibhausgase in der Stratosphäre werden nur durch Zusammenstöße mit Molekülen anderer Atmosphärengase erwärmt. Da die Luft hier schon recht dünn ist, können sie einen erheblichen Teil der so erhaltenen Wärme in den Weltraum abstrahlen, bevor sie durch erneute Zusammenstöße mit Nachbarmolekülen wieder zurückgegeben werden kann. Diese Wärme geht der Stratosphäre damit unwiderruflich verloren. Eine Zunahme von Treibhausgasen wirkt in der Stratosphäre also abkühlend, was sich ganz besonders in der Polarnacht bemerkbar macht, wo es praktisch keine Wärmezufuhr durch die Sonne mehr gibt. Dadurch wird auch der Polarwirbel verstärkt.

Stichwort Polarwirbel: Der Polarwirbel bildet sich in der Stratosphäre, der nächsthöheren Atmosphärenschicht oberhalb der Troposphäre, wo sich die allermeisten Wettervorgänge abspielen. Der Polarwirbel ist ein Tiefdruckwirbel, der bis in die mittlere Troposphäre hinabreicht. Die Stratosphäre enthält größere Mengen an Ozon, das die für das Leben gefährlichen Anteile der von der Sonne kommenden Ultraviolettstrahlung absorbiert. Deshalb ist die Stratosphäre deutlich wärmer als die obere Troposphäre. Ein Polarwirbel bildet sich nur, wenn die Stratosphäre über dem Pol sehr kalt wird. Das passiert immer während der Polarnacht, wenn keine Sonnenstrahlen das vorhandene Ozon erwärmen können. Ein kräftiger Polarwirbel treibt den Jetstream an und verstärkt damit die Westdrift.

Stichwort Polarfrontjetstream: An der Polarfront, wo tropische Warmluft und polare Kaltluft aneinander grenzen, entwickelt sich aufgrund des Temperaturunterschieds ein starker Höhenwind, der Jetstream, welcher maßgeblich das Wettergeschehen bestimmt: Durch den Temperaturunterschied entsteht mit zunehmender Höhe ein immer deutlicheres Luftdruckgefälle (Druckgradient) zwischen den beiden Luftmassen, da sich warme Luft mehr ausdehnt als kalte Luft (In warmer Luft nimmt der Luftdruck mit zunehmender Höhe dementsprechend langsamer ab). Dieses Luftdruckgefälle treibt den Jetstream an, eine polwärts gerichtete Höhenströmung, die wegen der Erdrotation aber zu einem Westwind abgelenkt wird und sich oft bis zum Boden hin durchsetzt (Westdrift). Bei Erreichen einer kritischen Strömungsgeschwindigkeit beginnt der Jetstream zu mäandern (Rossby-Wellen). Kleine Störungen im Jetstream aufgrund eines nicht überall gleichen Temperaturgefälles an der Polarfront (Konvergenzen und Divergenzen) erzeugen abwärts gerichtete Hochdruckwirbel und aufwärts gerichtete Tiefdruckwirbel, welche dann die polare Kaltluft und die tropische Warmluft miteinander vermischen. Folge: Das Temperatur- und Druckgefälle an der Polarfront geht zurück. In den abwärts gerichteten Hochdruckwirbeln (Hochs) sinken die Luftmassen großflächig ab und erwärmen sich dabei. Die Wolkenbildung wird infolgedessen erschwert, vorhandene Wolken lösen sich auf, und das Wetter ist heiter und trocken. Innerhalb der aufwärts gerichteten Tiefdruckwirbeln werden die Luftmassen gehoben und kühlen sich dabei ab, so daß sich bei ausreichender Luftfeuchtigkeit viele Wolken bilden können. Sehr oft kommt es dann auch zu Niederschlägen.  Die Hochs befinden sich innerhalb der mit tropischer Warmluft gefüllten Wellenberge (Hochkeile) der Rossby-Wellen, die Tiefs dagegen (vorwiegend) innerhalb der mit polarer Kaltluft gefüllten Wellentäler (Höhentröge). Einige Hochs bilden gemeinsam den subtropischen Hochdruckgürtel. Die Tiefs wandern mit der Westdrift und sorgen unter ihren Zugbahnen für ein wechselhaftes aber mildes Wetter. Durch einen starken, nur wenig mäandernden Jetstream wird die polare Kaltluft wie von einem Zaun eingeschlossen, aber auch die tropische Warmluft kann kaum polwärts vordringen. Ein meridionaler (längenkreisparalleler) Luftaustausch findet also praktisch nicht statt. Dem Wechsel der Jahreszeiten folgend, verlagert sich der Polarfrontjetstream; im Sommer polwärts und im Winter  äquatorwärts.

Jens Christian Heuer 

Quelle: ESA Earthnet Online http://envisat.esa.int/ 

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Written by jenschristianheuer

Juli 13, 2008 um 8:00 am

Veröffentlicht in Klimaforschung, Klimawandel

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