Grönland Ice Tilt Warnschilder

& Kugel; Physik 14, 80

Eine Stabilitätsanalyse der Eisdecke, die ein großes Gebiet Grönlands bedeckt, legt nahe, dass das schmelzende Eis ein Rückkehrpunkt sein könnte.

Copernicus Sentinel-Daten, verarbeitet von der ESA

Satellitenbild des Jakobshavn-Gletschers – des sich am schnellsten zurückziehenden Gletschers in Grönland. Die Analyse der Schmelzgeschwindigkeit in den letzten 140 Jahren legt nahe, dass sich der Gletscher einem Wendepunkt nähert.

Die grönländische Eisdecke – ein wichtiger Teil des Klimasystems der Erde – verliert schneller an Masse. Ein Hauptproblem besteht darin, dass sich die Eisdecke zu einem Kipppunkt bewegt, an dem die Eiskappe dauerhaft verloren geht. Eine neue Studie, veröffentlicht in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftendeutet darauf hin, dass ein großer Teil der grönländischen Eisdecke nahe an einem solchen Wendepunkt liegen könnte. Das vollständige Abschmelzen der grönländischen Eisdecke könnte zu einem Anstieg des Meeresspiegels um bis zu 7 m führen und eine Kaskade anderer klimatischer Instabilitäten verursachen.

Neigungspunkte für das Klima sind Schwellenwerte, innerhalb derer große, plötzliche Veränderungen im Klimasystem der Erde stattfinden. Paläogeologische Berichte haben gezeigt, dass eine solche Wippe in der Vergangenheit stattgefunden hat – Beispiele sind die Verwüstung der Sahara und plötzliche Temperaturänderungen während der letzten Eiszeit. Gegenwärtige Klimamodelle, wie sie vom Zwischenstaatlichen Gremium für Klimawandel verwendet werden, hatten jedoch Schwierigkeiten, den vergangenen Klimawandel aufzuklären und die Fähigkeit dieser Modelle in Frage zu stellen, die zukünftige Neigung vorherzusagen.

Ein vielversprechender Ansatz sind nichtlineare dynamische Theorien, die leistungsfähige Werkzeuge zur Beschreibung der zeitlichen Entwicklung natürlicher Systeme bieten. Frühere Studien, die auf nichtlinearer Dynamik basieren, haben darauf hingewiesen, dass es vorläufige Anzeichen für einen sich nähernden Wendepunkt geben kann, der mit der Verlangsamung des dynamischen Verhaltens des Systems verbunden ist.

Der Physiker Niklas Boers vom Potsdamer Institut für Klimafolgenforschung in Deutschland und der Mathematiker Martin Rypdal von der Universität Tromsø – der Arktischen Universität Norwegens – haben nun diese “kritischen Verlangsamungssignale” für den Jakobshavn-Gletscher gefunden.das schnellste Schmelzen des grönländischen Eisbeckens. Das Duo erzielte sein Ergebnis durch Anwendung der nichtlinearen Dynamik-Theorie zur Analyse von Daten aus 150 Jahren über die Schmelzgeschwindigkeit des Gletschers, die aus Eiskernproben abgeleitet wurden.

Ihre Studie konzentriert sich auf eines der wichtigsten Elemente, die die Dynamik der grönländischen Eisdecke regulieren: einen Rückkopplungsmechanismus, der als Schmelzhöhenrückkopplung bezeichnet wird und Schmelz- und Eishöhe verbindet. Durch das Schmelzen wird die Höhe der Eisplatte verringert, wodurch das Eis der wärmeren Luft in niedrigeren Höhen ausgesetzt wird, was wiederum das Schmelzen beschleunigt.

Laut Boers besteht ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von Plattenhöhen anstelle von Schmelzgeschwindigkeiten als Modellparameter darin, dass die Höhe eine „Zustandsvariable“ ist – wie z. B. Temperatur oder Druck. Daher liefert die Hauthöhe einen klareren Hinweis darauf, ob sich das System in der Nähe des mit dem Klimawandel verbundenen Phasenübergangs befindet, sagt er. Die Geschichte der Blatthöhe hat in der Tat Anzeichen einer kritischen Verlangsamung gezeigt.

Eine kritische Verlangsamung tritt auf, wenn sich ein System einer Gabelung nähert, die seinen aktuellen Gleichgewichtszustand instabil macht. Unter solchen Bedingungen dauert es länger, bis das System nach einer Störung wieder im Gleichgewicht ist, als wenn sich das System in einem stabilen Zustand befände. Eine kritische Verzögerung kann durch zwei Parameter angezeigt werden, die die Schwankungen des Systems beschreiben. Die Varianz ist die Größe der Schwankungen um das Gleichgewicht und nimmt in der Nähe der Gabelung zu, da die Kräfte, die das System zum Gleichgewicht bringen, schwächer werden. Die Autokorrelation quantifiziert, inwieweit der Zustand des Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt dem Zustand eines früheren Zeitpunkts ähnlich ist. Für ein System, das sich auf dem Weg zu einem Wendepunkt befindet, bedeutet eine verzögerte Wiederherstellung, dass diese Übereinstimmung zunimmt und einen großen Autokorrelationswert ergibt.

Für den Jakobshavn-Gletscher stellten die Forscher fest, dass sich die Autokorrelation der Einheit nähert und dass die Varianz divergiert – beide weisen auf einen sich nähernden Wendepunkt hin. Die Forscher erkennen an, dass weitere Untersuchungen erforderlich sind, um festzustellen, ob ein Wendepunkt bereits erreicht wurde und ob er nahe ist. Insbesondere sollten andere Rückkopplungsmechanismen in Betracht gezogen werden, einschließlich destabilisierender Effekte – insbesondere der Abnahme der Albedo aufgrund des Verlusts der Eisbedeckung – und stabilisierender Effekte – wie der Zunahme des Schneefalls aufgrund der Erwärmungstemperatur.

Alexander Robinson, Klimaforscher und Gletscher an der Complutense-Universität von Madrid, sagt, dass diese Ergebnisse die zukünftige Modellierung unterstützen werden. Und obwohl die Ergebnisse nicht unbedingt für die gesamte Eisdecke Grönlands gelten, hält er es für besonders wichtig, die Region des Jakobshavn-Gletschers zu untersuchen. “Man könnte es den ‘schwachen Unterbauch’ der grönländischen Eisdecke nennen”, sagt Robinson. „Hier wirst du wahrscheinlich am meisten aufwärmen und [ice] Rückzug. Dies kann daher der Ort sein, an dem Änderungen am frühesten sichtbar werden. ”

‘Die Ergebnisse sind ernüchternd, aber wie sich herausstellte [obtain them] ist beeindruckend “, sagt Tim Lenton, Klimaforscher an der University of Exeter in Großbritannien. Obwohl die Eisdecke ein träges System ist, das sich auf sehr langsamen Zeitskalen ändert, ist die Tatsache, dass die Forscher Signaturen der verzögerten Schwankungen aus Beobachtungsdaten extrahieren konnten, “eine angenehme Überraschung”. Laut Lenton erfordern Ergebnisse, wie sie beispielsweise von Boers und Rypdal erzielt wurden, die Entwicklung von Instrumenten, um die Auswirkungen des Klimawandels zu antizipieren (siehe z 2013 Nationale Akademie der Wissenschaften). “Mit einer relativ bescheidenen Investition können wir ein Frühwarnsignal für eine Reihe von Kletterpunkten entwickeln”, sagt Lenton.

–Richard Blaustein

Richard Blaustein ist freiberuflicher Wissenschafts- und Umweltjournalist in Washington, DC.


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