Das westantarktische Eisschild (WAIS) ist ein massives, marines Eissystem, dessen physikalische Eigenschaften sich über eine Fläche von etwa 2,2 Millionen Quadratkilometern erstrecken. Im Gegensatz zu vielen Eisschilden, die auf kontinentalem Grundgestein über dem Meeresspiegel ruhen, ist das WAIS hauptsächlich unter dem Meeresspiegel geerdet, wobei seine tiefsten Teile in Tiefen von über 1.500 Metern liegen. Diese einzigartige Konfiguration macht das WAIS zu einer der dynamischsten und empfindlichsten Eismassen der Erde, die schnell auf Veränderungen der Meerestemperatur, Strömungen und atmosphärischen Zirkulation reagieren. Sein Verhalten hat direkte Auswirkungen auf den globalen Meeresspiegel, da jeder signifikante Eisverlust aus dieser Region in den kommenden Jahrhunderten einen Meter hohen Meeresspiegelanstieg beitragen könnte. Das Verständnis der physikalischen Eigenschaften des WAIS - von seiner Grundgesteintopographie und den schnell fließenden Eisströmen bis zu seinen schwimmenden Eisschelfen und der kritischen Erdungslinie - ist wichtig, um vorherzusagen, wie sich dieses System unter einem wärmenden Klima entwickeln wird.

Überblick über das westantarktische Eisschild

Das westantarktische Eisschild bedeckt eine Fläche von etwa 2,2 Millionen Quadratkilometern und enthält genug Eis, um den globalen Meeresspiegel um etwa 3,3 Meter anzuheben, wenn es vollständig schmelzen würde. Es wird als Meeres-basierter Eisschild eingestuft, weil der darunter liegende Grundstein unter dem Meeresspiegel liegt und das Eis an seinen Rändern in direktem Kontakt mit dem Ozeanwasser steht. Dieser Meerescharakter verleiht dem WAIS eine grundlegende Verwundbarkeit: Warme Meeresströmungen können tief in den Eisschild hineinreichen, ihn von unten schmelzen und das gesamte System destabilisieren. Das WAIS unterscheidet sich auch vom ostantarktischen Eisschild, das größer und dicker ist und auf einem höheren Kontinentalplateau ruht. Das WAIS wird begrenzt durch die Transantarktischen Berge im Osten und durch den Südlichen Ozean im Norden, Westen und Süden, wo es in zwei der größten schwimmenden Eisschelfe der Erde einspeisen: das Ross-Schelfeis und das Ronne-Filchner-Schelfeis.

Topografie des Untergrunds und subglaziale Merkmale

Unterhalb des WAIS liegt eine komplexe Landschaft aus Bergen, Tälern und Becken, die den Eisfluss und die Stabilität tiefgreifend beeinflussen. Die Grundgesteinstopographie ist nicht flach; stattdessen weist sie tiefe Täler auf, von denen einige durch alte Eiserosion geschnitzt wurden, und isolierte Berggipfel (Nunataks), die durch das Eis ragen. Das auffälligste topographische Element ist das Westantarktische Risssystem, eine Region mit verdünnter kontinentaler Kruste, die zahlreiche subglaziale Becken wie den Bentley-Subglazialgraben enthält, der auf über 2.500 Meter unter dem Meeresspiegel eintaucht. Diese tiefen Becken sind von entscheidender Bedeutung, weil sie warmes Ozeanwasser weit ins Landesinnere unter die Eisschelfhöhlen eindringen lassen und das Schmelzen in der Nähe der Erdungslinie beschleunigen.

Unterhalb des WAIS sind auch subglaziale Seen reichlich vorhanden, mit Hunderten identifizierter Gewässer, die unter dem Eis gefangen sind. Diese Seen verbinden sich durch ein Netzwerk subglazialer Flüsse und können periodisch abfließen, was zu Eisoberflächen-Hebung oder -Senkung führt und die Eisflussgeschwindigkeit beeinflusst. Insbesondere liegt der Whillans-Eisstrom über einem dynamischen subglazialen hydrologischen System, in dem große Wasserbewegungen beobachtet wurden. Das Verständnis der Verteilung und des Verhaltens dieser subglazialen Merkmale ist entscheidend für die Modellierung der Eisschilddynamik, da Wasser als Schmiermittel an der Basis wirkt und Eis schneller über das Grundgestein rutschen lässt.

