Klimaindikator: Meereis

Circa 15 Prozent der Weltmeere sind im Laufe des Jahres mit Eis bedeckt, besonders in den Polarregionen. Meereis spielt eine wichtige Rolle im globalen Klimasystem: es beeinflusst die globale Klimaerwärmung und wird zugleich selbst davon beeinflusst. Als Klimaindikator ist Meereis wichtig, denn es reagiert auf klimabedingte Veränderungen der Atmosphäre und des Meeres. Die konstant niedrige Fläche von arktischem Meereis deutet auf einen Klimawendepunkt unseres Planeten hin. Das Abschmelzen des Meereises in der Arktis nimmt stetig zu und geht dabei viel rascher voran, als Klimamodelle es vorhergesagt haben. Dagegen ist das Meereisvorkommen in der Antarktis stabil oder sogar leicht ansteigend, allerdings mit großen regionalen Unterschieden.

Status und Trends

Die Eisausdehnung im Monat September für die Jahre 1979 bis 2013.

Die Eisausdehnung im Monat September für die Jahre 1979 bis 2013 zeigt einen Rückgang von 13,7% pro Dekade. Figure: National Snow and Ice Data Center

Die Meereisausdehnung in der Arktis im September 2013.

Die Meereisausdehnung in der Arktis im September 2013 betrug 5,35 Millionen km² (2,07 Quadratmeilen). Die magentafarbene Linie zeigt die mittlere Ausdehnung im gleichen Monat für die Jahre 1981 bis 2010. Das schwarze Kreuz markiert den geografischen Nordpol. Figure: National Snow and Ice Data Center

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Photo: IPPC 2013

Die Ausdehnung des Meereises auf der Nordhalbkugel variiert jahreszeitenabhängig, beläuft sich dabei aber normalerweise auf ein Areal von ca. 5-15 Millionen km², was etwa 0,5 – 1,5 Mal der Fläche Europas entspricht. Das gesamte Eisvolumen beträgt 13 000 km³ im Sommer und 16 500 km³ am Ende des Winters. Die vermehrte Bildung von Meereis im Winter wird vor allem durch den Prozess der Sommerschmelze wieder ausgeglichen, aber auch durch z.B. den Ostgrönlandsstrom, der im Laufe des Jahres ca. 2-3000 km³ Treibeis aus dem Arktischen Ozean mit sich führt. Die Ausdehnung des Meereises hat ihren niedrigsten Stand im September, ihren höchsten im März.

Für die Zeit vor 1979 lassen sich keine genauen Aussagen zur Meereisausdehnung treffen, abgesehen von einzelnen Beschreibungen in historischen Quellen oder auf alten Karten. Ab 1978 setzt die tägliche Beobachtung der Meereisausdehnung per satellitengestützter Mikrowellen-Radiometer ein. Deren räumliche Auflösung ist mit 25- 50 Kilometer allerdings gering. Veränderungen der Schneedecke, Wassereinschlüsse im Eis, Salzgehalt und Temperatur sind zudem Faktoren, die zu einer Fehlinterpretation der Eisausdehnung abgeleitet aus Satellitendaten führen können.[ref id={swipa2011} /]  Dennoch sind diese Zeitreihen in ihrer Länge einzigartig und gut geeignet für Analysen von Langzeittrends und Abweichungen vom "Normalen", indem mehrere Beobachtungsserien herangezogen und miteinander verglichen werden können. Seit den 1990er-Jahren basieren die Analysen auf SAR-(Synthetic Aperature Radar)-Daten, die detailliertere und genauere Eiskarten ermöglichen.

Messungen der Meereisdicke erfolgten mittels Bohrungen im Eis an festen Stationen entlang der arktischen Küste. Seit 1958 wird die Eisunterseite mithilfe von Sonargeräten von U-Booten und ab den 1990er Jahren mittels dauerhafter Verankerungen am Meeresgrund erfasst. Ab 1993 kamen satellitengestützte Radarmessungen hinzu, und ab 2003 satellitengestützte Lasermessungen.[ref id={swipa2011} /] Am Norwegischen Polarinstitut werden außerdem Messungen der Meereisdicke mithilfe des "EM-Birds" durchgeführt, einem Instrument, das auf elektromagnetischer Induktion basiert. Zusätzlich werden Bojen eingesetzt, die die Massenbilanz des Eises in großen geografischen Gebieten messen. An der Boje sind Sonare befestigt, die die Eismassenbilanz in einer kontinuierlichen Zeitserie erfassen. Diese Daten werden wiederum zur Validierung der Satellitenmessungen herangezogen.

