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Fossilien erlauben Einblick in Entstehung einzigartiger antarktischer Ökosysteme

Mittwoch 24. April 2013 von birdfish

Der Südozean rund um die Antarktis ist ein „Global Player“: Sein eng an die Bildung von Meereis gekoppeltes Plankton-Ökosystem steht an der Basis der marinen Nahrungsnetze und beeinflusst den globalen Kohlenstoff-Kreislauf.

DinoflagellatFossile Reste eines Dinoflagellaten (Alge) Foto: Alexander Houben

Seine Entstehung fällt mit der Vereisung der Antarktis vor 33,6 Millionen Jahren zusammen. Dies hat jetzt ein internationales Team mit Wissenschaftlern der Goethe-Universität Frankfurt und des Biodiversität und Klima Forschungszentrums (BiK-F) ermittelt. Eine in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlichte Studie zeigt, dass wohl erst die Entstehung dieses Meereis-Ökosystems die Evolution der heutigen Bartenwale und Pinguine ermöglichte.

Die Wissenschaftler analysierten Sedimentproben aus Bohrkernen vom Meeresgrund, die 2010 im Rahmen des Integrated Ocean Drilling Program (IODP) vor der Küste der Antarktis gewonnen wurden. Diese reichen bis zu einen Kilometer unter den Meeresboden und erlauben völlig neue Einblicke in längst vergangene Zeiten. Eine im Sommer 2012 veröffentlichte, auf Ergebnissen dieser Bohrungen basierende Studie zeigte, dass vor 53 Millionen Jahren subtropische Verhältnisse in der Antarktis geherrscht haben, die das Wachstum von Palmen ermöglichten. In den folgenden 20 Millionen Jahren kühlte das Klima kontinuierlich ab. Die jetzt erschienene Studie fokussiert auf den Zeitpunkt vor ca. 33,6 Millionen Jahren, als sich infolge der globalen Abkühlung innerhalb kurzer Zeit ein gewaltiger Eisschild über die Antarktis ausbreitete. Durch ihn änderten sich die Lebensbedingungen und damit die Ökosysteme auf dem antarktischen Kontinent und im angrenzenden Südozean radikal.

Winzige Zeitzeugen: Dinoflagellaten

Während die meisten Algen, aus denen das Plankton der Ozeane hauptsächlich besteht, keinerlei Rückstände in den Sedimenten der Bohrkerne hinterlassen, überdauern die Überreste von Dinoflagellaten, einer Algengruppe aus fossil erhaltungsfähiger organischer Substanz, Jahrmillionen. Die Wissenschaftler konnten so anhand fossiler Spuren dieser einzelligen Organismen in den antarktischen Sedimentkernen die Umwälzung der Plankton-Ökosysteme vor ca. 33,6 Millionen Jahren eindeutig rekonstruieren. Für die Zeit, als die Antarktis komplett eisfrei war, fanden die Forscher eine Vielzahl von Dinoflagellatenarten, die für warme Klimate typisch sind. Zeitgleich mit dem Entstehen des antarktischen Eisschilds brach diese Vielfalt plötzlich zusammen; von nun an kamen nur noch Arten vor, die an die zeitweilige Eisbedeckung des Ozeans angepasst und auch heute für antarktische Gewässer typisch sind. Sie stehen nur saisonal, nämlich kurz nach der Eisschmelze im Frühjahr und Sommer, als Nahrungsquelle für die Lebewesen zur Verfügung, die weiter oben in der Nahrungskette stehen.

Neue Arten dank Nahrungsknappheit

Die Gewässer rund um die Antarktis spielen eine Schlüsselrolle im globalen Nahrungsnetz der Ozeane. Wenn im antarktischen Sommer das Meereis schmilzt, treten starke Algenblüten auf. Diese sind die Nahrungsgrundlage für kleine Einzeller, aber auch für größere Organismen. „Der plötzliche, klimabedingte Umbruch der Dinoflagellaten-Vergesellschaftungen steht eindeutig für eine Umbildung des gesamten Plankton-Ökosystems rund um die Antarktis“, so Prof. Jörg Pross, Paläoklimatologe an der Goethe-Universität Frankfurt und Mitglied des Biodiversität und Klima-Forschungszentrums (BiK-F). Er erläutert weiter: „Die Häufigkeits-Explosion derjenigen Dinoflagellaten, die an eine zumindest zeitweise Eisbedeckung adaptiert sind, hatte zur Folge, dass sich das gesamte Nahrungsnetz im Südozean neu organisieren musste.“ Organismen, die in der Nahrungspyramide des Ozeans weiter oben angesiedelt sind, mussten sich dahingehend umstellen, dass sie nur noch für wenige Monate im Jahr ein üppiges Nahrungsangebot vorfanden. Jörg Pross resümiert: „Unsere Daten deuten darauf hin, dass diese Umstellung einen Entwicklungsschub für die Bartenwale und Pinguine bewirkte, wie wir sie heute kennen“. Damit unterstreichen die Ergebnisse der neuen Studie, dass Zeiten starken Klimawandels oft mit besonders rascher biologischer Evolution einhergehen.

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Heidelberger Wissenschaftler untersuchen Freisetzung von Brom in polaren Gebieten

Freitag 19. April 2013 von birdfish

Die Freisetzung des chemischen Elements Brom, dessen Verbindungen wesentlich zum Abbau von Ozon in der unteren Atmosphäre beitragen, erfolgt in polaren Gebieten in einem erheblichen Umfang auch aus dem Schnee auf dem Festland.

