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Winterexperiment im antarktischen Eis – Forscherschiff Polarstern im Südpolarmeer

Sonntag 28. Oktober 2012 von birdfish

Das Forschungsschiff Polarstern brach gestern in Bremerhaven zu einer außergewöhnlichen Expedition in die Antarktis auf.

Route der Polarstern
Route der Polarstern – Karte: AWI

Das Schiff wird diesmal nicht wie gewohnt zum Ende des antarktischen Sommers nach Bremerhaven zurückkehren, sondern zu Forschungszwecken im Südpolarmeer überwintern. Weltweit gibt es nur einige wenige Schiffe, mit denen Wissenschaftler eine solche Winterexpedition in die Antarktis wagen können.

Das sogenannte Winterexperiment bildet den Höhepunkt einer insgesamt 18 Monate langen Expeditionsreise auf der Südhalbkugel und wird das Schiff, seine Besatzung und die 54 Wissenschaftler an Bord von Kapstadt, Südafrika, in das antarktische Weddellmeer führen. „Wir wollen auf dieser Fahrt zwei grundlegende Forschungsfragen untersuchen: Die erste lautet: Welche Mechanismen lassen das Ökosystem des Südpolarmeeres nach dem langen, kalten und äußerst dunklen Winter wieder zum Leben erwachen? Und die zweite: Aus welchen Gründen nimmt die Ausbreitung des antarktischen Meereises leicht zu, während die Meereisbedeckung in der Arktis stetig zurückgeht?“, sagt der wissenschaftliche Fahrtleiter Prof. Dr. Peter Lemke vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meereswissenschaften in der Helmholtz-Gemeinschaft.

Bisher fehlen den Wissenschaftlern für Antworten auf diese Fragen ausreichend verwertbare Daten, denn der Winter im Weddellmeer zeichnet sich durch lang anhaltende Dunkelheit, sehr starke Winde und Temperaturen von bis zu minus 40 Grad Celsius aus. „Mehrere schwere Stürme pro Woche sind zu dieser Jahreszeit keine Seltenheit und natürlich auch einer der Gründe, warum sich im Winter so gut wie kein Schiff in der Antarktis aufhält“, erklärt Peter Lemke.

Der Physiker und Klimaexperte hat schon im Jahr 1992 ein Winterexperiment der POLARSTERN geleitet. Bei seiner insgesamt vierten Winterfahrt, 21 Jahre später, wird das Schiff die nahezu gleiche Route wählen. Der Forschungsansatz ist diesmal jedoch viel interdisziplinärer ausgerichtet: „Wir werden auf dieser Fahrt Wissenschaftler aus allen großen naturwissenschaftlichen Fachgebieten an Bord haben, denn wir wollen unsere zwei Leitfragen in enger Zusammenarbeit angehen und sie am Ende möglichst umfassend beantworten können“, so Peter Lemke.

Für den Forschungseisbrecher POLARSTERN wird die kommende Winterfahrt die fünfte dieser Art sein. Das letzte Mal verbrachte das Schiff die Wintermonate des Jahres 2006 im Weddellmeer. „Auf der damaligen Expedition haben wir gelernt, dass im September und Oktober – also mitten im antarktischen Winter – die Biologie im Meer und im Eis schon auf Hochtouren läuft und es stellte sich die Frage: Was genau bedingt den Start des Ökosystems in die neue Saison?“, sagt Peter Lemke.

Diesmal fahren die Wissenschaftler früher in das zugefrorene Weddellmeer: „Wir wollen die Dunkelheit der Polarnacht benutzen, um von Süden her gewissermaßen mit dem Sonnenaufgang in den Frühling zu fahren und zu sehen, wie das Ökosystem den neuen Jahresgang beginnt“, erklärt Peter Lemke.

Bevor Polarstern jedoch am 8. Juni 2013 in Kapstadt zum Winterexperiment aufbricht, stehen dem Schiff fünf weitere Fahrtabschnitte bevor. Auf dem ersten Teilstück, der Überführungsreise von Bremerhaven nach Kapstadt, werden rund 30 Nachwuchswissenschaftler aus elf verschiedenen Universitäten und Forschungseinrichtungen die Chance erhalten, Daten und Proben für ein interdisziplinäres Forschungs- und Ausbildungsprogramm zu sammeln. Sein Titel lautet: „Pelagische Biodiversität des Atlantischen Ozeans“. Im Anschluss daran wird das Schiff die Atka-Bucht im Weddellmeer ansteuern und dort neue Schneefahrzeuge, Ersatzteile sowie die Jahresrationen Proviant und Treibstoff für die Forschungsstation Neumayer III entladen.

Erstmals an Bord ist auch ein sogenannter Eisbagger, der bei Forschungen auf großen Eisschollen zum Einsatz kommen soll. Im Gegensatz zu herkömmlichen Baufahrzeugen besitzt das etwa ein mal zwei Meter große Gerät jedoch keine Baggerschaufel, sondern ist mit einem Eisbohrer ausgestattet. Mit ihm soll der Eisbagger etwa 80 Zentimeter breite Löcher in die Scholle bohren, die dann Forschungstauchern als Ausgangspunkte für Untersuchungen unter dem Eis dienen.

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Tropische Verhältnisse in der Antarktis – Palmen wuchsen an den heutigen Eisküsten

Mittwoch 8. August 2012 von birdfish

Vor dem Hintergrund des aktuellen Klimawandels interessieren sich Klimaforscher besonders für vergangene Warmzeiten, weil sich aus ihnen Erkenntnisse für das zukünftige Klima ableiten lassen.

