El Niño und La Niña Überblick: Die Pazifiktreiber des globalen Klimas

El Niño und La Niña sind die warmen und kühlen Phasen des El Niño-Süd-Oszillationszyklus (ENSO), ein wiederkehrendes Klimamuster mit Veränderungen der Meeresoberflächentemperaturen (SSTs) und des atmosphärischen Drucks über den äquatorialen Pazifik. ENSO ist die stärkste Variation des Erdklimasystems von Jahr zu Jahr, die alles von der tropischen Zyklonfrequenz bis zur Monsunintensität und polarem Wärmetransport beeinflusst. Während El Niño erwärmt sich der zentrale und östliche Pazifik um 0,5 °C oder mehr über normal, was die Passatwinde schwächt und die Lage der tiefen tropischen Konvektion verändert. La Niña erzeugt das Gegenteil: überdurchschnittliche SSTs in derselben Region, verstärkte Passatwinde und eine Verschiebung des warmen Pools nach Westen. Diese ozeanischen Veränderungen lösen Televerbindungen aus, die sich durch die Atmosphäre ausbreiten, Luftdruckmuster, Jetstream-Positionen und Wärme- und Feuchtigkeitsflüsse bis hin zu den hohen Breiten der Antarktis.

Mechanismen, die ENSO mit der Dynamik des Antarktis-Gletschers verbinden

Die Verbindung zwischen tropischen SST-Anomalien im Pazifik und antarktischem Eis ist nicht direkt; sie funktioniert über eine Kette atmosphärischer und ozeanischer Prozesse. El Niño-Ereignisse erzeugen typischerweise einen Rossby-Wellenzug - eine Reihe von Hoch- und Niederdrucksystemen -, der sich von den Tropen in die mittleren Breiten der südlichen Hemisphäre ausbreitet. Dieser Wellenzug verändert die Stärke und Position des Amundsen Sea Low, eines semipermanenten Drucksystems, das sich vor der Westantarktis befindet. Während El Niño vertieft sich der Amundsen Sea Low oft und verschiebt sich nach Osten, wobei warme, feuchte Luft aus den mittleren Breiten auf das westantarktische Eisschild (WAIS) gezogen wird. Dies führt zu einer erhöhten Oberflächenschmelze, insbesondere auf empfindlichen Eisschelfen wie dem Pine Island Glacier und dem Thwaites Glacier. La Niña neigt umgekehrt dazu, einen schwächeren oder mehr westwärts gelegenen Amundsen Sea Low zu erzeugen, kältere Luftmassen über die Antarktis zu lenken und vorübergehend die Schmelze zu reduzieren. Die Beziehung ist jedoch nicht

Atmosphärische Flüsse und extreme Niederschläge

Eine der direktesten Möglichkeiten, wie ENSO den Eisverlust beschleunigt, sind atmosphärische Flüsse – schmale, feuchtere Federn, die große Mengen Wasserdampf von den Subtropen zu den Polen transportieren. Während starker El Niño-Ereignisse können diese atmosphärischen Flüsse auf der antarktischen Halbinsel und der Westantarktis landen, was zu intensivem Schneefall und, was von entscheidender Bedeutung ist, warmen Temperaturen führt, die Regen auf Schnee verursachen. Regen infiltriert Tannenschichten und setzt latente Wärme frei, wenn es wieder einfriert, was das Eis destabilisiert. Im Jahr 2022 löste ein atmosphärischer Fluss, der mit El Niño-Bedingungen in Verbindung gebracht wird, eine weit verbreitete Oberfläche aus, die ohne ENSO-Zwang statistisch unwahrscheinlich gewesen wäre. Umgekehrt unterdrückt La Niña oft die atmosphärische Flussaktivität über der Antarktis, aber der allgemeine Trend der zunehmenden atmosphärischen Flussfrequenz aufgrund der Erwärmung der Ozeane bedeutet, dass sogar La Niña-Jahre jetzt Episoden von extremem Hitze- und Feuchtigkeitstransport zeigen.

Regionale Auswirkungen auf das Schmelzen des Gletschers: West vs. Ostantarktis

Die Antarktis ist kein einheitlicher Eisschild: Der WAIS ist mariner Natur, was bedeutet, dass ein Großteil seines Grundwassers unter dem Meeresspiegel liegt und daher anfällig für warme Meeresströmungen ist, die die Eisschelfe von unten schmelzen. Der ostantarktische Eisschild (EAIS) ist weitgehend landgestützt und kälter, birgt jedoch aufgrund seines schieren Volumens das größte Potenzial für einen Anstieg des Meeresspiegels. Der Einfluss der ENSO unterscheidet sich deutlich zwischen diesen Regionen.