Messflug über dem Meereis Messflug über dem Meereis – Foto: Denis Pöhler

Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Forscherteam mit Wissenschaftlern des Instituts für Umweltphysik der Universität Heidelberg, die zusammen mit Fachkollegen aus den USA Messungen sowie Probenentnahmen in Alaska durchgeführt haben. Bisher war die Wissenschaft davon ausgegangen, dass nur Meereis die Quelle ist, aus der Brom emittiert wird. Bei den Untersuchungen kam ein in Heidelberg entwickeltes, neuartiges spektroskopisches Messgerät auf einem amerikanischen Forschungsflugzeug zum Einsatz. Die Ergebnisse der Forschungen wurden jetzt in „Nature Geoscience“ veröffentlicht.

Ozon spielt nicht nur in der Stratosphäre, sondern ebenfalls am Boden eine bedeutende Rolle. Hier ist es nicht so sehr für den Schutz vor UV-Strahlung relevant, sondern wichtig für chemische Prozesse, die die Selbstreinigung der Atmosphäre von Schadstoffen bewirken. Bereits in den 1990er-Jahren fanden Heidelberger Forscher um Prof. Dr. Ulrich Platt heraus, dass ein ausgedehnter Ozonabbau in der bodennahen Atmosphäre der Arktis und Antarktis durch Brom verursacht wird, das mit Ozon zu Bromoxid reagiert. Dieses Brom wird in autokatalytischen Prozessen freigesetzt. Die entstehenden Bromoxidwolken können sich im polaren Frühling zu Ausdehnungen von mehreren Tausend Quadratkilometern Größe entwickeln. „Es handelt sich dabei um die mit Abstand größte Bromfreisetzung auf unserem Globus“, sagt Prof. Platt vom Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg. Die genauen Prozesse bei der Freisetzung sind sehr komplex und bis heute Gegenstand der Forschung.

Nun hat das internationale Wissenschaftlerteam mit den Forschungen in Alaska neue Erkenntnisse zu der Freisetzung von Brom aus Eis und Schnee gewonnen. Die Forscher haben dazu verschiedene Proben vor Ort untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass die Vorgänge zur Freisetzung von Brom an das Tageslicht gebunden und daher photochemische Prozesse involviert sind. Vor allem aber konnte nachgewiesen werden, dass die Bromemission stark von dem pH-Wert der Schnee- oder Eisprobe abhängig war. „Je ,saurer‘ die jeweilige Probe ausfiel, desto größer war die Freisetzung von Brom. Daraus ergab sich das überraschende Ergebnis, dass Schnee auf dem Festland, der typischerweise ,sauer‘ ist, mehr Brom freisetzt als alkalisches Meereis, obwohl Meereis deutlich mehr Brom enthält“, erläutert Dr. Denis Pöhler, der dem Team von Prof. Platt angehört.

Die Wissenschaftler der Universität Heidelberg haben diese Forschungserkenntnisse vor allem durch gleichzeitige Flugzeugmessungen bestätigt. Das dabei eingesetzte Messgerät, das im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projektes am Institut für Umweltphysik entwickelt wurde, misst das Sonnenlicht, das an der Schneeoberfläche und in der Atmosphäre gestreut wird. Bromoxid absorbiert einen Teil des Sonnenlichtes. Anhand dieser Absorption konnten die Heidelberger Forscher die Bromkonzentration und deren Vertikalverteilung bis zu mehreren Kilometern Höhe bestimmen. Außerdem erhielten sie Informationen über die räumliche Verteilung. „Derartig umfangreiche Daten erlauben es, die Quellen der Bromfreisetzung in der Arktis genau zu erkunden“, betont Dr. Pöhler.

Die Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des Projektes „Bromine, Ozone and Mercury Experiment“ (BROMEX) durchgeführt. Kooperationspartner waren Wissenschaftler der Purdue University in West Lafayette/Indiana, dem Cold Regions Research and Engineering Laboratory in Fort Wainwright/Alaska, der University of Alaska Fairbanks und dem Georgia Institute of Technology in Atlanta. Das Heidelberger Messgerät soll in Zukunft mit dem neuen deutschen Forschungsflugzeug HALO zum Einsatz kommen und dort neben Bromoxid auch andere für die Wissenschaft wichtige Stoffe der Atmosphäre wie Stickstoffdioxid oder Schwefeldioxid bestimmen.

Originalpublikation:

K.A. Pratt, K.D. Custard, P.B. Shepson, T.A. Douglas, D. Pöhler, S. General, J. Zielcke, W.R. Simpson, U. Platt, D.J. Tanner, L.G. Huey, M. Carlsen and B.H. Stirm: Photochemical production of molecular bromine in Arctic surface snowpacks, Nature Geoscience (14 April 2013), doi: 10.1038/ngeo1779

Informationen zum Projekt BROMEX (engl.)

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Neues Meereisportal liefert tagesaktuelle Eiskarten von der Arktis und Antarktis

Mittwoch 17. April 2013 von birdfish

Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung haben die neue Internetplattform meereisportal.de vorgestellt, die sie gemeinsam mit Kollegen von der Universität Bremen entwickelt haben.