Tropischer Regenwald
Schlecht vorstellbar: tropischer Regenwald in der Antarktis – Foto: Cornerstone / Pixelio

Jetzt hat ein internationales Team mit Wissenschaftlern der Goethe-Universität Frankfurt und des Biodiversität und Klima Forschungszentrums in Bohrkernen erstmalig Klimazeugen aus einer Warmphase vor rund 52 Millionen Jahren zu Tage gefördert – und zwar in einer für die Klimaforschung besonders wichtigen Region: der Antarktis. Die in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichte Studie belegt, dass damals an der Küste der Antarktis ein Regenwald wuchs, wie er heute nur in den Tropen vorkommt.
Vor rund 52 Millionen Jahren war die Konzentration des Treibhausgases CO2 in der Atmosphäre mehr als doppelt so hoch wie heute. „Wenn der derzeitige CO2-Ausstoß durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe ungehindert voranschreitet, werden atmosphärische CO2-Konzentrationen, wie sie damals herrschten, wahrscheinlich in wenigen hundert Jahren erreicht sein“, erläutert Prof. Jörg Pross, Paläoklimatologe an der Goethe-Universität Frankfurt und Mitglied des Biodiversität- und Klima-Forschungszentrums (BiK-F). „Mit der Erforschung früherer, natürlicher Klimaerwärmungen wächst unser Wissen über Mechanismen und Prozesse im Klimasystem. Das trägt enorm dazu bei, dass wir die heutige, vom Menschen verursachte Erderwärmung besser verstehen.“

Aktuelle Klima-Modellierungen weisen darauf hin, dass die zukünftige Klimaerwärmung in den hohen Breiten, also in der Nähe der Pole, besonders drastisch ausfallen wird. Bisher lagen speziell für die Antarktis jedoch kaum Daten aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit vor, die zeigen, wie dortige Ökosysteme auf ein Treibhausklima mit hohen atmosphärischen CO2-Konzentrationen reagiert haben.

Die Wissenschaftler um Pross analysierten Sedimentproben aus Bohrkernen vom Meeresgrund, die vor der Küste des antarktischen Wilkes-Landes im Rahmen des Integrated Ocean Drilling Program (IODP) gewonnen wurden und zwischen 53 und 46 Millionen Jahre alt sind. Die Proben enthalten unter anderem Pollen und Sporen, die nachweislich von der Küstenregion der Antarktis stammen. Die Forscher konnten so die dortige Pflanzenwelt rekonstruieren. Demnach war die Küstenregion des Sechsten Kontinents vor 52 Millionen Jahren von einem tropischen bis subtropischen Regenwald bedeckt.

Wo heute der antarktische Eispanzer den Südozean säumt, gediehen damals offenbar extrem frostempfindliche Pflanzen wie Palmen und Vorläufer der heutigen Affenbrotbäume. Die Auswertungen der Wissenschaftler ergeben, dass damals an den antarktischen Küsten selbst im Winter milde 10 Grad Celsius herrschten – trotz dreimonatiger Polarnacht. Im Inneren des Kontinents hingegen war es merklich kühler, hier wuchs ein gemäßigter Regenwald mit Südbuchen und Araukarien, wie er heute in Neuseeland vorkommt. Zusätzliche Belege für extrem milde Temperaturen lieferte die Analyse organischer Verbindungen, die von Bodenbakterien produziert wurden. Diese Mikroorganismen besiedelten damals die küstennahen Böden von Wilkes Land.

Die neuen Befunde in der Antarktis bedeuten auch, dass der Temperaturunterschied zwischen den niederen Breiten und den hohen südlichen Breiten während der Treibhausphase des frühen Eozäns deutlich kleiner war als bisher vermutet. „Die CO2-Gehalte der Atmosphäre, wie sie bisher für den Zeitraum vor 52 Millionen Jahren angenommen werden, reichen alleine nicht aus, um die nahezu tropischen Bedingungen in der Antarktis zu erklären“, so Pross. „Ein weiterer wichtiger Faktor war der Wärmetransport durch warme Meeresströmungen, welche die Antarktis erreichten.“ Als dieser zusammenbrach und die Antarktis-Küste damit unter den Einfluss kühlerer Meeresströmungen geriet, verschwand auch die tropenähnliche Vegetation.

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Klimawissenschaftler entdecken neue Schwachstelle antarktischen Eisschildes

Freitag 11. Mai 2012 von birdfish

Das Filchner-Ronne-Schelfeis im antarktischen Weddellmeer wird noch in diesem Jahrhundert rapide zu schmelzen beginnen und als Barriere für nachrutschendes Inlandeis wegfallen.

Schelfeiskante Wedellmeer
Schelfeiskante Nähe Halley-Station, Antarktis – Foto: Ralph Timmermann / AWI

Diese Vorhersagen treffen Klimaforscher des Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft in dem britischen Wissenschaftsmagazins „Nature“. Sie widerlegen damit die weit verbreitete Annahme, das Schelfeis des Weddellmeeres bliebe aufgrund der Randlage des Meeres von den unmittelbaren Einflüssen der Erderwärmung verschont.

Die Forschungsergebnisse der Klima-Modellierer vom Alfred-Wegener-Institut dürften die Fachwelt überraschen. Gingen die meisten Experten doch bisher davon aus, dass die Folgen der Erderwärmung für die Antarktis vor allem im Amundsenmeer und damit in der Westantarktis zu spüren seien. „Das Weddellmeer hatte niemand so richtig auf der Rechnung, weil alle glaubten, seine Wassermassen seien im Gegensatz zum Amundsenmeer kalt genug, um dem Schelfeis nichts anhaben zu können. Wir aber zeigen, dass die warmen Wassermassen des Weddellmeeres in den kommenden Jahrzehnten dem Filchner-Ronne-Schelfeis mächtig zusetzen werden“, sagt Dr. Hartmut Hellmer, Ozeanograf am Alfred-Wegener-Institut und Erstautor der Studie.

Mit Hilfe verschiedener Modellberechnungen konnten er und seine Kollegen Dr. Frank Kauker, Dr. Ralph Timmermann und Dr. Jürgen Determann sowie Dr. Jamie Rae vom britischen Met Office Hadley Centre zeigen, dass es im Zuge des Temperaturanstieges über dem Weddellmeer innerhalb der nächsten sechs Jahrzehnte zu einer Kettenreaktion kommen kann, an deren Ende vermutlich große Inlandeis-Massen in den Ozean abrutschen können.

