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Schmelzwassertümpel auf arktischem Meereis. © Stefan Hendricks, Alfred-Wegener-Institut

Luftaufnahme arbeitender Polarforscher auf einer großen Eisscholle in der zentralen Arktis. Unter ihnen sind auch die Meereisphysiker, die ein Zelt errichtet haben, aus dem sie den Tauchroboter unter dem Eis steuern. © Stefan Hendricks, Alfred-Wegener-Institut

Blick vom ROV während einer Tauchfahrt durch deformiertes Meereis. Die Markierungsstangen sind 1 Meter lang. Im Hintergrund dringt mehr Licht durch das Eis, da das Eis mit Schmelztümpeln bedeckt ist. Die eingeblendeten Zahlen und Symbole geben die Lage des ROV im Wasser wieder und werden vom Piloten für die Navigation benötigt. © Alfred-Wegener-Institut

Schematische Darstellung des Sonnenlichts über und unter Meereis. Die zunehmende Bedeckung mit (dunkleren) Schmelztümpeln erhöht den Anteil des Sonnenlichtes, das bis in den Ozean durchdringt. Hierdurch wird der (Lebens-) Raum im und unter dem Eis heller und wärmer. Es wird auch weniger Licht zurück in die Atmosphäre reflektiert. © Marcel Nicolaus/Yves Nowak, Alfred-Wegener-Institut
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:: Schmelzwassertümpel lassen die arktische Meereisdecke schneller schmelzen

Die arktische Meereisdecke ist im zurückliegenden Jahrzehnt nicht nur geschrumpft, sondern auch deutlich jünger und dünner geworden. Wo früher meterdickes, mehrjähriges Eis trieb, finden Forscher heute vor allem dünne, einjährige Schollen, die in den Sommermonaten großflächig mit Schmelzwassertümpel bedeckt sind. Meereisphysiker des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben nun erstmals die Lichtdurchlässigkeit des arktischen Meereises großflächig vermessen und dabei diese Veränderung in Zahlen fassen können. Ihr Ergebnis: Überall dort, wo sich Schmelzwasser auf dem Eis ansammelt, dringt viel mehr Sonnenlicht und somit Energie in das Eis ein als an wasserfreien Stellen. Die Folge: Das Eis schmilzt schneller und der Lebensraum im und unter dem Eis erhält mehr Licht. Diese neuen Erkenntnisse haben die Forscher im Fachmagazin Geophysical Research Letters veröffentlicht.

Schmelzwassertümpel zählen zu den Lieblingsmotiven der Eis- und Landschaftsfotografen in der Arktis. Mal schimmern sie in einem verführerischen Karibik-Meerblau, mal liegen sie dunkel wie ein See bei Regenwetter auf der Scholle. „Ihre Farbe hängt ganz davon ab, wie dick das verbleibende Eis unter dem Tümpel ist und wie stark der darunterliegende Ozean durch dieses Eis hindurchscheinen kann. Tümpel auf dickerem Eis sind eher türkis, jene auf dünnem Eis dunkelblau bis schwarz“, sagt Dr. Marcel Nicolaus, Meereisphysiker und Schmelztümpel-Experte vom Alfred-Wegener-Institut.

 

Er und sein Team haben in den zurückliegenden Jahren bei Expeditionen in die zentrale Arktis auffallend viele Schmelzwassertümpel gesichtet. Nahezu die Hälfte des einjährigen Eises war mit Tümpeln überzogen. Eine Beobachtung, welche die Wissenschaftler auf den Klimawandel zurückführen. „Die Eisdecke des Arktischen Ozeans verändert sich seit einigen Jahren grundlegend.

 

Dickes, mehrjähriges Eis sucht man mittlerweile fast vergebens. Stattdessen besteht die Eisdecke heutzutage zu mehr als 50 Prozent aus dünnem einjährigen Eis, auf dem sich Schmelzwasser besonders großflächig ausbreitet. Ausschlaggebend dafür ist die glattere Oberfläche dieses jungen Eises. Sie erlaubt es dem Schmelzwasser, sich weit zu verteilen und ein Netz aus vielen einzelnen Tümpeln zu bilden“, erklärt Marcel Nicolaus.

 

Das ältere Eis dagegen besäße eine verformte Oberfläche, die im Laufe der Jahre durch die ständige Schollenbewegung und unzählige Zusammenstöße entstanden sei. Auf diesem unebenen Untergrund bildeten sich viel weniger und kleinere Tümpel, die dann jedoch deutlich tiefer seien als die flachen Teiche auf dem jüngeren Eis.