Westantarktis: Die Thwaites und Pine Island Twin Dragons

Der Amundsen-Meer-Sektor der Westantarktis beherbergt die am schnellsten fließenden Gletscher auf dem Kontinent: Thwaites und Pine Island. Diese Gletscher verlieren bereits Eis mit beschleunigten Raten, was etwa 10% des aktuellen globalen Meeresspiegelanstiegs ausmacht. Satellitendaten des Jet Propulsion Laboratory zeigen, dass während El Niño-Ereignissen warmes zirkumpolares Tiefwasser (CDW) leichter auf den Kontinentalschelf fließt und die Eisschelfe von unten schmelzen. Eine Studie von 2023 in Nature Geoscience fand heraus, dass El Niño-getriebene Windanomalien CDW mit einer Verzögerung von 6-12 Monaten in die Pine Island Bay schieben können, was zu bis zu 30% höheren Basalschmelzraten führt als neutrale Jahre. La Niña hingegen neigt dazu, die Meereisproduktion in der Region zu erhöhen, was die Eisschelfe vor warmem Wasser isolieren kann, aber dieser Effekt schwächt sich ab, wenn die Gesamttemperatur des Ozeans steigt.

Ostantarktis: Der schlafende Riese rührt

Die Ostantarktis galt lange Zeit als stabil, aber die jüngsten Forschungen zeigen, dass große Sektoren - insbesondere die Wilkes Land- und Totten-Gletscherregionen - beginnen, auf die Erwärmung zu reagieren. ENSO-Televerbindungen zur Ostantarktis sind weniger direkt, aber während starker El Niño-Ereignisse kann ein Wellenzug aus dem Pazifik anomale Hochdruck über dem östlichen Südpazifik induzieren, der dann die zonalen Winde um den Kontinent herum verändert. Dies kann warme, trockene Luft in Teile der Ostantarktis bringen, was zu einer Oberflächenschmelze auf den Eisschelfen des Rossmeeres und des Amery-Eisschelfs führen. Der dominierende Antrieb für die Ostantarktis bleibt jedoch ozeangesteuerte Basalschmelze, die weniger empfindlich auf ENSO als auf langfristige Veränderungen im Umlauf des Südpolarmeers ist. Eine 2024-Analyse des National Snow and Ice Data Center zeigt, dass El Niño zwar den Massenverlust von ostantarktischen Austrittsgletschern kurzzeitig erhöhen kann, der Beitrag wird durch die stetige Beschleunigung in den Schatten

Der globale mittlere Meeresspiegel ist seit 1900 um etwa 21 cm gestiegen, wobei sich die Rate von ~ 1,4 mm/Jahr im frühen 20. Jahrhundert auf über 4,5 mm/Jahr in den 2010er Jahren beschleunigt hat. ENSO trägt zu der jährlichen Variabilität dieses Anstiegs bei, aber seine Rolle ist komplex. Während der El Niño-Jahre kann die Kombination aus wärmeren Ozeantemperaturen, die thermische Ausdehnung und schnellere Gletscherabfuhr aus der Antarktis verursachen, die globale Rate um 0,2 bis 0,5 mm/Jahr über dem Trend erhöhen. Zum Beispiel war der 2015-2016 El Niño mit einem Anstieg des globalen Meeresspiegels um etwa 5 mm gegenüber dem Vorjahr verbunden, hauptsächlich aufgrund von Veränderungen der Wasserspeicherung an Land und erhöhtem Eisverlust von der antarktischen Halbinsel. La Niña-Jahre, wie 2020-2021, zeigen eine vorübergehende Verlangsamung, aber der zugrunde liegende Trend bleibt nach oben.

Eisschelfkollaps und Feedback-Schleifen

Die größte Bedrohung durch die ENSO-verstärkte Schmelze ist nicht der direkte Schmelzwassereintrag, sondern die Destabilisierung von Eisschelfen. Eisschelfs wie Larsen C, Getz und Dotson wirken als strukturelle Dämme, die den Fluss von geerdetem Eis in den Ozean verlangsamen. Wenn warmes Ozeanwasser oder Oberflächenschmelzwasser sie schwächt, können sie brechen und zusammenbrechen, wie bei Larsen B im Jahr 2002 zu sehen ist. El Niño-Ereignisse erhöhen die Wahrscheinlichkeit eines solchen Zusammenbruchs, indem sie sowohl die Basal- als auch die Oberflächenschmelze fördern. Der Verlust eines Eisschelfs kann eine schnelle Beschleunigung der stromaufwärts gelegenen Gletscher auslösen - der Pine Island Gletscher hat sich innerhalb von Monaten nach seiner Ausdünnung im Jahr 2017 beschleunigt El Niño. Diese Rückmeldungen bedeuten, dass die Auswirkungen eines einzelnen El Niños über Jahre anhalten können, da die nicht genarbten Gletscher auch nach der Rückkehr von ENSO schneller fließen. Der sechste Bewertungsbericht des IPCC hebt hervor, dass das WAIS bis 2100 unter hochemissionsreichen Szenarien bis zu

