Unter Druck stehende Blasen, die tief im Eis von Gezeitengletschern eingeschlossen sind, spielen eine wichtige Rolle bei der Freisetzung von Schmelzwasser durch diese riesigen Strukturen. Das ist die Schlussfolgerung von Wissenschaftlern in den USA unter der Leitung von Meagan Wengrove an der Oregon State University. Das Team sagt, dass seine Ergebnisse den Forschern helfen werden, das zukünftige Abschmelzen der Gletscher weitaus genauer vorherzusagen, als dies heute möglich ist.
Als Folge des Klimawandels kommt es zu einem stetigen Rückgang vieler Gletscher. Dazu gehören Gezeitengletscher, die sich in hohen Breiten befinden, wo die Temperaturen kühl genug sind, dass das Eis direkt ins Meer fließen kann.
Heute wissen Glaziologen, dass dieser Verlust durch die Rückkopplung zwischen Eisschmelze, Gletscherfluss und Ozeanzirkulation beschleunigt wird. Aber selbst wenn diese Effekte in ihre Modelle einbezogen werden, unterschätzen die Berechnungen durchweg die Schmelzraten.
Platzende Blasen
Wengrove erklärt: „Wir glauben, dass es mehrere wichtige physikalische Mechanismen im Zusammenhang mit dem Schmelzen von Gezeitengletschern gibt, die in diesen Modellen fehlen.“ Eine davon könnte das Platzen und Aufsteigen von Blasen sein.“ Diese Idee entstand erstmals im Jahr 2015, als Erin Pett, ebenfalls im Bundesstaat Oregon, beobachtete, wie sich die Freisetzung eingeschlossener Luftblasen auf das Schmelzen des Gletschers auswirkt.
Diese Blasen bilden sich in den Lücken zwischen den Schneeflocken, die auf Gletscher fallen. Diese Blasen machen etwa 10 % des Volumens des neu gebildeten Eises aus. Wenn sich Neuschnee ansammelt, werden sie dann komprimiert und erreichen schließlich einen Druck von bis zu 20 Atmosphären, wenn sie auf den Grund des Gletschers sinken.
Wengrove erklärt, dass dieser Druck dramatische Auswirkungen hat, wenn die Luft schließlich freigesetzt wird: „Pettit fand heraus, dass das Eis beim Schmelzen knallende Geräusche von sich gibt, sobald ein Gezeitengletscher den Ozean erreicht. Dies liegt daran, dass im Eis eingeschlossene Blasen aufgrund eines Druckunterschieds zwischen dem Meerwasser und dem inneren Blasendruck ins Wasser explodieren.“
Turbulente Mischungen
Es ist bekannt, dass Blasen einen wichtigen Einfluss darauf haben, wie sich Flüssigkeiten vermischen – und beispielsweise eine Reihe industrieller Prozesse beeinflussen. Laut Wengrove dürfte dieser Effekt für das Gletscherschmelzen, bei dem sich kaltes Schmelzwasser mit wärmerem Meerwasser vermischt, nicht weniger relevant sein. Bisher wurde der Einfluss von Blasen auf das Gletscherschmelzen jedoch kaum berücksichtigt.
Aufbauend auf Pettits Entdeckung haben Wengrove, Pettit und ihre Kollegen den Effekt aus einer multidisziplinären Perspektive untersucht und dabei Bereiche wie Glaziologie, Ozeanographie und Wengroves eigenes Spezialgebiet der Strömungsmechanik abgedeckt.
„Unsere Studie hat die Geschwindigkeiten und Turbulenzen der Wassersäule in der Nähe des schmelzenden echten Gletschereises gemessen, was noch nie zuvor durchgeführt wurde“, erklärt Wengrove. „Wir verglichen unsere Ergebnisse auch mit einer zweiten Reihe von Experimenten mit klarem, blasenfreiem Eis, um nachzuahmen, wie frühere Schmelzexperimente durchgeführt wurden.“
Im Eis gefangen: die überraschend hohen Mengen künstlicher radioaktiver Isotope in Gletschern
Durch die Einbeziehung platzender Blasen in ihr Modell konnte das Team das beobachtete Abschmelzen von Gezeitengletschern viel genauer beschreiben als frühere Studien. „In einer Laborumgebung haben wir herausgefunden, dass Gletschereis 2.25-mal schneller schmilzt als klares, blasenfreies Eis“, sagt Wengrove. „Wir haben auch gesehen, dass Gletschereis 20-mal mehr kinetische Energie und sechsmal mehr turbulente kinetische Energie erzeugt als klares Eis.“
Basierend auf diesen Beobachtungen entwickelten die Forscher ein neues Modell, das die Energiemenge berücksichtigt, die die Blasen zum Schmelzprozess beitragen, wenn sie platzen und dann an die Meeresoberfläche aufsteigen. Sie untersuchten auch, wie sich diese Energie sowohl mit dem Blasen- als auch mit dem Wasserdruck ändert.
Wengroves Team hofft, dass ihre Arbeit zukünftige Studien anregen wird, die das Abschmelzen von Gezeitengletschern weitaus genauer modellieren werden, als es heute möglich ist. Im Erfolgsfall würde dies den Wissenschaftlern wichtige Informationen liefern, die in den kommenden Jahrzehnten zu einem besseren Verständnis der globalen Veränderungen der Ozeane und der Erdatmosphäre führen könnten.
Die Forschung ist beschrieben in Nature Geoscience.
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