Ausgelöst wird diese Kettenreaktion von steigenden Lufttemperaturen über dem südöstlichen Weddellmeer. „Unsere Modelle zeigen, dass die wärmere Luft dazu führen wird, dass das heute noch solide Meereis im Weddellmeer in wenigen Jahrzehnten dünner und damit brüchiger und mobiler wird“, sagt Frank Kauker. Wenn dies geschehe, werden sich grundlegende Transportprozesse verändern. „Es führt dazu, dass eine hydrographische Front im Weddellmeer aufbricht, die bis jetzt verhindert, dass warmes Wasser unter das Schelfeis gelangt. Nach unseren Berechnungen aber wird sich diese schützende Barriere bis zum Ende dieses Jahrhunderts auflösen“, erklärt Hartmut Hellmer.

Der Einstrom wärmeren Wassers unter das Filchner-Ronne-Schelfeis lässt das Eis von unten schmelzen. „Die größten Schmelzraten erwarten wir nahe der sogenannten Aufsetzlinie. So nennt man jene Zone, in der das Schelfeis auf dem Meeresboden aufsetzt und in den Gletscher übergeht. An dieser Stelle schmilzt das Filchner-Ronne-Schelfeis heute um etwa 5 Meter pro Jahr. Zur nächsten Jahrhundertwende werden die Schmelzraten auf bis zu 50 Meter pro Jahr ansteigen“, sagt Jürgen Determann.

Wie im Falle einer solchen Megaschmelze des Schelfeises das dahinter gelagerte Inlandeis reagieren wird, untersucht Hellmers Kollege Jürgen Determann derzeit. Eine Vermutung liegt jedoch nahe: „Schelfeise sind für das nachgelagerte Inlandeis wie ein Korken in der Flasche. Sie bremsen die Eisströme, weil sie in den Buchten überall anecken und zum Beispiel auf Inseln aufliegen. Schmelzen jedoch die Schelfeise von unten, werden sie so dünn, dass die bremsenden Flächen immer geringer werden und sich das dahinterliegende Eis in Bewegung setzt“, sagte Hartmut Hellmer. „Sollten die erhöhten Schmelzraten komplett durch nachfließendes Inlandeis kompensiert werden, entspräche dieser Massenverlust einem zusätzlichen Meeresspiegelanstieg von 4,4 Millimeter pro Jahr“, ergänzt Jürgen Determann. Nach neuen, auf Satellitendaten basierenden Abschätzungen, die Anfang Februar 2012 ebenfalls in Nature veröffentlicht wurden, betrug der durch Gletscher- und Eisschelfschmelzen bedingte Meeresspiegelanstieg in den Jahren 2003 bis 2010 etwa 1,5 Millimeter pro Jahr. Dazu addiert werden zudem etwa 1,7 Millimeter, die der Meeresspiegel aufgrund der thermischen Ausdehnung der Ozeane pro Jahr ansteigt.

Die Vorhersagen der aktuellen Studie basieren auf unabhängigen Berechnungen der Klimamodelle BRIOS (Bremerhaven Ice – Ocean – Simulations) und FESOM (Finite Element Sea Ice-Ocean Model). Als Ausgangswerte hatten die Wissenschaftler atmosphärische Vorhersagen des britischen Met Office Hadley Centre in Exeter genutzt. Darunter waren zum Beispiel Angaben zur zukünftigen Entwicklung des Windes und der Temperatur in der Antarktis. Die Aussagekraft der Modelle haben Hartmut Hellmer und seine Kollegen gleich mehrfach überprüft: „Wir haben das BRIOS-Modell im Jahr 1860 gestartet, um zu sehen, ob seine Ergebnisse für die Jetztzeit die Realität auch richtig abbilden. Und es hat sich gezeigt, dass diese Bedingung sehr gut erfüllt wird. So liegen zum Beispiel die von BRIOS vorhergesagten Wassertemperaturen für das Weddellmeer dicht an dem, was wir heute tatsächlich messen“, sagt Ralph Timmermann und ergänzt: „Das BRIOS-Modell ist in den vergangenen Jahren mehrfach verifiziert worden. Es sagt Eisdickenkonzentrationen, Strömungen und Driftrichtungen von Eisbergen treffend voraus. Und FESOM ist auf dem besten Weg, es BRIOS gleich zu tun. Nur besitzt es eine viel höhere Auflösung, weshalb wir lange warten müssen, bis die Computer ein Jahrhundert berechnet haben. BRIOS braucht für ein Jahrhundert nur knapp eine Woche.“

Die Studie wurde im Rahmen des EU-finanzierten Forschungsprogramms „Ice2sea“ durchgeführt. Es vereint Wissenschaftler aus 24 führenden Forschungsinstitutionen der Europäischen Union sowie aus Chile, Norwegen und Island. Gemeinsam wollen die Wissenschaftler die Wechselwirkungen zwischen Eis und Klima entschlüsseln und auf diese Weise genauere Vorhersagen über die Auswirkungen der Eisschmelze auf den Meeresspiegel ermöglichen.

Informationen zum Ice2sea-Projekt

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Klimawandelfolgen: Ozeanerwärmung lässt Seeelefanten bei der Jagd tiefer tauchen

Dienstag 21. Februar 2012 von birdfish

Die globale Erderwärmung wirkt sich auf das Tauchverhalten und die Nahrungssuche der Südlichen Seeelefanten aus.

Seeelefanten
Seeelefantenbullen warten am Strand auf das Ende des Haarwechsels – Foto: J. Plötz / AWI

Wie Forscher des Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft in einer gemeinsamen Studie mit Biologen und Ozeanographen der Universitäten von Pretoria und Kapstadt herausfanden, tauchen die Robben tiefer, wenn sie in wärmerem Wasser nach Beute jagen.