Arktis

Sowohl Ausdehnung als auch Dicke des Meereises in der Arktis haben in den letzten Jahren deutlich abgenommen. Die durchschnittliche Meereisausdehnung im Monat September der Jahre 2001-2011 betrug 5,49 Millionen km² und damit 22% weniger als im Zeitraum 1979-2000 mit einem Durchschnitt von 7,04 km². Nach diesen Jahren der kontinuierlichen Abschmelzung erreichte die Eisausdehnung im September 2012 ein Rekordminimum mit einer Fläche von 3,41 km². Der Trend für die Dekade 2001-2011 bedeutet einen Eisverlust von 191 000 km² Meereis pro Jahr (was einen Rückgang von 27% im Vergleich zum Durchschnitt von 1979-2000 bedeutet).[ref id={swipa2011}  Die Winterausdehnung des Meereises ist nicht im gleichen Maße zurückgegangen, aber auch hier ist eine Abnahme erkennbar. Für den Zeitraum 2001-2011 lag der Durchschnitt im Monat März bei 15,04 Millionen km², was 4,5% unter dem März-Durchschnitt von 15,75 Millionen km² für 1979-2000 liegt.[ref id={swipa2011}  Als das Eis seine maximale Ausdehnung im März 2013 erreichte, umfasste die von Eis bedeckte Fläche 15,13 Millionen km²: Das ist die siebtniedrigste Messung seit Beginn der Satellitenbeobachtungen. Die niedrigste März-Ausdehnung wurde im Jahr 2011 beobachtet.

Der Sachstandsbericht des Weltklimarats fasst zusammen, dass sich die Meereisausdehnung zwischen 1979 und 2012 zwischen 3,5 bis 4,1 % pro Dekade verringert hat, während Meereis, das mindestens einen Sommer alt ist, im gleichen Zeitraum um 9,4 bis 13,6 % pro Dekade abgenommen hat.[ref id={ipcc2013} /] Veränderungen der Meereisausdehnung geschehen mit großer Sicherheit schneller als je zuvor, und am deutlichsten ist dieser Wandel dabei in den Sommer- und Herbstmonaten wahrnehmbar. Für den Zeitraum zwischen 1980 und 2008 wurde außerdem eine Verringerung der Eisdicke im Arktischen Ozean um durchschnittlich 1,3 bis 2,3 Meter dokumentiert. In einzelnen Gebieten der Arktis führten diese Entwicklungen zu einem Anstieg um bis zu zwei zusätzliche eisfreie Monate im Jahr. Diesen panarktischen Trend können wir auch in den Norwegen am nächsten gelegenen Meeresgebieten, der Barentsseee und der Framstraße, beobachten. MOSJ-Beobachtungsserien zeigen einen deutlichen negativen Trend in der Meereisausdehnung für den Messzeitraum sowie erhebliche Schwankungen der Eisdicke in der Framstraße, wobei sowohl die saisonalen Schwankungen als auch die Eisdicke in den letzten Jahren abgenommen haben.

Daten aus Eisbohrkernen, Baumjahresringe und Ablagerungen in Seen zeigen, dass die momentane Meereisausdehnung ihren niedrigsten Stand seit 1450 Jahren erreicht hat.[ref id={kinnard-et-al-2011} /] Ebenso gab es nie zuvor in diesem Zeitraum einen größeren Rückgang von Meereis als den, den wir seit Beginn der 1990er Jahre beobachten können. Eine maximale Ausdehnung des Meereises wurde für das Jahr 1912 berechnet, dem Ende der sogenannten "kleinen Eiszeit". Ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der historischen Meereisausdehnung und der Temperatur der Atmosphäre wird in diesen Rekonstruktionsstudien nicht hergestellt, denn die Meereisausdehnung unterlag damals wie heute einem komplexen Zusammenspiel zwischen atmosphärischer Zirkulation und Meeresströmungen.