Große Gletscher und Eisströme

Der Eisausfluss aus dem WAIS konzentriert sich auf mehrere schnelllebige Gletscher und Eisströme. Das sind Eiskanäle, die sich viel schneller bewegen als die umgebende Eisdecke, oft mit Geschwindigkeiten von mehr als Hunderten von Metern pro Jahr. Die berühmtesten und am intensivsten untersuchten sind der Pine Island Glacier (PIG) und der Thwaites Glacier, beide im Amundsen-Meer-Sektor. Zusammengenommen entwässern diese beiden Gletscher etwa ein Drittel des WAIS und haben in den letzten Jahrzehnten einen beschleunigten Eisverlust gezeigt.

  • Der Pinieninsel-Gletscher ist einer der am schnellsten fließenden Gletscher der Antarktis und bewegt sich mit Geschwindigkeiten von über 4 Kilometern pro Jahr in der Nähe seiner Erdungslinie. Er hat seit den 1990er Jahren einen signifikanten Rückzug und Ausdünnung der Erdungslinie erfahren, angetrieben durch Einfälle von warmem zirkumpolarem Tiefenwasser (CDW), das das schwimmende Eisschelf des Gletschers von unten schmelzen lässt.
  • Der Thwaites-Gletscher, der aufgrund seines Potenzials, einen Zusammenbruch des gesamten WAIS auszulösen, oft als "Weltuntergangsgletscher" bezeichnet wird, ist noch größer und anfälliger. Seine Erdungslinie zieht sich landeinwärts entlang eines umgekehrten Abhangs zurück, was bedeutet, dass der Grundstein bei der Bewegung im Landesinneren nach unten abfällt, was zu einem Prozess führen kann, der als marine Eisschildinstabilität (MISI) bekannt ist. Thwaites verliert derzeit Eis mit einer Rate von etwa 50 Milliarden Tonnen pro Jahr.
  • Andere bedeutende Eisströme sind der Whillans-Eisstrom, der Kamb-Eisstrom, der stagniert hat, und der MacAyeal-Eisstrom, der in das Ross-Eisschelf abfließt und komplexe Verhaltensweisen im Zusammenhang mit subglazialer Hydrologie und Sediment aufweist.

Die Dynamik dieser Gletscher wird durch eine Kombination aus basalem Gleiten, innerer Verformung und Stützen durch Eisschelfe bestimmt. Wenn Eisschelfe dünner werden oder sich auflösen, beschleunigt sich der Fluss dieser Gletscher, was zu einer größeren Eisableitung in den Ozean führt.

Erdungslinie und Eisschildstabilität

Die Erdungslinie ist die Grenze, an der der Eisschild von einem Grundgestein zum Schwimmen als Eisschelf übergeht. Dies ist eine kritische Zone, da sie die Geschwindigkeit steuert, mit der Binneneis in den Ozean fließen kann. Die Erdungslinie ist nicht stationär; sie kann vorwärts (vorwärts) oder rückwärts (Rückzug) wandern, abhängig von Änderungen der Eisdicke, der Schmelze des Ozeans und des isostatischen Rückpralls. Im WAIS befinden sich Erdungslinien im Allgemeinen tief unter dem Meeresspiegel in Unterwassertrögen, wodurch sie besonders anfällig für warmes Ozeanwasser sind, das das Eis von unten schmilzt.

Wenn sich die Erdungslinie in ein tieferes Becken zurückzieht (umgekehrtes Abhangbett), nimmt die Eisdicke an der Erdungslinie zu, was dazu führt, dass sich die Erdungslinie noch weiter zurückzieht - eine positive Rückkopplung, die als marine Eisschildinstabilität (MISI) bekannt ist. Dieser Prozess kann zu einem selbsttragenden Zusammenbruch des marinen Teils des Eisschilds führen. Beweise aus der Satelliten-Radar-Interferometrie und dem Eisdurchdringungsradar haben gezeigt, dass sich die Erdungslinien im Amundsen-Sea-Sektor seit Anfang der 2000er Jahre mit Geschwindigkeiten von bis zu 1,2 Kilometern pro Jahr zurückgezogen haben. Der britische Antarktis-Survey hat umfangreiche Feldkampagnen durchgeführt, um diese Veränderungen zu messen und Modelle für zukünftige Eisverluste zu entwickeln.

Eisregale: Ross, Ronne-Filchner und andere

Die schwimmenden Eisschelfe, die das WAIS umschließen, spielen eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Eisflusses. Das Ross-Eisschelf ist der größte schwimmende Eiskörper der Erde, bedeckt eine Fläche von etwa 487.000 Quadratkilometern, während das Ronne-Filchner-Eisschelf ähnlich massiv ist. Diese Regale wirken als Bremsen oder Stützpfeiler auf dem seewärts gerichteten Fluss von geerdetem Eis. Sie üben eine Rückenspannung aus, die die Bewegung der stromaufwärts gelegenen Eisströme verlangsamt. Wenn Eisschelfe dünn werden oder sich auflösen, wird dieser Stützpfeilereffekt reduziert und die Eisströme beschleunigen.

