Karte von Grönland mit Temperaturänderungen. Bildnachweis: ESA. Klicken um zu vergrößern.
Forscher haben Daten von Radarhöhenmessern auf ERS-Satelliten der ESA im Wert von mehr als einem Jahrzehnt verwendet, um das bisher detaillierteste Bild von Dickenänderungen im grönländischen Eisschild zu erhalten.
Ein norwegisch geführtes Team verwendete die ERS-Daten, um Höhenänderungen in der grönländischen Eisdecke von 1992 bis 2003 zu messen. Dabei wurde ein jüngstes Wachstum der Innenabschnitte festgestellt, das während des Untersuchungszeitraums auf etwa sechs Zentimeter pro Jahr geschätzt wurde. Die Forschung soll im November im Science Magazine veröffentlicht werden, nachdem sie am 20. Oktober im Online-Science Express veröffentlicht wurde.
ERS-Radarhöhenmesser senden 1800 separate Radarimpulse pro Sekunde auf die Erde und zeichnen dann auf, wie lange ihre Echos brauchen, um 800 Kilometer zur Satellitenplattform zurückzuspringen. Der Sensor misst die Reise seiner Impulse bis unter eine Nanosekunde, um die Entfernung zum darunter liegenden Planeten mit einer maximalen Genauigkeit von zwei Zentimetern zu berechnen.
Die ESA hat seit Juli 1991, als ERS-1 gestartet wurde, mindestens einen funktionierenden Radarhöhenmesser in der polaren Umlaufbahn. Das erste Erdbeobachtungsraumschiff der ESA wurde im April 1995 von ERS-2 und im März 2002 von dem zehn Instrumente umfassenden Satelliten Envisat unterstützt.
Das Ergebnis ist ein wissenschaftlich wertvoller Langzeitdatensatz, der die Ozeane und das Land der Erde sowie die Eisfelder abdeckt. Er kann verwendet werden, um die Unsicherheit darüber zu verringern, ob die Landeisdecke wächst oder schrumpft, wenn die Besorgnis über die Auswirkungen der globalen Erwärmung zunimmt.
Die Eisdecke der größten Insel der Erde, Grönland, hat eine Fläche von 1 833 900 Quadratkilometern und eine durchschnittliche Dicke von 2,3 Kilometern. Es ist die zweitgrößte Konzentration an gefrorenem Süßwasser auf der Erde und würde bei einem vollständigen Schmelzen des globalen Meeresspiegels um bis zu sieben Meter ansteigen.
Der Zufluss von Süßwasser in den Nordatlantik aufgrund einer Zunahme des Schmelzens aus dem grönländischen Eisschild könnte auch den Golfstrom schwächen und möglicherweise das Klima Nordeuropas und der Welt ernsthaft beeinträchtigen.
Die Bemühungen, Änderungen der grönländischen Eisdecke mithilfe von Feldbeobachtungen, Flugzeugen und Satelliten zu messen, haben die wissenschaftlichen Erkenntnisse im letzten Jahrzehnt verbessert, es gibt jedoch noch keine Konsensbewertung der Gesamtmassenbilanz der Eisdecke. Es gibt jedoch Hinweise auf Schmelzen und Ausdünnen in den Küstenrandgebieten in den letzten Jahren sowie Hinweise darauf, dass große grönländische Auslassgletscher möglicherweise aufgrund von Klimaschwankungen ansteigen können.
Viel weniger bekannt sind Veränderungen im weiten erhöhten Innenbereich der Eisdecke. Daher ein internationales Wissenschaftlerteam - vom norwegischen Nansen Umwelt- und Fernerkundungszentrum (NERSC), dem Mohn-Sverdrup-Zentrum für globale Ozeanstudien und operationelle Ozeanographie und dem Bjerknes-Zentrum für Klimaforschung, dem russischen Nansen Umwelt- und Fernerkundungszentrum und den USA 'Forschungszentrum für Umweltsystemanalyse - waren gezwungen, den längsten kontinuierlichen Datensatz von Satellitenhöhenmesser-Beobachtungen der Höhen der grönländischen Eisdecke abzuleiten und zu analysieren.
Durch die Kombination von mehreren zehn Millionen Datenpunkten aus ERS-1 und ERS-2 bestimmte das Team räumliche Muster von Variationen und Änderungen der Oberflächenhöhe über einen Zeitraum von 11 Jahren.
Das Ergebnis ist ein gemischtes Bild mit einer Nettozunahme von 6,4 Zentimetern pro Jahr im Innenbereich über 1500 Metern Höhe. Unterhalb dieser Höhe beträgt die Höhenänderungsrate minus 2,0 cm pro Jahr, was weitgehend der gemeldeten Ausdünnung der Eisschildränder entspricht. Der Trend unter 1500 Metern schließt jedoch nicht die steil abfallenden Randbereiche ein, in denen aktuelle Höhenmesserdaten unbrauchbar sind.