Seit 2007 lag das Meereisminimum jedes Jahr deutlich unterhalb der Berechnungen der Klimamodelle, in der Größenordnung von zwei Standardabweichungen zur durchschnittlichen Meereisausdehnung zwischen 1979 und 2000.[ref id={overland-et-al-2011} /] Modelle waren ebenfalls nicht in der Lage, den rapiden Schmelzprozess des Meereises vorherzusagen. Die Meereisausdehnung erreicht seit 2007 jedes Jahr ein neues Rekordminus. Die geringe Ausdehnung hält dabei bis in den Oktober an, wenn das Eis sich in der Regel neu bildet und die Eisdecke wachsen sollte. Zusätzlich zum Sommerminimum gab es eine Rekordabnahme in der Eisausdehnung im Januar 2011. Die Hudson Bay war erst Mitte Januar und damit einen Monat später als normalerweise vollständig zugefroren. Zu diesem Zeitpunkt war die Labradorsee immer noch zu großen Teilen eisfrei. Wenig Eis zu Beginn des Sommers führte dann zu einer geringen Eisausdehnung im September. Das Rekordminimum der Meereisausdehnung im September 2012 bewegte sich in einer Größenordnung, wie sie vom Weltklimarat erst für das Jahr 2070 vorhergesagt wurde.[ref id={ipcc2007} /] SWIPA[ref id={swipa2011} /] SWIPA[1] korrigierte diese Prognosen bereits in das Jahr 2040.[ref id={swipa2011} /]  Klimamodelle, die diese Beobachtungen beschreiben, müssen permanent verbessert werden, damit sie Entwicklungen mit größerer Sicherheit vorhersagen können. Aktuellen Klimamodellen zufolge wird erwartet, dass der Arktische Ozean noch in diesem Jahrhundert im Sommer eisfrei bleibt – wahrscheinlicher aber ist es, dass dies schon in den nächsten 30-40 Jahren geschehen wird.[ref id={swipa2011} /]

Das Meereis der Arktis besteht heute hauptsächlich aus erstjährigem und wenig mehrjährigem Eis. Die letzten Jahre zeigen einen deutlichen Abwärtstrend für das älteste mehrjährige Eis (d. h. älter als 5 Jahre). Besonders im Kanada-Becken gab es einen starken Rückgang[ref id={swipa2011} /], als dessen Resultat der größte Teil des ältesten Eises nun ganz verschwunden ist. In den Sommern 2008 und 2009 war die Eisausdehnung etwas weniger rückläufig als 2007, und in den Wintern 2009/10 und 2010/11 gab es wenig Eistransport aus dem Polargebiet. In diesen Jahren stieg daher die Menge an jüngerem mehrjährigem Eis (d. h. 2-3 Jahre alt).[ref id={swipa2011} /] Dies verdeutlicht, welchen Einfluss Schwankungen innerhalb eines Jahres auf die Eissituation haben können, zusätzlich zum negativen Langzeittrend. Wahrscheinlich ist, dass die Arktis in Zukunft mehr und mehr von erstjährigem Eis dominiert werden wird.[ref id={swipa2011} /] Das mehrjährige Eis dagegen wird vermutlich nicht graduell, sondern in großen "Portionen" verschwinden.