Schlüsselfaktoren, die die Reaktion der Gletscher auf ENSO beeinflussen

Mehrere miteinander verbundene Faktoren bestimmen, wie die antarktischen Gletscher auf ein bestimmtes ENSO-Ereignis reagieren.

  • ]Anomalie der Meeresoberflächentemperatur: Die Größe und das räumliche Muster der SST-Anomalien im Pazifik bestimmen die Stärke des Rossby-Wellenzugs. El Niño-Ereignisse mit SSTs >2°C über dem Normalwert in der Nino3,4-Region erzeugen die stärksten antarktischen Televerbindungen.
  • Atmosphärische Temperaturschwankungen: Die Oberflächenlufttemperatur über der Westantarktis kann während starker El Niño-Ereignisse um 2-4 ° C ansteigen, wodurch die 0° C -Isotherme landeinwärts gedrückt wird und das Schmelzen auf Eisschelfen verursacht wird, die normalerweise das ganze Jahr über eingefroren bleiben.
  • Windmusterverschiebungen: Veränderungen im Amundsen Sea Low verändern die Richtung und Geschwindigkeit der Küstenwinde, die wiederum den Zufluss von warmem zirkumpolarem tiefem Wasser auf den Kontinentalschelf modulieren. Osterwindanomalien während La Niña können kaltes Wasser aufsteigen lassen, während westliche Anomalien während El Niño warmes Wasser auf den Schelfe treiben.
  • Ozeanströmungen: Der Antarctic Circumpolar Current (ACC) und der Ross Gyre reagieren auf ENSO mit einer Verzögerung von Monaten bis Jahren. Verschiebungen in den Frontalpositionen des ACC können warmes Wasser näher an die Eisschelffronten bringen und die Basalschmelze beschleunigen.
  • Langfristige Klimatrends: Die Hintergrunderwärmung des Südlichen Ozeans und der Atmosphäre verstärkt die Auswirkungen der ENSO. Ein Anstieg der Meerestemperatur um 1 °C seit den 1990er Jahren bedeutet, dass selbst neutrale ENSO-Jahre jetzt Schmelzraten erzeugen, die in den vergangenen Jahrzehnten als ungewöhnlich angesehen worden wären.
  • Meereisausdehnung: La Niña vergrößert typischerweise das Meereis um die Antarktis, was die Eisschelfs vor Wellenwirkung und warmer Luft schützen kann. Der dramatische Rückgang des antarktischen Meereis seit 2016 – mit Rekordtiefs in allen Jahreszeiten – hat diesen Schutzpuffer geschwächt, was die Eisschelfs während ENSO-Ereignissen anfälliger macht.
  • Eisschelfgeometrie und Basalkanäle: Eisregale mit tiefen Basalkanälen (wie das Dotson-Eisschelf) sind anfälliger für das Eindringen von warmem Wasser. ENSO-gesteuerte Meeresströmungen können vorzugsweise warmes Wasser in diese Kanäle leiten und sie von unten mit bis zu 10 m / Jahr ausdünnen.

Beobachtete Ereignisse: Fallstudien von ENSO-gesteuerter Schmelze

Die Untersuchung spezifischer ENSO-Episoden veranschaulicht die realen Folgen für die antarktischen Gletscher. Der El Niño von 1982-1983, einer der stärksten des 20. Jahrhunderts, verursachte eine ~30% ige Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des Pine Island Gletschers, ein Effekt, der fast drei Jahre nach dem Ende des Ereignisses anhielt. Die Satelliten-Radar-Interferometrie der ERS-Missionen der Europäischen Weltraumorganisation zeigte, dass die Beschleunigung durch die Ausdünnung des Eisschelfs aufgrund des warmen Ozeanwassers getrieben wurde. Der El Niño von 1997-1998 löste in ähnlicher Weise eine weit verbreitete Oberflächenschmelze auf dem Larsen C-Schelfeis aus, was zur Bildung des großen Risses führte, der schließlich den A-68-Eisberg im Jahr 2017 kalbte.