Meereisbedeckung
Meereisbedeckung in deutschen Portal tagesaktuell dokumentiert – Foto: AWI

Die Internetseite bietet als deutschsprachige Webplattform neben jeder Menge Hintergrundinformationen zum Thema Meereis tagesaktuelle Meereiskarten von Arktis und Antarktis. Zudem eröffnet sie Nutzern die Möglichkeit, die unterschiedlichen Basisdaten für die eigene Weiterverarbeitung herunterzuladen. In naher Zukunft wollen die Initiatoren in diesem Portal auch die weltweit ersten Karten zur Meereisdicke als Datenprodukte des ESA-Satelliten CryoSat-2 veröffentlichen.

Bei der Frage „Wie groß ist die Eisdecke der Arktis?“ mussten sich interessierte Laien und Wissenschaftler aus dem deutschsprachigen Raum in der Vergangenheit oft auf englisch-sprachige Informationen deutscher oder amerikanischer Forschungseinrichtungen verlassen. Das Meereisportal ist das erste umfassende, deutschsprachige Internetportal rund um das Thema Meereis in der Arktis und Antarktis. Entwickelt wurde es im Rahmen des Helmholtz-Verbundes Regionale Klimaveränderungen (REKLIM) als Gemeinschaftsprojekt der Universität Bremen und des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung – einem der weltweit führenden Zentren im Bereich Meereisforschung.

„Unsere Seite bietet den Internetnutzern drei Informationsquellen: Erstens ein umfangreiches Kartenarchiv, in dem jeder Interessierte momentan bereits mehr als 7000 grafisch aufbereitete Meereiskarten der Arktis und Antarktis herunterladen kann – die tagesaktuellen ebenso wie jene aus den zurückliegenden zehn Jahren. Zweitens ein Datenportal, in dem Messdaten zum Meereis zu finden sind, sowie drittens einen großen Bereich, in dem wir durch unser Klimabüro verständlich aufbereitete Informationen rund um das Thema Meereis bereitstellen. Sie geben Antwort auf Fragen wie ‚Wie entsteht Meereis?’, ‚Wie wird es erforscht?’ oder ‚Welche Rolle spielt es für das Klima unserer Erde?’“, sagt REKLIM-Geschäftsführer Dr. Klaus Grosfeld.

Die tagesaktuellen Karten zur Meereisausbreitung basieren auf Messdaten des japanischen Satelliten SHIZUKU, der in einer Höhe von 700 Kilometern um die Erde kreist. Sein Mikrowellen-Radiometer AMSR2 erfasst seit dem 4. Juli 2012, wo auf der Erde sich wie viel Eis auf dem Meer befindet. Diese Satellitendaten werden vom Institut für Umweltphysik der Universität Bremen (IUP) abgerufen, dort entsprechend ausgewertet und aufbereitet. Sie fließen anschließend direkt in die vom AWI-Rechenzentrum betriebene digitale Infrastruktur des Meereisportals, wo sie automatisch als Meereiskarten ausgegeben werden. „Die Kooperation mit dem AWI ermöglicht uns, die an der Universität Bremen entwickelten Datenprodukte einer breiten Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen und so die in Bremen und Bremerhaven vorhandene Expertise zu diesem Thema zu bündeln“, sagt Dr. Georg Heygster, Leiter der Meereisabteilung am IUP-Bremen.

In naher Zukunft wollen die AWI-Experten das Portal dann noch um aktuelle Meereisdicken-Karten erweitern. Diese werden auf Daten des im Jahr 2010 gestarteten ESA-Satelliten CryoSat-2 beruhen und das aktuelle Volumen des arktischen und antarktischen Meereises zeigen. „Wir freuen uns sehr, dass unser Meereisportal unseres Wissens nach das erste Internetportal weltweit sein wird, auf dem diese Eisdickenkarten frei und unkompliziert heruntergeladen werden können“, sagt AWI-Meereisphysiker Dr. Stefan Hendricks, der sich mit der Auswertung der CryoSat-2-Daten beschäftigt.

In Sachen Aktualität aber wollen die AWI-Klimaforscher und ihre Kollegen von der Universität Bremen noch einen Schritt weitergehen. Sie planen, auf der neuen Internetplattform in regelmäßigen Abständen Verlaufsanimationen, wissenschaftliche Analysen der aktuellen Meereis-Situation sowie Berichte über spezielle Forschungsaktivitäten für eine deutschsprachige Leserschaft zu veröffentlichen. Von Meereisphysikern über Ozeanografen bis hin zu den AWI-Modellierern – sie alle werden auf dem Meereisportal zu Wort kommen und verdeutlichen, auf welch vielfältige Art und Weise Wissenschaftler das Meereis untersuchen und zu welchen Themen sie Auskunft geben können.

Im nächsten Schritt soll meereisportal.de auch auf saisonale Vorhersagen zur Meereisausdehnung erweitert werden. Dafür wollen die Initiatoren den sogenannten „Sea Ice outlook“ in das Portal integrieren. Dieses wissenschaftliche Werkzeug verknüpft aktuelle Beobachtungsdaten mit Modelldaten, um im Anschluss daran die Entwicklung der Meereisausdehnung vorherzusagen. Bisher wurden diese Vorhersagen nur für das jährliche Meereisminimum in der Arktis gemacht. In Zukunft sollen sie jedoch auf monatlicher Basis erfolgen. „Auf diese Weise wollen wir eine Grundlage dafür schaffen, die zukünftige Meereisentwicklung in der Arktis genauer vorhersagen und unsere Erkenntnisse einem erweiterten Nutzerkreis zur Verfügung stellen zu können“, sagt Klaus Grosfeld. Bevor die Forscher jedoch wirklich verlässliche Aussagen ableiten können, müssen noch spezielle Vorkehrungen zur Qualitätssicherung getroffen werden.