In den Meeresgebieten rund um Svalbard und die Barentssee herrscht saisonabhängiges Eis vor, das im Sommer schmilzt (erstjähriges Eis). In den Fjorden bildet sich Festeis. Nur ein Teil des Eises nordöstlich von Svalbard schafft es, einen oder mehrere Sommer zu überstehen (einjähriges bzw. mehrjähriges Eis). Etwas mehrjähriges Eis kann auch in die Barentssee treiben. Rund um Jan Mayen gab es in den letzten Jahren nur wenig Eis, abgesehen von zeitweiligen Vorkommen von Treibeis. Die Eisverhältnisse in diesen Gebieten unterliegen erheblichen Schwankungen von Jahr zu Jahr, jedoch zeichnet sich zwischen den Messperioden ein klarer negativer Trend für die Eisdecke ab. In der Framstraße besteht das Meereis hauptsächlich aus Treibeis aus dem Arktischen Ozean, das vom Ostgrönlandstrom und südwärts entlang Grönlands Ostküste transportiert wird. Ein Teil des Treibeises ist älteres mehrjähriges Eis, das mit der Zeit zu mehreren Metern dicken, festen Schollen zusammengepresst wurde. Als Folge von immer dünnerem und poröserem Eis im Arktischen Ozean ist eine zunehmende Beschleunigung der Eisdrift zu verzeichnen. MOSJ-Beobachtungen zeigen eine starke Abnahme von mehrjährigem Eis in der Framstraße seit 2005, nach einer relativ stabilen Periode in den 1990er-Jahren.

Das Abschmelzen des Meereises in der Arktis ist das Resultat einer Kombination aus globaler Erderwärmung und sich selbst verstärkender Mechanismen, die den Schmelzprozess umso mehr beschleunigen, je dünner das Eis wird. Hinzu kommt eine natürliche Schwankung des Meereises innerhalb der verschiedenen Zeitskalen.

Die Meereisausdehnung in der Antarktis im September 2013

Die Meereisausdehnung in der Antarktis im September 2013 betrug 19.77 Millionen km² (7.63 Millionen Quadratmeilen). Die magentafarbene Linie zeigt die mittlere Ausdehnung des gleichen Monats für die Jahre 1981 bis 2010. Das schwarze Kreuz markiert den geografischen Südpol. Figure: National Snow and Ice Data Center

Antarktis

Die Meereisausdehnung in der Antarktis ist stabil bzw., mit großen regionalen Unterschieden, sogar schwach zunehmend. Ein Rekordmaximum der Eisausdehnung seit Beginn der Satellitenmessungen wurde 2013 beobachtet. Die durchschnittliche Eisausdehnung in der gesamten Antarktis ist laut Satellitendaten etwas gewachsen (1,2 – 1,8 % pro Dekade zwischen 1979 und 2012), wobei diese Zahlen in einzelnen Antarktisregionen stark variieren.[ref id={ipcc2013} /]  Rund um die Antarktische Halbinsel beispielsweise ist die Eisausdehnung zurückgegangen. In der Bellingshausen-See hat sich das Meereis im letzten Jahrzehnt um 5,3% zurückgezogen[ref id={koc-et-al-2009} /], bei einem gleichzeitigen Temperaturanstieg der Antarktischen Halbinsel. Westlich der Antarktischen Halbinsel ist die Eissaison um 90 Tage verkürzt und mehrjähriges Eis ist ganz verschwunden. Diese Veränderungen gehen immer rascher vor sich.[ref id={schofield-et-al-2010} /] Die Entwicklung des Meereises auf der Südhalbkugel hängt mit dem Bewegungsmuster des Eises zusammen und hier insbesondere mit windgetriebenen Veränderungen der Eisdynamik als dominierendem Faktor. Auch das Frischwasser, das durch schmelzendes Festlandeis entsteht, könnte eine weitere Rolle spielen.[ref id={turner-et-al-2013} /]

Wie sieht die Zukunft aus?

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Die meisten Klimamodelle prognostizieren noch für dieses Jahrhundert nahezu eisfreie Sommer im Arktischen Ozean, manche sagen dies schon für 2040 voraus. Die Genauigkeit der Meereis-Modelle ist immer noch unzulänglich – so hat kein Modell den raschen Schmelzprozess seit 2005 vorhersagen können.
Das uns momentan zur Verfügung stehende Wissen lässt den Schluss zu, dass das Meereis der Antarktis nach und nach sowohl an Fläche als auch an Volumen abnehmen wird.[ref id={ipcc2013} /]

 

 

Zentrale Meereisprozesse

Die Menge und Eigenschaften von Schnee, Rußpartikeln und Schmelztümpeln auf dem Meereis sind Faktoren, die Einfluss auf die Albedo des Eises haben. Ein Großteil der heutigen Forschung legt ihren Fokus auf die Quantifizierung dieser Faktoren und ihres Beitrags zum Schmelzprozess in der Arktis. Dies gilt ebenso für den Einfluss von Wolken auf die globale Erderwärmung sowie für die Frage, wie sich die Abnahme des Meereises auf die Wolkenbildung auswirkt. Es ist unerlässlich für die weitere Vorhersage der Meereisentwicklung, dass die Klimamodelle mithilfe der Ergebnisse dieser Forschung immer zuverlässiger und genauer werden.