 

Die steigende Zahl der „Fenster zum Ozean“, wie Schmelztümpel auch genannt werden, warf für Marcel Nicolaus eine grundlegende Forschungsfrage auf: Inwieweit verändern die Tümpel und die abnehmende Eisdicke die Menge des Lichts unter dem Meereis? Immerhin stellt das Licht im Meer – wie auch an Land – die Hauptenergiequelle für die Photosynthese dar. Ohne Sonnenlicht wachsen weder Algen noch Pflanzen.

 

Marcel Nicolaus: „Wir wussten, dass eine Eisscholle mit einer dicken, frischen Schneeschicht zwischen 85 und 90 Prozent des Sonnenlichtes in das Weltall zurückstrahlt und nur wenig in den Ozean durchlassen würde. Im Gegensatz dazu konnten wir davon ausgehen, dass im Sommer, wenn der Schnee auf dem Eis geschmolzen und das Meereis mit Tümpeln bedeckt ist, wesentlich mehr Licht durch das Eis hindurchdringt.“

 

Um herauszufinden, in welchem Maß arktisches Meereis Sonnenstrahlen passieren lässt und wie groß der Einfluss der Schmelzwassertümpel auf diese Durchlässigkeit ist, statteten die AWI-Meereisphysiker einen ferngesteuerten Tauchroboter (ROV „Alfred“) mit Lichtsensoren und einer Kamera aus.

 

Diesen Roboter schickten sie im Sommer 2011 während einer Arktis-Expedition des Forschungseisbrechers POLARSTERN an mehreren Stationen direkt unter das Eis. Das Gerät erfasste auf seinen Tauchgängen, wie viel Sonnenenergie durch das Eis drang. Und das an insgesamt 6000 Einzelpunkten mit jeweils unterschiedlichen Eiseigenschaften!

 

Auf diese Weise entstand ein bisher einmaliger Datensatz, dessen Ergebnisse aufhorchen lassen. Marcel Nicolaus: „Das junge dünne Eis mit den vielen Schmelztümpeln lässt nicht nur dreimal mehr Licht passieren als das ältere. Es absorbiert auch doppelt so viel Sonnenstrahlung.

 

Beides bedeutet im Umkehrschluss, dass dieses dünne, von Tümpeln überzogene Eis deutlich weniger Sonnenstrahlen reflektiert als das dicke Eis. Seine Rückstrahlquote liegt bei gerade mal 37 Prozent. Zudem nimmt das junge Eis mehr Sonnenenergie und somit Wärme auf, wodurch sein Schmelzen vorangetrieben wird. Das Eis schmilzt gewissermaßen von innen“ sagt Marcel Nicolaus.

 

Welches Zukunftsbild lässt sich anhand dieser neuen Erkenntnisse zeichnen? Marcel Nicolaus: „Wir gehen davon aus, dass im Zuge des Klimawandels künftig mehr Sonnenlicht in den Arktischen Ozean gelangen wird – und das insbesondere auch in jenem Teil, der nach wie vor im Sommer vom Meereis bedeckt ist. Der Grund: Je größer der Anteil des einjährigen Eis an der Meereisdecke wird, desto mehr und größere Schmelztümpel werden sich bilden. Diese wiederum führen dazu, dass die Reflexionsfähigkeit des Eises sinkt, die Transmission steigt, das Eis poröser wird, mehr Sonnenstrahlung durch die Schollen dringt und zeitgleich mehr Wärme vom Eis aufgenommen wird. Eine Entwicklung, die das Abschmelzen der gesamten Eisfläche weiter beschleunigen wird.“

 

Gleichzeitig aber werde den Lebewesen im und unter dem Eis künftig mehr Licht zur Verfügung stehen. Ob und wie diese allerdings mit der neuen Helligkeit zurechtkommen, wird gegenwärtig noch in Zusammenarbeit mit Biologen untersucht.

 

 

Die Originalveröffentlichung:

M. Nicolaus, C. Katlein, J. Maslanik, S. Hendricks: Changes in Arctic sea ice result in increasing light transmittance and absorption, Geophysical Research Letters, Volume 39, Issue 24, December 2012, Article first published online: 29 DEC 2012, DOI: 10.1029/2012GL053738

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