Website www.meereisportal.de

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Neue Eiskern-Studie: Grönlands Eisschild schrumpfte während Warmzeit nur minimal

Freitag 25. Januar 2013 von birdfish

Einem internationalen Forscherteam ist es zum ersten Mal gelungen, die Schichtung des grönländischen Eisschildes aus der zurückliegenden Eem-Warmzeit (130 000 bis 115 000 Jahre vor heute) vollständig zu rekonstruieren.

NEEM-Bohrcamp NEEM-Bohrcamp auf grönländischem Inlandeis – Foto: Lars Moeller / AWI

Mithilfe dieser Eisdaten können die Wissenschaftler jetzt sagen, wie warm es damals in Grönland wurde und wie der Eispanzer auf die Klimaveränderungen reagierte. Das überraschende Fazit ihrer Studie, die heute im Fachmagazin Nature erscheint: Bei Lufttemperaturen, die bis zu acht Grad Celsius höher waren als im 21. Jahrhundert, schrumpften die Eismassen im Vergleich zu heute weitaus weniger als vermutet. Der grönländische Eisschild hatte demzufolge auch einen viel kleineren Anteil am damaligen Anstieg des Meeresspiegels als bisher angenommen. Sollte der aktuelle Temperaturanstieg in Grönland anhalten, gelten die Reaktionen des Eisschildes im Zuge der Eem-Warmzeit als ein mögliches Zukunftsszenario für die Eismassen der Insel.

In einer grönländischen Sage heißt es, Erik, der Wikinger sei bei seinem ersten Landgang auf der Insel so beeindruckt gewesen von der fruchtbaren Fjordlandschaft, dass er dem Eiland den Namen „Grönland“ (übersetzt „grünes Land“) gab. Je nachdem, wie weit der Wikinger im Jahr 982 jedoch in das Landesinnere vorgestoßen sein mag, dürfte er auch die Ausläufer des grönländisches Eispanzers entdeckt haben. Denn wie ein internationales Forscherteam nun herausgefunden hat, war Grönland weder zu Eriks Lebzeiten noch rund 125.000 Jahre früher, zum Höhepunkt der zurückliegenden Eem-Warmzeit, eisfrei. Im Gegenteil: Der Eispanzer hatte seit dem Hochstand der dem Eem vorangegangenen Kaltzeit etwa 400 Meter an Mächtigkeit verloren und war am Ende der Wärmeperiode vor 130.000 bis 115.000 Jahren etwa 130 Meter niedriger als heute. Sein Volumen war im gleichen Zeitraum um maximal ein Viertel geschrumpft.

Zu diesem Ergebnis kommen die Wissenschaftler aus 14 Nationen, nachdem sie den unteren Teil eines 2540 Meter langen Eisbohrkernes aus Nordgrönland untersucht haben und erstmals seine in der Tiefe durcheinandergebrachte Schichtung rekonstruieren konnten. „Wir wussten, dass das Eis aus einer Tiefe von 2200 bis 2450 Meter aus der Eem-Warmzeit stammte. Die Herausforderung war jedoch, in diesem Eis ‚zu lesen’. Denn im Gegensatz zu dem darüber liegenden jüngeren Eiszeit-Eis, dessen einzelne Jahresschichten wie Tortenböden übereinanderliegen, hatten sich die einzelnen Schichten des Eem-Eises und die Schichten aus dem Übergang in die letzte Eiszeit wie eine zusammengeschobene Tischdecke mit aufliegender Serviette ineinander gefaltet“, erzählt die am Projekt beteiligte Expertin für Eisdeformation und Mikrostrukturen Dr. Ilka Weikusat vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.

Um Ordnung und somit eine zeitliche Abfolge in dieses Schichtchaos zu bringen, haben die Wissenschaftler den grönländischen Eispanzer mit Radiowellen vermessen, die physikalischen Eigenschaften des Eiskerns untersucht, die Wasser- und Sauerstoff-Isotopenzahl bestimmt, überprüft, wie viel Methan die im Eis eingeschlossene Luft enthielt und all diese Werte am Ende mit Eem-Daten aus der Antarktis und anderen Orten der Welt verglichen. Im Anschluss daran konnten sie dann ihre eigentlichen Fragen nach den Temperatur- und Eisbedingungen auf Grönland während der Eem-Warmzeit beantworten.

„Unsere Daten zeigen, dass es während der Eem-Warmzeit in Nordgrönland bis zu acht Grad Celsius wärmer war als heute“, sagt Projektleiterin Prof. Dorthe Dahl-Jensen von der Universität Kopenhagen. Dass der grönländische Eispanzer auf diesen Temperaturanstieg nicht so empfindlich reagiert habe, wie bisher gedacht, sei die gute Nachricht der Studie.
Eine schlechte Nachricht gibt es allerdings auch: „Wenn der grönländische Eisschild damals nicht vollständig verschwunden ist, bedeutet dies im Umkehrschluss, dass die Eismassen der Antarktis hauptverantwortlich dafür waren, dass der Meeresspiegel während des Eems vier bis acht Meter höher war als heute“, sagt Dorthe Dahl-Jensen.