Folgen

Einige der Prozesse, die mit weniger und dünnerem Eis in Zusammenhang stehen, haben einen sich selbst verstärkenden Charakter (den sogenannten Rückkopplungsmechanismus), mit weitreichenden Konsequenzen für andere Bereiche des Klimasystems. Ein Beispiel ist der Eis-Albedo-Rückkopplungsmechanismus: Durch Erwärmung kommt es zum Abschmelzen des Meereises. Die kleinere mit Eis bedeckte Fläche kann nun weniger Sonnenenergie reflektieren. Das dunklere, nun freiliegende Wasser absorbiert mehr Sonnenenergie, woraufhin mehr Wärme innerhalb des Klimasystems gespeichert wird. Diese Rückkopplung verstärkt wiederum den Schmelzprozess und führt zu einer weiteren Verringerung der Eisfläche. Das globale Klimasystem wird von der Energiebalance des Meeres und der Atmosphäre gesteuert, und für diese Klimaprozesse spielt das Meereis eine entscheidende Rolle.

Die globale Meereszirkulation sowie die atmosphärische Zirkulation werden von Kräften angetrieben, die einen Temperaturausgleich zwischen den Polen und dem Äquator anstreben, wobei der Wärmeaustausch zwischen Meer und Atmosphäre eine wichtige Rolle spielt. Das Meereis liegt wie eine Art Deckel auf dem Wasser, bildet damit eine Barriere zwischen Atmosphäre und Meer und nimmt Einfluss auf den Wärmeaustausch. Im Winter ist das Meer in den Polarregionen viel wärmer als die sehr kalte Luft. Das Meereis bildet eine isolierende Schicht zwischen Meer und Atmosphäre und verhindert so, dass die Wärme des Wassers in die Atmosphäre entweicht. Ungefähr die Hälfte des Wärmeaustauschs im Arktischen Ozean geschieht durch offene Stellen im Eis, Polynyas und Eisrinnen. Wird das Meereis nun dünner oder verschwindet ganz, entweicht mehr Wärme durch die isolierende Schicht und erwärmt damit die Atmosphäre. Das Abschmelzen des Eises geschieht zum einen von oben durch den Kontakt mit der warmen Luft sowie zum anderen von der Unterseite durch den Kontakt mit dem wärmeren Wasser.

Im, auf und unter dem Meereis existieren eigene, ans Eis gebundene Ökosysteme. Diese Ökosysteme sowie alle Arten, die einen Teil der „Eisgemeinschaft" bilden, werden auf die ein oder andere Weise davon betroffen sein, wenn das Eis in der Arktis schmilzt. Einige einheimische Arten der Arktis werden höchstwahrscheinlich ausgerottet werden, wenn sich der negative Trend des Meereises fortsetzt.[ref id={swipa2011} /] Einige südlichere Arten dagegen könnten versuchen, ihren Lebensraum in den Norden auszudehnen und würden damit in Konkurrenz zu den arktischen Arten treten oder sie sogar ganz verdrängen. (Hier gibt es mehr Infomationen zum Thema „das Ökosystem Eis und der Klimawandel".) Gleichzeitig bedeuten eisfreie Regionen auch, dass neue Gebiete zugänglich und für Ressourcengewinnung und Transport nutzbar gemacht werden können, wo bisher das Eis eine Barriere bildete. Es ist die Aufgabe der Weltgemeinschaft, sich mit den Möglichkeiten und den Risiken, die sich hieraus ergeben, so schnell wie möglich auseinanderzusetzen.

References

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