Im Gegensatz dazu erzeugte der La Niña 2010-2011 kältere als durchschnittlichen Bedingungen über der Westantarktis, Verringerung der Schmelzraten vorübergehend. Diese Erholung war jedoch von kurzer Dauer: In den folgenden Jahren wurden Rekordtemperaturen erlebt, als sich der Hintergrunderwärmungstrend wieder durchsetzte. Der 2015-2016 El Niño fiel mit dem größten Oberflächenschmelzeereignis zusammen, das jemals auf dem Ross-Schelfeis aufgezeichnet wurde, mit Schmelzwasserteichen, die ein Gebiet von der Größe Deutschlands bedeckten. Das gleiche Ereignis trug zum Kalben des massiven A-68-Eisbergs aus dem Larsen-C-Eisschelf im folgenden Jahr bei. Eine 2022-Studie mit dem ICESat-2-Laserhöhenmesser der NASA ergab, dass sich die Ausdünnungsrate des Thwaites-Gletschers während des 2015-2016 verdoppelte El Niño im Vergleich zu der neutralen Periode, die ihm vorausging.

Zukunftsprojektionen: ENSO in einer Welt der Erwärmung

Klimamodelle sind sich nicht einig, wie sich ENSO selbst mit der globalen Erwärmung verändern wird: Einige projizieren eine Zunahme extremer El Niño-Ereignisse, während andere eine Verschiebung hin zu häufigeren zentralpazifischen (Modoki) El Niños vorschlagen. Unabhängig vom genauen Muster stimmen fast alle Modelle darin überein, dass sich die Auswirkungen von ENSO auf das antarktische Eis aufgrund des wärmeren Hintergrundzustands verstärken werden. Eine Erwärmung der Atmosphäre um 1,5°C erhöht die Feuchtigkeitsaufnahmekapazität um etwa 7%, was bedeutet, dass zukünftige El Niño-Ereignisse mehr Wärme und Regen in die Eisschelfe liefern werden. Darüber hinaus wird der Ozeanwärmegehalt im Amundsen-Meer bis Mitte des Jahrhunderts voraussichtlich um 0,5-1°C steigen, was es selbst moderaten El Niño-Ereignissen erleichtert, eine kräftige Basalschmelze auszulösen.

Die Wissenschaftler sind auch besorgt über die Möglichkeit von FLT:0, Kipppunkte, wo die Instabilität der Meereseisschilde irreversibel wird. ENSO könnte als Auslöser fungieren, der einen Gletscher über seine Stabilitätsschwelle hinausschiebt. Der Thwaites-Gletscher zum Beispiel erlebt bereits einen Rückgang der Erdungslinien mit Raten von bis zu 1 km / Jahr und ein starker El Niño in den 2030er Jahren könnte diesen Prozess über den Punkt ohne Rückkehr hinaus beschleunigen. Die FLT:2 NASA Operation IceBridge und die International Thwaites Glacier Collaboration überwachen diese Risiken aktiv, aber die Zeitskalen der Reaktion der Eisschilde bedeuten, dass Entscheidungen zur Reduzierung der Emissionen heute bestimmen werden, wie viel ENSO-getriebene Schmelze wir im 22. Jahrhundert erleben.

Fazit: Die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Beobachtung und Modellierung

El Niño und La Niña sind natürliche Klimavariationen, aber ihre Auswirkungen auf die Antarktis werden durch die vom Menschen verursachte Erwärmung verstärkt. Glaziologen und Klimawissenschaftler arbeiten daran, die Darstellung von ENSO-Televerbindungen in Erdsystemmodellen zu verbessern, da aktuelle Modelle die beobachtete Häufigkeit extremer Schmelzeereignisse auf dem WAIS nur schwer erfassen können. Satellitenmissionen wie ICESat-2, CryoSat-2 und die bevorstehende NASA-ISRO SAR Mission (NISAR) werden die hochauflösenden Daten liefern, die benötigt werden, um Veränderungen der Gletscherhöhe und der Erdungslinienposition Jahr für Jahr zu verfolgen. Für politische Entscheidungsträger ist die Botschaft klar: Selbst wenn die ENSO-Zyklen wie in der Vergangenheit weitergehen, wird ihr zerstörerisches Potenzial auf den Eisschilden wachsen. Die Reduzierung der Treibhausgasemissionen bleibt der einzige Weg, um die zugrunde liegende Erwärmung zu verlangsamen, die jeden El Niño zu einem gefährlicheren Ereignis für die Gletscher der Antarktis und die Küsten der Welt macht