Die Wissenschaftler erklären dieses Verhalten mit dem Abwandern der Beutefische in größere Tiefen und wollen diese These nun mithilfe eines neuen Sensors überprüfen, der die Nahrungsaufnahme der Tiere unter Wasser registriert.

Die Südlichen Seeelefanten von Marion Island, einer Insel im südwestlichen Teil des Indischen Ozeans, sind im wahrsten Sinne des Wortes Extremtaucher. Die Tiere verbringen mehr als 65 Prozent ihrer Lebenszeit in Tiefen von über 100 Metern und tauchen dabei noch deutlich tiefer als Artgenossen aus südlicheren Revieren. Die maximale Tauchtiefe dieser Robben liegt bei über 2000 Metern. Die Wassermassen aber, welche die Seeelefanten von Marion Island bei ihrer Nahrungssuche durchschwimmen, werden im Zuge des Klimawandels zunehmend wärmer und zwingen die Tiere, tiefer zu tauchen. Der Südliche Ozean erwärmt sich vor allem in den Wasserschichten bis 1000 Metern Tiefe und damit in jenen Bereichen, in denen es eigentlich Kalmare oder auch Fische geben sollte. „Diese Beutetiere aber weichen vermutlich aufgrund der steigenden Wassertemperaturen in größere Tiefe aus, was die Robben zwingt, ihnen zu folgen“, sagt Dr. Horst Bornemann vom Alfred-Wegener-Institut.

Er und sein Kollege Dr. Joachim Plötz statteten gemeinsam mit Dr. Trevor McIntyre und anderen Robbenforschern vom südafrikanischen Mammal Research Institute (MRI) im Verlauf mehrerer Jahre über 30 Seeelefanten mit Satellitensendern aus. Diese faustgroßen Geräte werden den Robben unmittelbar nach dem Haarwechsel mit Kunstharz auf die Kopfpartie geklebt und zeichnen bei jedem Tauchgang der Tiere die Tauchtiefe, die Wassertemperatur und den Salzgehalt auf. Kommt das Tier anschließend zum Atmen wieder an die Meeresoberfläche, übertragen die Messgeräte ihre Daten via Satellit an die jeweiligen Forschungsinstitute. Die Ergebnisse zeigen, dass die Seeelefanten im wärmeren Wasser tiefer tauchen müssen, weshalb ihnen am Ende weniger Zeit für die eigentliche Nahrungssuche bleibt. „Wir gehen deshalb davon aus, dass die Tiere in wärmeren Wassermassen auch weniger Beute machen“, erklärt Joachim Plötz.

Um Beweise für diese These zu sammeln, reisen die Bremerhavener Wissenschaftler im April dieses Jahres wieder nach Marion Island. Diesmal wollen sie Tiere mit einem sogenannten Kieferschlag-Sensor ausstatten. Der Sensor wurde von japanischen Biologen am National Institute of Polar Research in Tokio entwickelt. Er ist kaum größer als ein kleiner Finger und vermerkt, wann immer die Robbe ihr Maul öffnet. „Bisher können wir am Tauchprofil nur ablesen, ob ein Seeelefant vermutlich gerade einen Fischschwarm verfolgt hat. Mit diesem neuen Messgerät erfahren wir, ob er auch tatsächlich gefressen hat“, sagt Joachim Plötz.

Mithilfe dieser Fress-Daten wollen die AWI-Biologen Rückschlüsse auf die räumliche und zeitliche Verteilung besonders produktiver Zonen im Südpolarmeer ziehen. „Die Nahrung im Meer ist ungleich verteilt. Nicht überall und zu jeder Zeit lohnt es sich für die Robben zu fischen. Anhand der neuen Daten werden wir hoffentlich sehen, auf welchen Routen die Seeelefanten von Marion Island aus wandern und in welchen Wasserschichten sie auf Nahrung stoßen“, sagt Horst Bornemann.

Für dieses Forschungsziel nehmen die Wissenschaftler auch tagelange Fußmärsche über die „Insel des waagerechten Regens“ in Kauf. „Die Seeelefanten von Marion Island sind sehr standorttreu. Sie kommen sowohl zum Haarwechsel als auch zur Fortpflanzung immer wieder zu dieser Insel zurück. Dieses Verhalten eröffnet uns die Chance, stets dieselben Tiere mit Messgeräten auszustatten und so Einblick in die Bewegungsmuster einzelner Tiere zu bekommen. Ihre Wander- und Tauchrouten wiederum helfen uns herauszufinden, wo sich die ozeanischen Nahrungsgründe der Seeelefanten von Marion Island befinden“, erklärt Joachim Plötz.

Inwieweit sich die Tiere dieses ziemlich weit im Norden gelegenen Seeelefanten-Bestandes auf die Ozeanerwärmung einstellen können, bleibt abzuwarten. Die Wissenschaftler aus Deutschland und Südafrika sehen für die Tiere nur zwei Alternativen: Entweder weiten die Robben ihre Jagdreviere bis in die kälteren Wassermassen der Antarktis aus oder sie müssen künftig noch tiefer tauchen. Die Seeelefanten von Marion Island gehen bei ihren Tauchgängen schon heute bis dicht an ihr physiologisches Limit. Eine Erkenntnis, welche die Biologen zu der Einschätzung kommen lässt, dass dieses Tieftauchverhalten die Überlebensrate der Robben langfristig verringern könnte.

Originalpublikation:
Fachmagazin Marine Ecology Progress Series, Trevor McIntyre, Isabelle J. Ansorge, Horst Bornemann, Joachim Plötz, Cheryl A. Tosh, Marthan N. Bester: Elephant seal dive behavior is influenced by ocean temperature: implications for climate change impacts on an ocean predator, Mar Ecol Prog Ser, Vol. 441: 257-272, 2011, doi:10.3354/meps09380

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Wanderalbatrosse: größte Vogelart ändert ihre Nahrungssuche durch den Klimawandel

Mittwoch 25. Januar 2012 von birdfish

Wanderalbatrosse haben ihre Nahrungssuche in den letzten Jahrzehnten den veränderten Windverhältnissen auf der Südhalbkugel angepasst.