Und noch etwas gibt der Projektleiterin zu denken: Während der Eem-Warmzeit ist der Schnee an der Gletscheroberfläche immer wieder erheblich geschmolzen und das Schmelzwasser in die darunterliegenden Schneeschichten gesickert. Dafür sprechen Schichten aus wiedergefrorenem Schmelzwasser, welche die Forscher im Eiskern gefunden haben.

Ein ähnlich großes Schmelzereignis hatten Dorthe Dahl-Jensen und ihr NEEM-Team (NEEM = North Greenland Eemian Ice Drilling Project) bei ihren letzten Bohrungen im Sommer des vergangenen Jahres beobachtet. „Die warmen Oberflächentemperaturen des Sommers 2012 haben uns wirklich überrascht. Es hat geregnet und wie damals im Eem ist das Schmelzwasser versickert und in der Tiefe wieder gefroren“, erzählt Dorthe Dahl-Jensen. Ihrer Meinung nach war der vergangene Sommer ein Extremereignis. Dennoch steige mit der vorhergesagten Erwärmung Grönlands die Wahrscheinlichkeit, dass sich ein solches Ereignis in den kommenden 50 bis 100 Jahren wiederhole und das Klima eem-ähnliche Züge annähme.

Die neu gewonnenen Eis- und Temperaturdaten für Grönland sollen jetzt in Klimamodelle einfließen und deren Vorhersagegenauigkeit weiter verbessern. „Diese neuen Erkenntnisse sind wirklich aufregend. Sie widerlegen nicht nur alle Schreckensszenarien, denen zufolge der grönländische Eispanzer im Zuge einer Warmzeit im Nu verschwindet. Sie bestätigen zudem Modellrechnungen, die schon vor über einem Jahrzehnt am Alfred-Wegener-Institut gemacht wurden“, sagt Prof. Heinrich Miller, Mitautor der Studie und Helmholtz-Professor für Glaziologie am Alfred-Wegener-Institut.

Beteiligung von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Institutes
Experten des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), waren in allen Abschnitten des NEEM-Projektes beteiligt. Sie haben an den geophysikalischen und glaziologischen Vorerkundungen der Bohrstelle mitgewirkt, haben mit den Forschungsflugzeugen POLAR 5 und 6 logistische Unterstützung auf Grönland geleistet, die Bohrtechnik mitentwickelt sowie beim Bohren und der ersten Verarbeitung der Eisbohrkerne geholfen. Anschließend war ihre Expertise bei den Staub- und Aerosolmessungen sowie bei der Isotopenanalyse gefragt. Im grönländischen Bohrcamp sowie im AWI-Eislabor in Bremerhaven haben AWI-Glaziologen zudem die physikalischen Eigenschaften des Bohrkernes untersucht und ausgewertet.

Das NEEM-Projekt

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Bisher genauester Beleg für Abschmelzen der Eisschilde: Vermessung der Erderwärmung

Mittwoch 5. Dezember 2012 von birdfish

Seit etwa zwei Jahrzehnten erfassen Wissenschaftler mithilfe von Satellitendaten das Abschmelzen der Eisschilde.

Schmelzwasser Grönland
Schmelzwasser auf Grönland – Foto: Ian Joughin

Wie stark sich das Polareis in Grönland und der Antarktis in dieser Zeit genau verändert hat, war bislang strittig. Unterschiedliche Berechnungsmethoden lieferten widersprüchliche Ergebnisse. Ein internationales Expertenteam, unter anderem von der Technischen Universität München, belegt nun mit den bisher genauesten Satelliten-Daten: Beide Eisschilde schwinden, allerdings unterschiedlich schnell.
Die Forscher zeigen, dass das Abschmelzen des Grönländischen und des Antarktischen Eisschildes den Meeresspiegel seit 1992 weltweit um 11,1 Millimeter anstiegen ließ. Etwa zwei Drittel des Verlustes wurden durch Abschmelzen des Eisschildes auf Grönland verursacht, der Rest stammt aus der Antarktis. Die Studie erschien jetzt in der Zeitschrift Science.

In seinem Klimabericht 2007 ging der Weltklimarat IPCC bei der Entwicklung des Polareises noch von einer großen Bandbreite aus: Ob der Antarktis-Eisschild schrumpft oder wächst, war dabei unklar. Die nun vorgelegten Schätzungen sind dank einer größeren Anzahl an Satellitendaten deutlich genauer: Sie bestätigen, dass sowohl der Antarktische als auch der Grönländische Eisschild an Masse verlieren.

Eisschwund hat sich beschleunigt

Die Studie zeigt zudem, dass die Eisschilde insgesamt immer schneller abschmelzen: Grönland und die Antarktis verlieren heute mehr als dreimal so viel Eis wie in den 90er Jahren. Das entspricht einem jährlichen Anstieg der Meeresspiegel von heute 0,95 mm im Vergleich zu 0,27 mm in den 90er Jahren.

Zudem lässt sich eine unterschiedliche Dynamik bei den Veränderungen beider Polkappen beobachten: Aus den Satellitendaten geht hervor, dass sich der Rückgang des Eisschildes auf Grönland seit Mitte der 90er Jahre fast verfünffacht hat. Im Gegensatz dazu ist die negative Gesamtbilanz in der Antarktis relativ konstant, wobei dort regionale Veränderungen teilweise sehr groß ausfallen.

