Unter der Antarktis befindet sich eine riesige Mantelfeder, die erklären könnte, warum ihr Eisschild so instabil ist

Unter dem antarktischen Eisschild liegt ein Kontinent, der von Flüssen und Seen bedeckt ist, von denen der größte die Größe des Eriesees hat. Im Laufe eines Jahres schmilzt der Eisschild und gefriert wieder, was dazu führt, dass sich die Seen und Flüsse periodisch füllen und schnell aus dem Schmelzwasser abfließen. Dieser Prozess macht es der gefrorenen Oberfläche der Antarktis leichter, herumzurutschen und an manchen Stellen um bis zu 6 Meter (20 Fuß) zu steigen und zu sinken.

nach a neue Studie unter der Leitung von Forschern des Jet Propulsion Laboratory der NASA befindet sich möglicherweise eine Mantelfahne unter dem als Marie Byrd Land bekannten Gebiet. Das Vorhandensein dieser geothermischen Wärmequelle könnte einen Teil des Schmelzens erklären, das unter der Platte stattfindet und warum sie heute instabil ist. Es könnte auch helfen zu erklären, wie das Blatt in der Vergangenheit während früherer Perioden des Klimawandels schnell zusammengebrochen ist.

Die Studie mit dem Titel „ Einfluss einer westantarktischen Mantelwolke auf die Basalbedingungen des Eisschildes “, erschien vor kurzem in derZeitschrift für geophysikalische Forschung: Feste Erde. Das Forschungsteam wurde von Helene Seroussi vom Jet Propulsion Laboratory geleitet, mit Unterstützung von Forschern des Department of Earth and Planetary Sciences der Washington University und der Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Deutschland.

Gletscher während des NASA-Forschungsflugs Operation IceBridge in die Westantarktis am 29. Oktober 2014. Bildnachweis: NASA/Michael Studinger

Die Bewegung des Eisschildes der Antarktis im Laufe der Zeit war schon immer eine Quelle des Interesses für Geowissenschaftler. Durch die Messung der Steig- und Fallgeschwindigkeit des Eisschildes können Wissenschaftler abschätzen, wo und wie viel Wasser an der Basis schmilzt. Aufgrund dieser Messungen begannen Wissenschaftler erstmals über das Vorhandensein von Wärmequellen unter der gefrorenen Oberfläche der Antarktis zu spekulieren.

Der Vorschlag, dass unter Marie Byrd Land eine Mantelfahne existiert, wurde erstmals vor 30 Jahren von . gemacht Wesley E. LeMasurier , ein Wissenschaftler der University of Colorado Denver. Nach seinen Recherchen stellte dies eine mögliche Erklärung für die regionale vulkanische Aktivität und eine topografische Kuppelstruktur dar. Aber erst vor kurzem lieferten seismische Bildgebungsuntersuchungen stützende Beweise für diese Mantelfahne.

Direkte Messungen der Region unterhalb von Marie Byrd Land sind derzeit jedoch nicht möglich. Daher verließen sich Seroussi und Erik Ivins vom JPL auf die Modell des Eisschildsystems (ISSM), um die Existenz der Wolke zu bestätigen. Dieses Modell ist im Wesentlichen eine numerische Darstellung der Physik des Eisschildes, die von Wissenschaftlern des JPL und der University of California, Irvine, entwickelt wurde.

Um die Realitätsnähe des Modells zu gewährleisten, griffen Seroussi und ihr Team auf langjährige Beobachtungen der Höhenänderungen des Eisschildes zurück. Diese wurden von der NASA durchgeführt Eis-, Wolken- und Landhöhensatellit (ICESat) und ihre luftgestützten Betrieb IceBridge Kampagne. Diese Missionen vermessen seit Jahren den antarktischen Eisschild, wodurch sehr genaue dreidimensionale Höhenkarten erstellt wurden.