Wanderalbatros
Wanderalbatros wird mit Sender bestückt – Foto: David Gremillet/CNRS

Die Luftströmungen dort haben an Intensität zugenommen und sich nach Süden verlagert. Dadurch ist das Futter für die Albatrosse schneller von den Brutkolonien aus erreichbar. Die Vögel verbringen somit jetzt weniger Zeit mit der Nahrungssuche. Zudem habe sich der Bruterfolg verbessert und die Tiere hätten in den letzten Jahrzehnten um durchschnittlich ein Kilogramm an Gewicht zugelegt, schreibt ein internationales Forscherteam in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins SCIENCE.

Diese positiven Folgen des Klimawandels könnten jedoch von kurzer Dauer sein, wenn die prognostizierten Klimaszenarien eintreten und sich die Windmuster der Antarktis weiter verschieben, warnen die Forscher.

Für ihre Studie hatten die Biologen Daten zur Dauer der Nahrungssuche und zum Bruterfolg der letzten 40 Jahre sowie zur Ernährung und Gewicht der letzten 20 Jahre von Wanderalbatrossen (Diomedea exulans) auf den Crozetinseln ausgewertet. Die Inselgruppe liegt zentral im südlichen Indischen Ozean – etwa in der Mitte zwischen Madagaskar und der Antarktis. Sie gehört zu den Französischen Antarktisgebieten und befindet sich im stürmischsten Teil des Südpolarmeeres. Die neuen Erkenntnisse sind Ergebnis einer Zusammenarbeit des französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (CEBC-CNRS) und des deutschen Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ).

Dank miniaturisierter Tracking-Geräte konnten die Forscher die Nahrungssuche der Albatrosse im Umkreis von bis zu 3500 Kilometern um die Brutkolonie verfolgen. Dabei zeigte sich, dass sich die Nahrungssuche mit den Windverhältnissen in den letzten zwei Jahrzehnten verändert hat. Im Durchschnitt fliegen die Wanderalbatrosse jetzt schneller als in den 1990er Jahren in weiter südwärts. „Das führt dazu, dass sie schneller Nahrung aufnehmen können, kürzer in der Luft sind und damit eher am Nest zurück sind. Dadurch hat sich der Bruterfolg verbessert“, erklärt Dr. Henri Weimerskirch vom französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (CEBC-CNRS). Überrascht waren die Forscher, dass die Weibchen und Männchen in den letzten zwei Jahrzehnten durchschnittlich ein Kilo zugenommen haben, was rund einem Zehntel des Körpergewichts entspricht. Dies könnte nicht nur ein Resultat des häufigeren Wechselns beim Brüten und Füttern sein, sondern auch eine Anpassung an den Klimawandel: Mit zunehmenden Gewicht können die Vögel besser mit Sturm umgehen.

“Die Population der Wanderalbatrosse ist auf den Crozetinseln durch die Langleinenfischerei in den nördlicheren Gewässern zurückgegangen. Früher sind viele Weibchen an den kilometerlange Leinen mit Fischköder umgekommen”, berichtet Dr. Maite Louzao Arsuaga, die vom 2009 bis 2011 am UFZ an der Modellierung der Albatrossflugbewegungen geforscht hat. “Durch die veränderten Windverhältnisse suchen die Weibchen jetzt aber zunehmend im Süden nach Nahrung, wo diese Art der Fischerei bisher nicht so verbreitet ist. Dadurch hat sich die Population leicht erholt.” Allerdings rechnen Klimaszenarien für 2080 damit, dass sich die Westwinde noch weiter in Richtung Südpol verschieben werden. Dann müssten die Wanderalbatrosse wieder weiter fliegen, um optimale Segelbedingungen zu finden. Ob die Erholung der Population lange anhält, ist daher fraglich.

Die Gesamtpopulation des Wanderalbatros wird weltweit auf rund 8.000 Brutpaare geschätzt. Bei allen Populationen wurde in den letzten 25 Jahre ein teilweiser Rückgang registriert. Die Art ist hauptsächlich durch Beifang bei der Langleinenfischerei gefährdet. Aber auch das Einschleppen fremder Arten wie Ratten oder Katzen bedrohen die Brutkolonien. Daher ist es wichtig, die Monitoringprogramme zur Bestandsentwicklung auf dem Meer fortzusetzen sowie wirksame Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Dass sich der Lebensraum der Wanderalbatrosse über den Zuständigkeitsbereich mehrerer regionaler Fischerei-Managementorganisationen erstreckt, erschwert den Schutz der bedrohten Art zusätzlich.

Der Wanderalbatros fasziniert die Menschen seit Jahrhunderten: Mit einer Flügelspannweite von über drei Metern ist er der größte Seevogel der Welt und übertrifft in der Spannweite knapp den Andenkondor (Vultur gryphus). Die eleganten Segler, die die meiste Zeit ihres Lebens in der Luft verbringen, brüten auf Inseln im antarktischen Ozean. Auf der Suche nach Fischen und Kopffüßern wie Tintenfischen legen sie tausende Kilometer zurück. Oft folgen sie dabei Schiffen und ernähren sich auch vom Abfall. Das Gefieder der Wanderalbatrosse wird mit zunehmendem Alter schneeweiß. Bis zu 55 Jahre wurden die ältesten bekannten Wanderalbatrosse. Da die Aufzucht der Jungen ein ganzes Jahr dauert, brüten sie nur jedes zweite Jahr.