Was das Gravitationsfeld der Erde verrät

Einen Teil dieser Messergebnisse hat Dr. Martin Horwath vom Institut für Astronomische und Physikalische Geodäsie der Technischen Universität München beigetragen. Um die Veränderung der Eismassen exakt zu bestimmen, nutzt der Geodät Daten über die Änderung der Erdanziehung, die ein Satellitenpaar liefert. Denn die Bahn, auf denen sich die Satelliten bewegen, wird schon von kleinen Unterschieden im Gravitationsfeld der Erde verändert: Nehmen die Eismassen an den Polen im Laufe eines Jahres zu oder ab, äußert sich das in minimalen Bahnstörungen.

Änderungen des Gravitationsfeldes auszuwerten, ist einer von drei Beobachtungsansätzen, die in der Studie verfolgt wurden. Die Forscher konnten diese nun aber auch mit Ergebnissen aus anderen Verfahren zusammenführen, die bisher in Dutzenden von Einzelstudien verwendet wurden. Dazu haben die Wissenschaftler unterschiedliche Messzeiträume und Messgebiete in Übereinstimmung gebracht und die Messungen verschiedener Satellitentypen kombiniert. Unter der Federführung von Prof. Andrew Shepherd (Universität Leeds) und Dr. Erik Ivins (NASA Jet Propulsion Laboratory) wurden Daten von zehn verschiedenen Satellitenmissionen ausgewertet.

Das IMBIE-Projekt (Ice Sheet Mass Balance Inter-comparison Exercise) ist ein Gemeinschaftsprojekt von 47 Wissenschaftlern aus 26 Forschungsinstituten und wurde durch die Europäische Weltraumbehörde ESA und die US-amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde NASA gefördert.

Originalpublikation
Andrew Shepherd et al: A reconciled estimate of ice sheet mass balance, Science, November 2012, doi: 10.1126/science.1228102.

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Klimaforschung: Wurden Projektionen zum Meeresspiegelanstieg unterschätzt?

Donnerstag 29. November 2012 von birdfish

Während die globale Mitteltemperatur in den letzten Dekaden in einer Geschwindigkeit zugenommen hat, die gut mit den Projektionen des Weltklimarats übereinstimmt, ist der Meeresspiegel schneller angestiegen als vorhergesagt.

Den Malediven steht das Wasser bis zum Hals
Den Malediven steht das Wasser bereits bis zum Hals, auch Mega-Städte wie Tokyo kann es treffen – Foto: H. Hoppe / Pixelio

Das geht aus einer Studie hervor, die jetzt im Fachjournal Environmental Research Letters veröffentlicht wurde. Stefan Rahmstorf vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und seine Kollegen vergleichen darin für den Zeitraum zwischen 1990 und 2011 Projektionen mit tatsächlichen Messdaten. Der schnellere Anstieg des Meeresspiegels könnte darauf hinweisen, dass auch für die Zukunft die Berechnungen vom IPCC zu niedrig sind, so die Wissenschaftler.
Der Anstieg des Meeresspiegels hat potenzielle Auswirkungen für Millionen von Menschen auf der ganzen Welt, von Küstenregionen bis hin zu Megastädten wie Tokio.

„Die globale Temperatur steigt weiterhin in der Geschwindigkeit, die in den letzten zwei Sachstandsberichten des IPCC prognostiziert wurde. Das zeigt erneut, dass die Erwärmung sich nicht verlangsamt hat oder hinter den Projektionen zurückbleibt“, sagt Rahmstorf. Für die Studie haben die Forscher aus Potsdam, dem Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales (LEGOS) in Frankreich und Tempo Analytics in den USA fünf gemittelte globale Reihen zu Land- und Ozeantemperaturen mit den Projektionen des IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) verglichen. Um einen möglichst genauen Vergleich zu ermöglichen, wurden von den Forschern dabei auch kurzfristige Temperaturschwankungen durch das El Niño Phänomen, Schwankungen in der Sonnenintensität und Vulkanausbrüche berücksichtigt. Die Ergebnisse bestätigen, dass die in den 1960er und 1970er Jahren von Wissenschaftlern als Konsequenz steigender Treibhausgaskonzentration prognostizierte Erderwärmung sich mit einer unverminderten Geschwindigkeit von 0,16 Grad Celsius pro Dekade fortsetzt und damit den Vorhersagen des IPCC entspricht.

Die Analyse der Daten zum Meeresspiegelanstieg ergab dagegen ein anderes Bild. Wie die neue Studie zeigt, steigen die Ozeane 60 Prozent schneller als nach der mittleren Prognose des Weltklimarats in seinen beiden letzten Sachstandsberichten. Die Forscher verglichen diese früheren Vorhersagen mit Satellitenmessungen des Meeresspiegelanstiegs. Satelliten haben global eine deutlich bessere Abdeckung als Pegelstationen und können durch die Nutzung von Radarwellen und ihrer Reflektion von der Meeresoberfläche den Anstieg exakt messen. Während der IPCC einen Meeresspiegelanstieg mit 2 mm pro Jahr ab dem Jahr 1990 prognostizierte, zeichneten Satellitendaten einen Anstieg von 3,2 mm pro Jahr auf. Dass nur ein vorübergehender Eisverlust von den Eisschilden Grönlands oder der Antarktis oder andere interne Schwankungen im Klimasystem für die erhöhte Geschwindigkeit des Meeresspiegelanstiegs verantwortlich sind, ist der Studie zufolge unwahrscheinlich. Die Anstiegsrate des Meeresspiegels korreliert eng mit der Zunahme der globalen Mitteltemperatur.