Die räumlich gemittelte Zunahme beträgt 5,4 cm pro Jahr über dem Untersuchungsgebiet, wenn die Anhebung des Grundgesteins unter der Eisdecke nach der Eiszeit korrigiert wird. Diese Ergebnisse sind bemerkenswert, da sie im Gegensatz zu früheren wissenschaftlichen Erkenntnissen über das Gleichgewicht im grönländischen Hocheis stehen.
Das Team unter der Leitung von Professor Ola M. Johannessen vom NERSC führt dieses innere Wachstum der grönländischen Eisdecke auf einen erhöhten Schneefall zurück, der mit der Variabilität der regionalen atmosphärischen Zirkulation verbunden ist, die als North Atlantic Oscillation (NAO) bekannt ist. Die NAO wurde erstmals in den 1920er Jahren entdeckt und verhält sich ähnlich wie das El Niño-Phänomen im Pazifik und trägt zu Klimaschwankungen im Nordatlantik und in Europa bei.
Im Vergleich ihrer Daten mit einem Index des NAO stellten die Forscher eine direkte Beziehung zwischen der Höhenänderung der grönländischen Eisdecke und starken positiven und negativen Phasen des NAO im Winter fest, die weitgehend die Temperatur- und Niederschlagsmuster über Grönland steuern.
Professor Johannessen kommentierte: „Diese starke negative Korrelation zwischen Änderungen der Winterhöhe und dem NAO-Index deutet auf eine unterschätzte Rolle der Wintersaison und der NAO für Höhenänderungen hin - eine Wildcard in den Massenbilanzszenarien der grönländischen Eisdecke unter der globalen Erwärmung.“
Er warnte davor, dass das jüngste Wachstum der Radaraltimetrie-Umfrage nicht unbedingt einen langfristigen oder zukünftigen Trend widerspiegelt. Da die natürliche Variabilität des Klimazyklus mit hohen Breitengraden, zu dem auch die NAO gehört, sehr groß ist, bleibt selbst ein 11 Jahre langer Datensatz kurz.
„Es besteht eindeutig die Notwendigkeit, die Überwachung mithilfe neuer Satellitenhöhenmesser und anderer Beobachtungen sowie numerischer Modelle zur Berechnung des Massenbudgets der grönländischen Eisdecke fortzusetzen“, fügte Johannessen hinzu.
Modellstudien der Massenbilanz der grönländischen Eisdecke unter der globalen Erwärmung des Gewächshauses haben gezeigt, dass Temperaturerhöhungen auf etwa 3 ° C zu positiven Änderungen der Massenbilanz in hohen Lagen führen - aufgrund von Schneeansammlungen - und negativ in niedrigen Lagen - aufgrund von Schneeschmelze, die die Ansammlung übersteigt.
Solche Modelle stimmen mit den neuen Beobachtungsergebnissen überein. Wenn diese Schwelle jedoch erreicht ist, möglicherweise innerhalb der nächsten hundert Jahre, würden die Schmelzverluste die Akkumulation aufgrund des zunehmenden Schneefalls übersteigen - dann würde der Zusammenbruch der grönländischen Eisdecke beginnen.
In einem im Juni dieses Jahres in Science veröffentlichten Artikel wurden die Ergebnisse einer ähnlichen Analyse der Eisdecke der Antarktis auf der Grundlage von ERS-Radarhöhenmesserdaten detailliert beschrieben, die von einem Team unter der Leitung von Professor Curt Davis von der University of Missouri-Columbia durchgeführt wurde.
Die Ergebnisse zeigten eine Verdickung in der Ostantarktis in der Größenordnung von 1,8 cm pro Jahr, jedoch eine Ausdünnung in einem wesentlichen Teil der Westantarktis. Für einen Großteil der Antarktischen Halbinsel waren keine Daten verfügbar, da die Eisdecke aufgrund der regionalen Klimaerwärmung in jüngster Zeit dünner wurde, was wiederum auf Einschränkungen der aktuellen Leistung des Radarhöhenmessers zurückzuführen war.
Die CryoSat-Mission der ESA, die beim Start am 8. Oktober verloren ging, enthielt den weltweit ersten Radarhöhenmesser, der speziell für den Einsatz über Land und Meereis gebaut wurde. Im Zusammenhang mit Landeisplatten wäre CryoSat in der Lage gewesen, Daten über steil abfallende Eisränder zu erfassen, die für aktuelle Radarhöhenmesser unsichtbar bleiben - genau dies sind die Regionen, in denen der größte Verlust stattfindet.
Derzeit werden Anstrengungen unternommen, um die Möglichkeit des Baus und Fliegens eines CryoSat-2 zu untersuchen. Die Entscheidung soll bis Ende des Jahres getroffen werden. In der Zwischenzeit wird die von ERS und Envisat erstellte wertvolle klimatologische Aufzeichnung des Eisschildwechsels weiter ausgebaut.
Originalquelle: ESA-Pressemitteilung