Zusätzlich zu den Ergebnissen, die jetzt in SCIENCE publiziert wurden, hat das internationale Forscherteam in einem Artikel im Journal of Applied Ecology besonders wichtige Gebiete für den Schutz dieser Art identifiziert. Diese Studie stellt Karten zur Verfügung, die zur Entwicklung eines künftigen Netzwerkes von Schutzzonen genutzt werden können und auf statistischen Modellen für die geeigneten Lebensräume dieser Indikatorart beruhen. “Weil die Art keine natürlichen Feinde hat und an der Spitze der Nahrungskette steht, eignet sie sich besonders gut als Indikator für den Zustand der marinen Ökosysteme“, sagt Dr. Thorsten Wiegand vom UFZ, der die Arbeit von Maite Louzao betreut hat. „Das könnte nicht nur helfen, eine einzelne Art, sondern das ganze Ökosystem Südpolarmeer zu schützen. Außerdem zeigt das Beispiel, dass die von uns entwickelten Methoden zur Modellierung von Lebensräumen breit anwendbar sind und auch für Szenarien des globalen Wandels genutzt werden können.“
Tilo Arnhold

Publikationen:

Henri Weimerskirch, Maite Louzao, Sophie de Grissac, Karine Delord (2012): Changes in Wind Pattern Alter Albatross Distribution and Life-History Traits. SCIENCE. 335: 221. 13 January 2012

Louzao, M., Pinaud, D., Péron, C., Delord, K., Wiegand, T., Weimerskirch, H. (2011): Conserving pelagic habitats: seascape modelling of an oceanic top predator. J. Appl. Ecol. 48 (1), 121 – 132

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Antarktis-Forschungsstation Neumayer wird nun offizielle Klimabeobachtungsstation

Donnerstag 12. Januar 2012 von birdfish

Das meteorologische Observatorium an der antarktischen Neumayer-Station III gilt von nun an ganz offiziell als Klimabeobachtungsstation.

Neumayerstation
Messungen an Neumayer-Station – Foto: Karolina Weber / AWI

Seit 30 Jahren messen die Meteorologen des Alfred-Wegener-Institutes für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft täglich die Lufttemperatur in der Antarktis. Ein Ergebnis der Langzeitforschung: An der Neumayer-Station ist es in den vergangenen drei Jahrzehnten nicht wärmer geworden.

Klima wird von der Welt-Meteorologie-Organisation der Vereinten Nationen (WMO) als Mittel über einen Zeitraum von 30 Jahren definiert. Diese Jahresmarke hat das meteorologische Observatorium an der antarktischen Forschungsstation Neumayer III jetzt erreicht. Es gilt von nun an auch ganz offiziell als WMO-Klimabeobachtungsstation. „Im Jahr 1982 ist es uns zum ersten Mal gelungen, an allen Tagen des Jahres die Lufttemperatur zu messen. Heute, 30 Jahre später, erfasst unser Observatorium automatisch alle drei Stunden die Lufttemperatur, den Luftdruck, die Windgeschwindigkeit und andere Wetterdaten. Sie werden nach jeder Messung kodiert und per Email an andere Forschungsstationen in der Antarktis sowie an das globale Datennetz der Wetterdienste übertragen. Auf diese Weise helfen unsere Messwerte zum Beispiel, die Wettervorhersagen zu verbessern“, sagt der Meteorologe und wissenschaftliche Leiter des Observatoriums Dr. Gert König-Langlo.

Um verlässliche Temperaturdaten erheben zu können, setzen die Meteorologen des Alfred-Wegener-Institutes auf ein Thermometer der besonderen Art. Dabei handelt es sich um einen vor Sonnenstrahlung geschützten, temperatur-empfindlichen Platindraht. Er ist in zwei Metern Höhe am Observatoriumsturm angebracht, wird bei jeder Messung mit Umgebungsluft umwirbelt und von einem Computer ausgelesen. „Die Stabilität dieses Messsystems überprüfen wir regelmäßig mit Eichthermometern“, erklärt Gert König-Langlo.

Auf diese Weise ist im Laufe der Zeit ein aussagekräftiger Datensatz entstanden. „An der Station war es in den vergangenen 30 Jahren im Jahresmittel minus 16,0 Grad Celsius kalt. Das Jahr 1996 gilt mit einer Durchschnittstemperatur von minus 14,3 Grad Celsius als das wärmste Jahr der vergangenen drei Jahrzehnte, das Jahr 2000 mit minus 17,8 Grad Celsius als das kälteste“, sagt Gert König-Langlo.

Gleichzeitig belegen die Messungen, dass es an der Forschungsstation auf dem Ekström-Schelfeis nicht wärmer geworden ist – ganz im Gegensatz zur Antarktischen Halbinsel. Dafür haben jedoch die Sonnenscheindauer und der Luftdruck an der Neumayer-Station deutlich zugenommen. „Unsere Wetterdaten zeigen, dass jener Teil der Antarktis, in dem unsere Station steht, häufiger unter Hochdruckeinfluss gerät. Wir haben also immer häufiger einen wolkenfreien Himmel. Und wo in polaren Regionen die Wolkendecke fehlt, wird Wärme ungehindert abgestrahlt und die unteren Luftschichten kühlen aus“, erläutert Gert König-Langlo.

Diese Entwicklung sei jedoch eine regionale Veränderung und die Messwerte von der Neumayer-Station III keinesfalls repräsentativ für die globalen Klimaveränderungen. „Nur im Zentrum der Antarktis ist es nicht wärmer geworden. An der Antarktischen Halbinsel dagegen ist die Durchschnittstemperatur um bis zu drei Grad Celsius angestiegen. Eine ähnliche Erwärmung beobachten wir auch in der Arktis“, sagt Gert König-Langlo.

Warum sich die Temperaturkurve von der Neumayer-Station so deutlich von jenen der Forschungsstationen auf der Antarktischen Halbinsel unterscheidet, sei noch Gegenstand aktueller Forschung. „Weitere Messungen und Forschungsanstrengungen sind notwendig, um diesen Sachverhalt zu klären“, sagt Gert König-Langlo.

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Tauen des Permafrostbodens in Sibirien ist nicht durch den Klimawandel bedingt

Montag 5. Dezember 2011 von birdfish

Hohe Methankonzentrationen in sibirischen Küstengewässern, die auf tauende Permafrostböden zurückgeführt wurden, machten 2010 weltweit Schlagzeilen.