„Im Unterschied zur Physik der globalen Erwärmung selbst ist der Meeresspiegelanstieg deutlich komplexer. Es ist wichtig immer wieder zu prüfen, wie gut frühere Prognosen mit dem seither beobachteten tatsächlichen Verlauf übereinstimmen, um künftige Projektionen zu verbessern“, sagt Rahmstorf. „Die neuen Erkenntnisse unterstreichen, dass der IPCC keineswegs alarmistisch ist, sondern in einigen Fällen sogar die Klimarisiken unterschätzt hat“.

Originalpublikation

Rahmstorf, S., Foster, G., Cazenave, A. (2012): Comparing climate projections to observations up to 2011. Environ. Res. Lett. 7 044035 [DOI:10.1088/1748-9326/7/4/044035]

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Klimaforschung: Neue Methode ermöglicht einen besseren Ausblick in die Zukunft

Mittwoch 28. November 2012 von birdfish

Eine der großen Fragen der Klimawissenschaften ist, um wie viel Grad Celsius die globale Temperatur steigt, wenn sich die Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre verdoppelt.

Eisbohrkern aus der Antarktis
Eisbohrkern auf Dome Concordia – Foto: S. Kipfstuhl, AWI

Viele Wissenschaftler blicken dafür in die Vergangenheit, denn sie verrät, wie die Natur ohne den Einfluss des Menschen auf Klimaveränderungen reagiert hat. Die vielfältigen Forschungsergebnisse erschwerten es Wissenschaftlern bisher, genaue Vorhersagen darüber zu treffen, wie sich der Kohlendioxidanstieg auf die zukünftige Erwärmung auswirkt.

Ein internationales Forscherteam hat deshalb die vorhandenen Resultate ausgewertet, kategorisiert und mit einer eindeutigen Terminologie versehen. Dieses Vorgehen soll helfen, die Bandbreite an Ergebnissen einzugrenzen und den Vergleich zwischen vergangenen Klimaveränderungen und den Prognosen über den zukünftigen Temperaturanstieg zu verbessern. Ihre neue Methode stellt die Gruppe in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature vor.

Die Forschungsgruppe hat Ergebnisse aus über 20 Studien zusammengefasst, klassifiziert und verglichen, um eine mögliche Vorhersage über den zukünftig zu erwartenden globalen Temperaturanstieg zu treffen. In diesen, als Paläostudien bezeichneten, Arbeiten hatten Wissenschaftler versucht, die so genannte Klimasensitivität rückblickend mit Hilfe von Daten aus beispielsweise Eisbohr- oder Sedimentkernen zu rekonstruieren. Klimasensitivität ist eine wichtige Größe in der Klimawissenschaft. Sie beschreibt, wie die Durchschnittstemperatur auf der Erdoberfläche auf Veränderungen im Klimasystem reagiert. Konkret steht ihr Wert für den globalen Temperaturanstieg, den Klimamodelle berechnen, wenn sich der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre verdoppelt. Den Anfangswert der Modelle bildet dabei die Kohlendioxidkonzentration aus der vorindustriellen Zeit.

Das Team stand nun vor der Herausforderung, die zusammengetragenen Studien zu vergleichen. Jede Studie sprach zwar von „Klimasensitivität“, aber nicht alle berücksichtigten dieselben Faktoren. „Wir mussten also zunächst die verschiedenen Annahmen und Unsicherheiten herausarbeiten. Welche Studie berücksichtigte ausschließlich Kohlendioxid, welche beachtete zusätzlich andere Treibhausgase, wie zum Beispiel Methan, oder den Rückstrahleffekt, die sogenannte Albedo, von Eisflächen? Erst dann konnten wir die Daten vergleichen. Zusätzlich haben wir exemplarisch für einen Datensatz berechnet, welche Klimasensitivität wir bekommen, wenn wir beispielsweise nur Treibhausgase wie Kohlendioxid berücksichtigten, oder zusätzlich auch die Albedo“, erläutert Dr. Peter Köhler, Klimawissenschaftler am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft und einer der Hauptautoren der neuen Veröffentlichung.

Mit Hilfe ihrer neuen Methode konnte die Forschergruppe am Ende zehn unterschiedliche Arten der Klimasensitivität unterscheiden. In einem zweiten Schritt legte sie dann für diese eine eindeutige Terminologie und konkrete Definitionen fest. Die neue Kategorisierung soll verhindern, dass Forscher in Zukunft unter dem Begriff Klimasensitivität eine weite Bandbreite an Ergebnissen zusammenfassen, denen unterschiedliche Annahmen zugrunde liegen. „Idealerweise erkennt man schon beim ersten Blick auf eine Studie, welche Art der Klimasensitivität hier ermittelt wurde. Man soll also schon anhand der verwendeten Bezeichnung erkennen, welche Faktoren die Wissenschaftler als treibende Kräfte der Temperaturveränderung betrachtet haben. Mit unserer Terminologie geben wir einen konzeptionellen Rahmen, die Klimasensitivität anhand vergangener Klimazustände zu berechnen. Wir hoffen, dass dieser dabei hilft, Vorhersagen über zukünftige Klimaveränderungen besser zu bewerten“, erklärt der Klimawissenschaftler.

Diese Arbeit ist ein wichtiges Ergebnis der Klimawissenschaften. Sie fasst erstmals zusammen, wie Wissenschaftler bisher die Klimasensitivität mittels Daten der vergangenen 65 Millionen Jahre rekonstruiert und welche Annahmen sie hierzu veröffentlicht haben. Darüberhinaus belegt sie, dass die Klimaprognosen, die in den Berichten des Weltklimarates IPCC zusammengefasst sind, mit jenen Ergebnissen übereinstimmten, die aussagen wie die Natur im Laufe der Erdgeschichte auf Klimaveränderungen reagiert hat.