Ein Blick auf Berge und Gletscher im Marie Byrd Land in der Antarktis, der während des IceBridge-Vermessungsflugs vom 2. November 2014 gesehen wurde. Bildnachweis: NASA / Michael Studinger

Seroussi erweiterte das ISSM auch um natürliche Wärmequellen und Wärmetransporte, 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 breite Palette möglicher Standorte für die Mantelfahne zu testen.

Sie fanden heraus, dass der durch die Mantelfahne verursachte Wärmefluss nicht mehr als 150 Milliwatt pro Quadratmeter betragen würde. Im Vergleich dazu erleben Regionen ohne vulkanische Aktivität typischerweise einen Leistungsfluss zwischen 40 und 60 Milliwatt, während geothermische Hotspots – wie der untere Yellowstone Nationalpark – im Durchschnitt etwa 200 Milliwatt pro Quadratmeter erfahren.

Bei Simulationen mit über 150 Milliwatt pro Quadratmeter war die Schmelzrate im Vergleich zu den weltraumgestützten Daten zu hoch. Außer an einem Ort, der ein Gebiet im Landesinneren des Rossmeeres war, von dem bekannt ist, dass es starke Wasserströme erfährt. Dieser Bereich erforderte einen Wärmefluss von mindestens 150 bis 180 Milliwatt pro Quadratmeter, um sich an die beobachteten Schmelzraten anzupassen.

In dieser Region hat die seismische Bildgebung auch gezeigt, dass die Erwärmung durch einen Riss im Erdmantel den Eisschild erreichen könnte. Auch dies steht im Einklang mit einer Mantelfahne, von der man annimmt, dass sie schmale Ströme von heißem Magma sind, die durch den Erdmantel aufsteigen und sich unter der Erdkruste ausbreiten. Dieses zähflüssige Magma ballt sich dann unter der Kruste auf und lässt sie sich nach oben wölben.

Temperaturänderungen im antarktischen Eisschild in den letzten 50 Jahren, gemessen in Grad Celsius. Bildnachweis: NASA/GSFC Scientific Visualization Studio

Wo Eis über der Wolke liegt, überträgt dieser Prozess Wärme in den Eisschild, was zu einem erheblichen Schmelzen und Abfließen führt. Am Ende liefern Seroussi und ihre Kollegen überzeugende Beweise – basierend auf einer Kombination von Oberflächen- und seismischen Daten – für eine Oberflächenfahne unter dem Eisschild der Westantarktis. Sie schätzen auch, dass sich diese Mantelwolke vor etwa 50 bis 110 Millionen Jahren gebildet hat, lange bevor der westantarktische Eisschild entstand.

Vor etwa 11.000 Jahren, als die letzte Eiszeit endete, erlebte der Eisschild eine Periode schnellen, anhaltenden Eisverlusts. Als sich die globalen Wettermuster und der steigende Meeresspiegel zu ändern begannen, wurde warmes Wasser näher an den Eisschild gedrückt. Die Studie von Seroussi und Irvins legt nahe, dass die Mantelfahne heute diese Art von schnellem Verlust begünstigen könnte, ähnlich wie es während des letzten Beginns einer Zwischeneiszeit der Fall war.

Das Verständnis der Ursachen des Eisschildverlustes in der Westantarktis ist wichtig, um die Geschwindigkeit des Eisverlustes dort abzuschätzen, was im Wesentlichen der Vorhersage der Auswirkungen des Klimawandels dient. Angesichts der Tatsache, dass die Erde erneut globale Temperaturänderungen durchmacht – diesmal aufgrund menschlicher Aktivitäten – ist es wichtig, genaue Klimamodelle zu erstellen, die uns wissen lassen, wie schnell das Polareis schmelzen und der Meeresspiegel ansteigen wird.

Es informiert auch unser Verständnis davon, wie die Geschichte unseres Planeten und die Klimaverschiebungen miteinander verbunden sind und welche Auswirkungen diese auf seine geologische Entwicklung hatten.

Weiterlesen: NASA , Zeitschrift für geophysikalische Forschung