Laptev-See
Hohe Methan-Konzentration in Laptev-See – Foto: T. Klagge / IFM-GEOMAR

Eine Studie deutscher, kanadischer und russischer Wissenschaftler unter Leitung des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) zeigt jedoch, dass in diesem Fall nicht der aktuelle Klimawandel schuld ist. Die Studie ist in der internationalen Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research – Oceans“ erschienen.

Die globale Erwärmung birgt viele Gefahren. Dazu gehört auch das mögliche Auftauen von Permafrostböden in der Arktis. Methan, das bisher im Permafrost gebunden war, könnte in die Atmosphäre gelangen und als effektives Treibhausgas die Erwärmung der Atmosphäre weiter beschleunigen, so die Befürchtung. Tatsächlich belegten wissenschaftliche Studien in den vergangenen Jahren hohe Methankonzentrationen in den flachen Küstenmeeren Ostsibiriens. Der Schluss lag nahe, dass der Permafrost im Meeresboden bereits abtaut und Methan ins Wasser entlässt. Wissenschaftler des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) haben zusammen mit Kollegen aus Russland und Kanada diese Vermutung überprüft. Ihr Ergebnis: „Die Methankonzentrationen vor den sibirischen Küsten sind keine Folge der aktuellen Klimaerwärmung, sondern Spätfolgen einer Klimaveränderung, die vor etwa 10.000 Jahren begann“, erklärt Dr. Igor Dmitrenko vom IFM-GEOMAR. Er ist Erstautor der Studie, die in der internationalen Fachzeitschrift „Journal of Geophysical Research – Oceans“ erschienen ist.

Für ihre Studie nutzten die Wissenschaftler unter anderem hydrographische und meteorologische Daten des Staatlichen Instituts für Arktis und Antarktisforschung (AARI) Russlands, die bis ins Jahr 1920 zurückreichen. Sie ergänzten diesen umfangreichen Datensatz mit neueren Messungen, die zwischen 1993 und 2009 im Rahmen des deutsch-russischen Projektes „System Laptev-See“ in den ostsibirischen Schelfgebieten gewonnen wurden. „Tatsächlich zeigen diese Daten eine deutliche Erwärmung der unteren bodennahen Wasserschichten von 2,1 Grad Celsius seit Mitte der 1980er Jahre“, sagt Dr. Dmitrenko. Diese Ergebnisse verbanden die Forscher mit Modellrechnungen zur Entwicklung des Permafrostbodens. Dabei fanden sie heraus, dass der angenommene Tauprozess im unterseeischen Permafrost nicht mit dem aktuellen Temperaturanstieg erklärt werden kann.

Gebildet haben sich die Permafrostböden während der Eiszeiten, als der heutige Meeresboden der sibirischen Schelfgebiete noch Land war. Erst vor rund 8500 Jahren wurden sie am Ende der jüngsten Eiszeit überschwemmt. Damals stieg die Temperatur im Boden von durchschnittlich minus 13,5 Grad Celsius auf nur noch minus 1,5 Grad Celsius „Das war der radikalste Temperaturwechsel seitdem“, betont Dr. Dmitrenko. Die Modellrechnungen zeigen, dass damals ein sehr langsamer Tauprozess begonnen hat, der bis heute anhält. „Die hohen Methankonzentrationen im Wasser der sibirischen Schelfgebiete sind also wahrscheinlich keine Folge des jüngsten Temperaturanstieges in der Arktis, sondern Spätfolgen der Erwärmung am Ende der Eiszeit“, so Dmitrenko.

Bis der aktuelle, von Menschen verursachte Klimawandel die unterseeischen Permafrostböden erreicht, kann noch viel Zeit vergehen. „Die dicken Sedimentschichten, die sich in den vergangenen Jahrtausenden auf dem Meeresboden abgelagert haben, sind eine gute Isolierschicht“, erklärt der Meereswissenschaftler. Wie lange sie hält, ist schwer zu ermitteln. „Das hängt von sehr vielen Faktoren ab, deshalb sind das eher spekulative Werte.“ Entwarnung in Sachen Klimawandel will Dmitrenko trotzdem nicht geben: „Erstens gelten unsere Ergebnisse nicht für Permafrostböden an Land. Und zweitens haben die von uns nachgewiesenen Temperaturerhöhungen im arktischen Ozean andere gravierende Auswirkungen auf das Klimasystem und die Ökologie der Arktis.“

Originalpublikation
Dmitrenko, I. A., S. A. Kirillov, L. B. Tremblay, H. Kassens, O. A. Anisimov, S. A. Lavrov, S. O. Razumov, M. N. Grigoriev. (2011:), Recent changes in shelf hydrography in the Siberian Arctic: Potential for subsea permafrost instability. J. Geophys. Res., 116, C10027, http://dx.doi.org/10.1029/2011JC007218

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Nord-Süd-Kontrast: Luftverschmutzung und Vulkanasche lassen Wolken stärker vereisen

Montag 21. November 2011 von birdfish

In Wolken auf der Nordhalbkugel der Erde bildet sich Eis bei viel höheren Temperaturen als in Wolken auf der Südhalbkugel.

Vulkan Eyjafjallajökull
Vulkan Eyjafjallajökull brachte nach Ausbruch 2010 den europäischen Luftverkehr zum Stillstand – Foto: Tilo Arnhold / IfT

Das geht aus Laser-gestützten Untersuchungen am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (IfT), an der Magellan-Universität in Chile, der Stellenbosch-Universität in Südafrika und während transatlantischer Überfahrten des Forschungsschiffs Polarstern hervor. Die Studie dokumentiere die Bedeutung von Partikeln bei der Eisbildung in flachen Wolkenschichten der nördlichen Hemisphäre, schreiben die Forscher im Fachblatt Geophysical Research Letters. Auch die höhere Luftverschmutzung auf der Nordhalbkugel steht im Verdacht, zu dem gefundenen Effekt beigetragen zu haben. Partikel aus Vulkanasche haben ebenfalls starken Einfluss auf die Eisbildung in Wolken. Das konnten die IfT-Forscher zusammen mit der Ludwig-Maximilians-Universität München in einer zweiten Studie nachweisen, für die Daten vom Ausbruch des Eyjafjallajökull-Vulkans auf Island im April 2010 ausgewertet wurden und die nun im Fachblatt Journal of Geophysical Research veröffentlicht wurde.