Ein Ziel hat das Forschungsteam allerdings noch nicht erreicht. „Wir hatten gehofft, die Werte der aktuell angenommen Klimasensitivität einschränken zu können. In seinem letzten Bericht ging der Weltklimarat IPCC davon aus, dass die globale Temperatur um 2,1 Grad Celsius bis 4,4 Grad Celsius ansteigt, wenn sich der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre gegenüber den Werten aus der vorindustriellen Zeit verdoppelt. Dies ist auch die Bandbreite, in der sich die von uns zusammengefassten Klimasensitivitätswerte momentan bewegen“, sagt Dr. Peter Köhler.

Um genauere Werte zu erhalten, müssten weitere Fragen geklärt werden. Die Wissenschaftler wissen zum Beispiel, dass die Klimasensitivität davon abhängt, welches Hintergrundklima vorherrscht. Also ob man zu einer bestimmten Zeit von einer Eis- oder Warmzeit sprechen konnte. Doch wie genau sich dieses Hintergrundklima auf die Klimasensitivität auswirke, müsse noch geklärt werden. Der Klimawissenschaftler hofft, dass der in dieser Studie eingeführte konzeptionelle Rahmen die Forschung hierin vorantreibe.

Die Publikation entstand im Rahmen eines dreitägigen Workshops an der Königlich-Niederländischen Akademie der Wissenschaften in Amsterdam, an dem letztes Jahr über 30 Wissenschaftler teilnahmen.

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Schutz der Antarktis von Schutzkommission abgelehnt – Vorrang für Fischindustrie

Freitag 9. November 2012 von birdfish

Die Ergebnisse des diesjährigen Treffens der antarktischen Schutzkommission CCAMLR (Commission for the Conservation of Antarctic Marine Living Ressources) karikieren den Namen der Kommission.

Antarktis - Kaiserpinguine
Kaiserpinguine in der Antarktis – Foto: Jochen / Pixelio

Auf den Tischen der 24 teilnehmenden Landesdelegationen und der EU lagen Vorschläge für zwei südpolare Meeresschutzgebiete.
Ein Schutzgebiet sollte in der Ross See, eines in der Ostantarktis entstehen. Doch die Einrichtung beider Schutzgebiete wurde abgelehnt. So wurde die Chance verpasst fast vier Millionen Quadratkilometer der Südpolargewässer effektiv zu schützen. Die Kommission verpasste außerdem ihr selbst gesetztes Ziel, die Einrichtung eines Netzwerkes von Meeresschutzgebieten bis in diesem Jahr umzusetzen.

“Erneut zeigt sich, wie gering das Interesse am Meeresschutz und wie groß der Einfluss der international agierenden Fischereiindustrie ist”, sagt Greenpeace Meeresbiologe Thilo Maack. Neben den üblichen Verdächtigen China, Japan, Korea und Russland hatte sich auch die Ukraine gegen die Einrichtung des größten Meeresschutzgebietes der Welt in der Ross-See ausgesprochen. Alle Länder haben eine aktive Fischerei auf Schwarzen Seehecht oder antarktischen Krill in den eiskalten Polargewässern. Diese Industrie sahen sie durch die Schutzgebiete gefährdet.

Die Frustration der am Schutz der Antarktis interessierten Länder sowie der zahlreichen Vertreter von Nichtregierungsorganisationen ist entsprechend groß. Die Antarctic Ocean Alliance in der 30 Umweltschutzorganisationen darunter Greenpeace vertreten sind, hatte in einem Report für die Einrichtung von einem Netzwerk von Meeresschutzgebieten geworben, die 40 Prozent der antarktischen Gewässer entsprechen. Insgesamt hatten sich im Laufe der letzten Wochen weltweit mehr als 1,2 Millionen Unterstützer für diese Schutzgebiete ausgesprochen.

Die deutsche Delegation unterstützte in den Verhandlungen die Einrichtung von Schutzgebieten und wird innerhalb der nächsten zwei Jahre einen Vorschlag für ein Schutzgebiet in der Wedell-See, nahe der antarktischen Halbinsel unterbreiten. Dennoch hatte auch die Bundesregierung die Interessen der Fischereiindustrie unterstützt, indem sie zu Beginn der Verhandlungen eine Krillfangquote von 150.000 Tonnen für zwei unter deutscher Flagge fahrende Fangschiffe beantragt hatte.
Eisfeld in der Ross-See im antarktischen Walschutzgebiet.

Die Quote wurde im Laufe der Verhandlungen für eines der Schiffe zurückgezogen. Die Eigner der Schiffe gaben im Laufe der Woche bekannt, die Quote auf wenige tausend Tonnen reduzieren zu wollen. Im kommenden Jahr wollen sie unter wissenschaftlicher Begleitung eine Versuchsfischerei auf Krill beginnen.

Im Juli 2013 soll während eines ausserordentlichen Treffens von CCMALR in Deutschland erneut über die abgelehnten Schutzgebietsanträge beraten werden. Bis dahin müssen auch die Anträge für weitere Krillfangquoten vorliegen – wenn sich die Krillfischerei als wirtschaftlich lohnend erweist. Bleibt zu hoffen, dass sie das nicht ist.

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