Wärme aus dem Erdmantel schmilzt Eisschild auch von unten

13. August 2013, 10:11
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Erdkruste unter Grönland ist ungewöhnlich dünn - Bisherige Modelle berücksichtigten den Umstand nur stark vereinfacht

Nicht allein steigende Temperaturen infolge des Klimawandels setzen dem grönländischen Eisschild zu. Masseverlust erfährt die Eisdecke auch noch von einer ganz anderen Seite: ein hoher Wärmefluss aus dem Erdmantel von unten in die Lithosphäre trägt zum Abschmelzen bei. Dieser Einfluss variiert räumlich stark und hat seine Ursache in einer außergewöhnlich dünnen Erdkruste, wie nun deutsche Wissenschafter im aktuellen "Nature Geoscience" schreiben.

Die kontinentalen Eisschilde spielen im Klima eine zentrale Rolle. Wechselwirkungen und Rückkopplungsprozesse zwischen Eisfläche und Temperaturanstieg sind komplex und bis heute Forschungsgegenstand. Der grönländische Eisschild verliert jährlich rund 227 Gigatonnen an Eis und trägt damit pro Jahr etwa 0,7 Millimeter zur aktuell beobachteten mittleren Meeresspiegeländerung von rund 3 Millimeter pro Jahr bei.

Bisherige Modellrechnungen beruhten jedoch auf einer Betrachtung der Eiskappe und berücksichtigten den Effekt der Lithosphäre, also der Erdkruste und des oberen Mantels, zu stark vereinfacht und vornehmlich mechanisch: das Eis drückt aufgrund seines Gewichts die Kruste nach unten. Wissenschafter Alexey Petrunin und Irina Rogozhina vom Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ koppelten nun ein Eis/Klima-Modell mit einem thermomechanischen Modell für die Lithosphäre Grönlands.

Simulationen decken sich mit Messungen

"Wir haben das Modell über einen Simulationszeitraum von drei Millionen Jahre laufen lassen und dabei Messungen aus Eisbohrkernen und unabhängigen magnetischen und seismischen Daten berücksichtigt", sagt Petrunin. "Unsere Modellrechnungen stimmen sehr gut mit den Messungen überein. Sowohl die Mächtigkeit des Eisschilds als auch die Temperatur an seiner Basis werden sehr genau abgebildet." Das Modell kann sogar den Temperaturunterschied erklären, der an zwei nah beieinander liegenden Bohrlöchern gemessen wurden: die Dicke der grönländischen Lithosphäre variiert auf engem Raum sehr stark und damit auch der geothermische Wärmefluss.

Die Temperatur an der Basis des Eises und damit die gegenwärtige Dynamik des grönländischen Eisschildes ist Resultat der Wechselwirkung zwischen dem Wärmefluss aus dem Erdinneren und der Temperaturänderungen, die mit den Eiszeit-Zyklen einhergehen. "Wir finden Bereiche, in denen das Eis an der Basis schmilzt direkt neben anderen Gebieten, wo die Eisbasis extrem kalt ist," erklärt Ko-Autorin Irina Rogozhina (GFZ), Initiatorin von IceGeoHeat.

Bedeutung für den Klimawandel

Das aktuelle Klima wird also auch durch Prozesse beeinflusst, die weit in die Erdgeschichte zurückreichen: die grönländische Lithosphäre ist zwischen 2,8 und 1,7 Milliarden Jahre alt und ist unter Zentral-Grönland nur etwa 70 bis 80 Kilometer mächtig. Warum sie so außergewöhnlich dünn ist, muss noch erforscht werden. Es zeigt sich aber, dass die Kopplung von Modellen der Eisdynamik mit thermomechanischen Modellen der festen Erde einen präziseren Blick in die Vorgänge erlaubt, die das grönländische Eis zum Schmelzen bringen. (red, derStandard.at, 13.08.2013)

  • Eisberge vor dem größten Gletscher Grönlands, dem Jakobshavn Isbrae. Nicht nur von oben nagt die Wärme am Eisschild der arktischen Insel.
    foto: i.sasgen, gfz

    Eisberge vor dem größten Gletscher Grönlands, dem Jakobshavn Isbrae. Nicht nur von oben nagt die Wärme am Eisschild der arktischen Insel.

  • Die Darstellung zeigt die Temperaturen an der Basis des grönländischen Eisschildes nach gemäß der Modellrechnungen. Die an den Bohrlöchern GRIP und GISP2 entnommenen Proben deckten sich mit diesen Ergebnissen.
    illustration: a. petrunin/gfz

    Die Darstellung zeigt die Temperaturen an der Basis des grönländischen Eisschildes nach gemäß der Modellrechnungen. Die an den Bohrlöchern GRIP und GISP2 entnommenen Proben deckten sich mit diesen Ergebnissen.

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