Um die hemisphärischen Unterschiede in den Wolkeneigenschaften zwischen Nord- und Südhalbkugel der Erde zu untersuchen, nutzten die Leipziger Wissenschaftler 2009 und 2010 die An- und Abreise des Forschungsschiffs Polarstern in die Antarktis, um die auf die in dieser Zeit gesammelten Daten mit einem bestehenden Wolkendatensatz aus Leipzig zu vergleichen. Auf den Fahrten nach Punta Arenas in Chile und Kapstadt in Südafrika konnten sie dabei die Wolkenbildung mittels Laser beobachten. Ein am IfT entwickeltes LIDAR-System sendet dazu Laserimpulse mit Wellenlängen von 355, 532 und 1064 Nanometern aus, die von in der Atmosphäre schwebenden Partikeln reflektiert werden. Durch die Drehung der Schwingungsrichtung des Laserlichts, der sogenannten Depolarisation, lässt sich der Aggregatszustand der Wolken bestimmen. Beim Vergleich mit den Messungen über Leipzig zeigte sich ein starker Unterschied in der Häufigkeit Eis enthaltender Wolken.

In Mitteleuropa bilden bereits rund 70 Prozent der Wolken bei Temperaturen um -18 Grad Celsius Eis. Im Süden Chiles und in Südafrika sind es hingegen nur 20 bzw. 35 Prozent. Ursache für einen derartigen Kontrast ist höchstwahrscheinlich die größere Anzahl und größere Vielfalt an in der Luft schwebenden Aerosolpartikeln, sogenannten Eiskeimen, auf der Nordhalbkugel, die Voraussetzung sind, dass sich Eis in Wassertropfen zwischen -40 und 0 Grad Celsius bilden kann. Die Partikel bestehen hauptsächlich aus Mineralstaub, Ruß und feiner Asche, deren Quellen die zahlreichen Wüsten und Waldbrände sind, aber auch die stärkere Luftverschmutzung durch den Menschen kann eine mögliche Ursache sein. “Verglichen mit der verschmutzten Atmosphäre auf der Nordhalbkugel ist die Luft über Punta Arenas am Rande der Antarktis regelrecht sauber. Die größte Stadt an der Südspitze Amerikas liegt mitten im antarktischen Tiefdruckgürtel. Die meiste Zeit des Jahres kommt die Luft daher aus Westen direkt vom Pazifik”, erklärt Thomas Kanitz, Doktorand am IfT.

Dass kleinste Aersolpartikel als Keime für die Wolkentropfenkondensation und die Eisbildung dienen und damit die Wolkenentstehung stark beeinflussen, ist schon lange bekannt. Reine, partikelfreie Wolkentropfen würden normalerweise erst bei etwa -40 Grad Celsius gefrieren. Diese Temperatur kann durch Kontakt mit wasserunlöslichen Partikeln und zum Teil auch durch bestimmte Bakterienarten wesentlich erhöht werden. Unklar ist jedoch immer noch, wie groß dieser Partikeleinfluss im Vergleich zu meterologischen Faktoren ist und ob die globalen Modelle, die Aussagen über künftige Klimaveränderungen machen, diesen Einfluss korrekt wiedergeben. Verbunden damit ist auch die Frage, ob sich die Wolken- und somit die Niederschlagsbildung in Regionen mit starker Luftverschmutzung von Regionen mit geringerer Luftverschmutzung unterscheidet. In den mittleren Breiten der Nordhalbkugel ist die freie Troposphäre zwischen zwei und zwölf Kilometern Höhe durch Aerosolpartikel aus vom Menschen verursachter Luftverschmutzung, Wüstenstaub und Biomasseverbrennung geprägt. In den mittleren Breiten der Südhalbkugel fehlen diese Partikel größtenteils, weil dort mehr Ozeane und wesentlich weniger Industrie, Waldgebiete und Wüsten zu finden sind.

Auch Vulkanausbrüche haben einen Einfluss auf die Eisbildung in Wolken. Mit Hilfe von zwei LIDAR-Systemen untersuchten Forscher vom IfT Leipzig und der Ludwig-Maximilians-Universität München während des Ausbruchs des Eyjafjallajökull-Vulkans auf Island im April 2010 die Wirkung der Aschepartikel auf die Wolkenvereisung über Leipzig und Maisach bei München. Dabei zeigte sich, dass es in allen von der Vulkanasche beeinflussten Wolken bereits zur Eisbildung gekommen ist, sobald deren Temperatur unter -15 Grad Celsius betragen hat. „Befindet sich Vulkanasche in der Atmosphäre, dann kann sich offenbar in jeder Höhe bei relativ hohen Temperaturen Eis bilden sobald ausreichend Feuchtigkeit verfügbar ist“, berichtet Dr. Patric Seifert, Wissenschaftler am IfT. Ohne Vulkanasche entsteht Eis an der Wolkenoberkante jedoch oft erst bei -25 Grad Celsius.

Originalpublikationen

Kanitz, T., P. Seifert, A. Ansmann, R. Engelmann, D. Althausen, C. Casiccia, and E. G. Rohwer (2011), Contrasting the impact of aerosols at northern and southern midlatitudes on heterogeneous ice formation, Geophys. Res. Lett., 38, L17802, doi:10.1029/2011GL048532.

Seifert, P., et al. (2011), Ice formation in ash-influenced clouds after the eruption of the Eyjafjallajökull volcano in April 2010, J. Geophys. Res., Vol. 116, D00U04, 14 PP., doi:10.1029/2011JD015702.

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