Jüngste Studien haben gezeigt, dass sich die basale Schmelze dieser Eisschelfe beschleunigt, weil die Ozeane wärmer werden. Das Rossschelf hat in einigen Gebieten eine erhöhte basale Schmelze erfahren, obwohl es im Vergleich zu den Eisschelfen im Amundsenmeer relativ stabil bleibt, wie zum Beispiel das Pine Island Glacier Shelf und das Thwaites Glacier Ice Shelf, die sich dramatisch ausgedünnt haben. Eisschelf-Kalkereignisse (bei denen große tabellarische Eisberge abbrechen) sind ein natürlicher Zyklus, aber die Rate des Kalbens kann zunehmen, wenn die Schelfe schwächer werden. Das Larsen B-Schelfeis auf der antarktischen Halbinsel (nicht Teil von WAIS, sondern ein ähnliches System) wurde 2002 bekanntlich zerfallen und liefert ein deutliches Beispiel dafür, wie der Verlust von Eisschelfen eine schnelle Gletscherbeschleunigung auslösen kann.

Ozeaninduzierte Schmelz- und Gletscherdynamik

Der Haupttreiber des Eisverlustes im WAIS ist die ozeaninduzierte Schmelze, insbesondere entlang der Amundsen-Seeküste. Circumpolar Deep Water (CDW), eine relativ warme Wassermasse (bei etwa 1°C), fließt durch tiefe Täler auf den Kontinentalschelf und erreicht die Basis der schwimmenden Eisschelfs. Dort verursacht es ein schnelles Schmelzen des Eises von unten, wodurch Hohlräume entstehen, die das Eisschelf verdünnen und die Erdungslinie destabilisieren. Dieser Prozess wurde direkt mit autonomen Unterwasserfahrzeugen wie dem unter dem Thwaites-Gletscher eingesetzten Icefin Roboter beobachtet. Die unter diesen Eisschelfs gemessenen Schmelzraten gehören zu den höchsten in der Antarktis. Nach Daten des National Snow and Ice Data Center (NSIDC) hat sich der Massenverlust des WAIS in den letzten zwei Jahrzehnten verdreifacht, hauptsächlich aufgrund dieses ozeanischen Antriebes.

Die Wechselwirkung zwischen Meeresströmungen und Gletscherhöhlen ist komplex und variiert saisonal. Im Sommer kann ein erhöhter Schmelzwasserabfluss von der Oberfläche des Eisschilds auch den Fluss der Gletscher beschleunigen, indem die Basis geschmiert wird, aber der dominierende Effekt kommt vom Ozean. Modelle deuten darauf hin, dass sich der Zufluss von CDW mit zunehmender Klimaerwärmung intensiviert, was zu noch stärkerem Schmelzen führt. Diese positive Rückkopplungsschleife ist der Hauptgrund, warum das WAIS als die größte Wildcard in zukünftigen Meeresspiegelprojektionen gilt. Das NASA-Meeresspiegelportal bietet regelmäßige Updates über den Beitrag des antarktischen Eisverlusts zum globalen Meeresspiegel.

Beobachten und Modellieren der WAIS Physical Features

Angesichts der Abgelegenheit und der rauen Bedingungen der Antarktis verlassen sich die Wissenschaftler bei der Untersuchung des WAIS in hohem Maße auf Fernerkundungstechnologien. Satellitengestütztes Radar und Laseraltimetrie (z. B. ICESat-2, CryoSat-2) messen Veränderungen der Eisoberflächenhöhe und -dicke. Interferometrisches Radar mit synthetischer Apertur (InSAR) erkennt die Positionen der Erdungslinien und die Eisgeschwindigkeit mit hoher Präzision. Eisdurchdringende Radaruntersuchungen zeigen die subglaziale Topographie, die Schichten innerhalb des Eisschilds und die Eigenschaften des Bettes (hartes Gestein vs. weiches Sediment).

