Unter der Eisdecke der Antarktis liegt ein Kontinent, der von Flüssen und Seen bedeckt ist, von denen der größte die Größe des Eriesees hat. Im Laufe eines regulären Jahres schmilzt die Eisdecke und gefriert wieder, wodurch sich die Seen und Flüsse regelmäßig füllen und schnell aus dem Schmelzwasser abfließen. Dieser Vorgang erleichtert es der gefrorenen Oberfläche der Antarktis, herumzurutschen und an einigen Stellen um bis zu 6 Meter zu steigen und zu fallen.
Laut einer neuen Studie, die von Forschern des Jet Propulsion Laboratory der NASA durchgeführt wurde, befindet sich unter dem als Marie Byrd Land bekannten Gebiet möglicherweise eine Mantelwolke. Das Vorhandensein dieser geothermischen Wärmequelle könnte einen Teil des Schmelzens erklären, das unter dem Blech stattfindet, und warum es heute instabil ist. Dies könnte auch dazu beitragen, zu erklären, wie das Blatt in früheren Perioden des Klimawandels in der Vergangenheit schnell zusammengebrochen ist.
Die Studie mit dem Titel „Einfluss einer Mantelwolke aus der Westantarktis auf die Grundbedingungen der Eisdecke“ erschien kürzlich in der Journal of Geophysical Research: Feste Erde. Das Forschungsteam wurde von Helene Seroussi vom Jet Propulsion Laboratory mit Unterstützung von Forschern des Instituts für Erd- und Planetenwissenschaften der Washington University und des Alfred-Wegener-Instituts des Helmholtz-Zentrums für Polar- und Meeresforschung in Deutschland geleitet.
Die Bewegung der Eisdecke der Antarktis im Laufe der Zeit war für Erdwissenschaftler schon immer von Interesse. Durch die Messung der Geschwindigkeit, mit der die Eisdecke steigt und fällt, können Wissenschaftler abschätzen, wo und wie viel Wasser an der Basis schmilzt. Aufgrund dieser Messungen begannen die Wissenschaftler zunächst über das Vorhandensein von Wärmequellen unter der gefrorenen Oberfläche der Antarktis zu spekulieren.
Der Vorschlag, dass unter Marie Byrd Land eine Mantelwolke existiert, wurde vor 30 Jahren von Wesley E. LeMasurier, einem Wissenschaftler der University of Colorado Denver, erstmals gemacht. Nach seinen Untersuchungen war dies eine mögliche Erklärung für die regionale vulkanische Aktivität und ein topografisches Kuppelmerkmal. Erst in jüngerer Zeit lieferten seismische Bildgebungsuntersuchungen Belege für diese Mantelwolke.
Direkte Messungen der Region unter Marie Byrd Land sind derzeit jedoch nicht möglich. Deshalb verließen sich Seroussi und Erik Ivins von der JPL auf das Ice Sheet System Model (ISSM), um die Existenz der Wolke zu bestätigen. Dieses Modell ist im Wesentlichen eine numerische Darstellung der Physik der Eisdecke, die von Wissenschaftlern des JPL und der University of California, Irvine, entwickelt wurde.
Um sicherzustellen, dass das Modell realistisch war, stützten sich Seroussi und ihr Team auf Beobachtungen von Höhenänderungen der Eisdecke, die im Laufe vieler Jahre vorgenommen wurden. Diese wurden vom ICESat (Ice, Clouds and Land Elevation Satellite) der NASA und ihrer luftgestützten Operation IceBridge-Kampagne durchgeführt. Diese Missionen messen seit Jahren die Eisdecke der Antarktis, was zur Erstellung sehr genauer dreidimensionaler Höhenkarten geführt hat.
Seroussi erweiterte das ISSM auch um natürliche Wärme- und Wärmetransportquellen, die zu Gefrieren, Schmelzen, flüssigem Wasser, Reibung und anderen Prozessen führen. Diese kombinierten Daten schränkten die zulässigen Schmelzraten in der Antarktis stark ein und ermöglichten es dem Team, Dutzende von Simulationen durchzuführen und eine Vielzahl möglicher Stellen für die Mantelwolke zu testen.
Sie fanden heraus, dass der durch die Mantelwolke verursachte Wärmefluss nicht mehr als 150 Milliwatt pro Quadratmeter überschreiten würde. Im Vergleich dazu erfahren Regionen, in denen es keine vulkanische Aktivität gibt, typischerweise einen Leistungsfluss zwischen 40 und 60 Milliwatt, während geothermische Hotspots - wie die im Yellowstone-Nationalpark - durchschnittlich etwa 200 Milliwatt pro Quadratmeter aufweisen.
Bei Simulationen mit mehr als 150 Millwatt pro Quadratmeter war die Schmelzrate im Vergleich zu den weltraumgestützten Daten zu hoch. Außer an einem Ort, der sich im Landesinneren des Rossmeeres befand und bekanntermaßen intensive Wasserflüsse aufweist. Dieser Bereich erforderte einen Wärmestrom von mindestens 150 bis 180 Milliwatt pro Quadratmeter, um mit den beobachteten Schmelzraten übereinzustimmen.
In dieser Region hat die seismische Bildgebung auch gezeigt, dass die Erwärmung durch einen Riss im Erdmantel die Eisdecke erreichen kann. Auch dies steht im Einklang mit einer Mantelwolke, bei der es sich vermutlich um schmale Ströme heißen Magmas handelt, die durch den Erdmantel aufsteigen und sich unter der Kruste ausbreiten. Dieses viskose Magma steigt dann unter der Kruste auf und bewirkt, dass es sich nach oben wölbt.
Wenn Eis über der Wolke liegt, überträgt dieser Prozess Wärme auf die Eisdecke und löst ein erhebliches Schmelzen und Abfließen aus. Am Ende liefern Seroussi und ihre Kollegen überzeugende Beweise - basierend auf einer Kombination von Oberflächen- und seismischen Daten - für eine Oberflächenfahne unter der Eisdecke der Westantarktis. Sie schätzen auch, dass sich diese Mantelwolke vor etwa 50 bis 110 Millionen Jahren gebildet hat, lange bevor die Eisdecke der Westantarktis entstand.
Vor ungefähr 11.000 Jahren, als die letzte Eiszeit endete, erlebte die Eisdecke eine Zeit schnellen, anhaltenden Eisverlustes. Als sich die globalen Wetterbedingungen und der steigende Meeresspiegel zu ändern begannen, wurde warmes Wasser näher an die Eisdecke gedrückt. Die Studie von Seroussi und Irvins legt nahe, dass die Mantelwolke heute einen solchen schnellen Verlust ermöglichen könnte, ähnlich wie beim letzten Beginn einer interglazialen Periode.
Das Verständnis der Ursachen für den Verlust der Eisdecke in der Westantarktis ist wichtig, um die Geschwindigkeit abzuschätzen, mit der Eis dort verloren gehen kann, und um die Auswirkungen des Klimawandels vorherzusagen. Angesichts der Tatsache, dass die Erde erneut globale Temperaturänderungen durchläuft - diesmal aufgrund menschlicher Aktivitäten - ist es wichtig, genaue Klimamodelle zu erstellen, die uns wissen lassen, wie schnell das polare Eis schmilzt und der Meeresspiegel steigt.
Es informiert uns auch darüber, wie die Geschichte und die Klimaveränderungen unseres Planeten miteinander verbunden sind und welche Auswirkungen diese auf seine geologische Entwicklung hatten.