Feldmessungen sind ebenfalls wichtig. Teams haben durch das Eisschelf gebohrt, um ozeanographische Sensoren unter dem Thwaites-Gletscher als Teil der Internationalen Thwaites-Gletscher-Zusammenarbeit einzusetzen. Diese Instrumente messen Wassertemperatur, Salzgehalt und Strömungen in der Nähe der Erdungslinie. Glaziologen setzen auch GPS-Stationen auf der Eisoberfläche ein, um Bewegungs- und Höhenänderungen zu verfolgen und seismische Untersuchungen zu verwenden, um die Eigenschaften des darunter liegenden Grundgesteins und Sediments zu verstehen. Die Kombination dieser Beobachtungstechniken führt in Computermodelle ein, die die Eisschilddynamik unter verschiedenen Klimaszenarien simulieren. Es bleiben jedoch viele Herausforderungen, einschließlich der genauen Darstellung des basalen Gleitgesetzes, der Wirkung von subglazialen Wasser und der feinskaligen Prozesse an der Erdungslinie.

Auswirkungen auf den globalen Meeresspiegelanstieg

Die physikalischen Eigenschaften des WAIS machen ihn zum größten potenziellen Beitrag zum Meeresspiegelanstieg von einem einzelnen Eisschild im nächsten Jahrhundert. Aktuelle Schätzungen deuten darauf hin, dass der WAIS bereits etwa 0,3 Millimeter pro Jahr zum globalen Meeresspiegelanstieg beiträgt, und diese Rate beschleunigt sich. Wenn der gesamte marine Teil des WAIS zusammenbrechen würde - ein Prozess, der Jahrhunderte dauern könnte, aber innerhalb von Jahrzehnten beginnen könnte -, könnte der globale Meeresspiegel um 3,3 Meter steigen. Selbst ein teilweiser Zusammenbruch wichtiger Gletscher wie Thwaites könnte den Meeresspiegel um mehr als einen halben Meter anheben.

Die letzte Zwischeneiszeit (vor etwa 125.000 Jahren) liefert ein geologisches Analogon: Der Meeresspiegel war 6-9 Meter höher als heute, und ein Großteil dieses Wassers stammte wahrscheinlich aus dem WAIS. Dies deutet darauf hin, dass das WAIS unter wärmeren Bedingungen schnell zurückweichen kann. Der Sechste Bewertungsbericht des IPCC (AR6) identifizierte das WAIS als eine wichtige Quelle der Unsicherheit bei langfristigen Meeresspiegelprojektionen und betonte, dass das Verständnis seiner physikalischen Eigenschaften für die Risikobewertung und Anpassungsplanung entscheidend ist.

Regionale Variabilität des Eisverlustes

Nicht alle Teile des WAIS verlieren Eis mit der gleichen Geschwindigkeit. Der Amundsen-Meer-Sektor ist der dynamischste, während der Ross-Eisschelf-Sektor aufgrund der kühleren Ozeanbedingungen relativ stabil bleibt. Im Weddell-Meer-Sektor hat das Ronne-Filchner-Eisschelf noch keine dramatische Ausdünnung gezeigt, aber es gibt Anzeichen einer erhöhten Basalschmelze entlang seines östlichen Randes. Diese Variabilität unterstreicht die Bedeutung lokaler ozeanographischer und topografischer Bedingungen. Forscher verwenden zunehmend hochauflösende regionale Modelle, um diese feinskaligen Wechselwirkungen zu erfassen.

Fazit: Dringender Bedarf an fortgesetzter Forschung

Der Westantarktische Eisschild ist ein physikalisch komplexes und sich schnell entwickelndes Meeresgletschersystem. Seine zugrunde liegende Grundgesteintopographie, schnell fließende Eisströme, schwimmende Eisschelfs und Erdungsliniendynamik interagieren alle mit einem sich erwärmenden Ozean, um einen beschleunigten Eisverlust zu erzeugen. Die hier beschriebenen physikalischen Merkmale – von den tiefen subglazialen Becken bis zu den empfindlichen Erdungslinien – sind die grundlegenden Elemente, die die Stabilität des WAIS steuern. Da sich die Beobachtungsfähigkeiten verbessern und die Modelle ausgefeilter werden, wird unser Verständnis dieser Prozesse vertieft. Das Zeitfenster für Maßnahmen zur Abschwächung der Auswirkungen des Meeresspiegelanstiegs wird jedoch enger. Die kontinuierliche Überwachung und Erforschung der physikalischen Merkmale des WAIS ist unerlässlich, um genaue Projektionen zu liefern und die globale Politik zu informieren. Der wichtigste Schritt ist, dass das WAIS kein statischer Eisblock ist; es ist ein dynamisches, reaktionsfähiges System, dessen zukünftiges Verhalten Küstenlinien auf der ganzen Welt für kommende Generationen prägen wird.