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Eiszeit: Gletscher- und Eisschmelze in wenigen Jahrhunderten?
von Michael Kotulla
Studium Integrale Journal
27. Jahrgang / Heft 2 - Oktober 2020
Seite 105 - 107
Zusammenfassung: Ältere Oberflächenformen des antarktischen Meeresbodens werden als Bildungen von ins Meer fließenden und schwimmenden Gletschern gedeutet. Bei fallender Tide sollen die Gletscher auf das weiche Sediment aufgesetzt sein und es an ihrer Vorderkante hochgepresst haben. Aus der Abfolge dieser Aufsetzlinien ist dann unter Zugrundelegung des Tidenzyklus eine Gletscher-Rückzugsrate von 40 bis 50 Meter pro Tag oder > 10 Kilometer pro Jahr ermittelt worden (Dowdeswell et al. 2020). Wird diese lokale Rückzugsrate auf den Abbau großer Inlandeiskörper (≥ 3000 km) übertragen, könnte die Gletscher- und Eisschmelze am Ende der Eiszeit quasi schlagartig in wenigen Jahrhunderten geschehen sein.
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Einleitung
Das die Antarktis umgebende Schelfeis wird heute hauptsächlich über Satelliten beobachtet und vermessen. Dabei sind für die letzten 20 Jahre zunehmende Schelfeis-Rückzugsraten ermittelt worden. Die Frage ist, ob diese gemessenen Rückzugs- bzw. Schmelzraten mögliche maximale Raten repräsentieren. Dies ist wohl nicht der Fall. Das zeigen die Untersuchungen und Ergebnisse von Dowdeswell et al. (2020) über eine rasch zurückweichende antarktische Eisdecke am Ende der Eiszeit1, die hier – unter Darlegung weiter reichender Implikationen – vorgestellt werden.
Glossar
Bathymetrie: Vermessung der Topographie des Meeresbodens. Glazigen: Vom Gletscher- oder Inlandeis geschaffene Formen und abgelagerte Sedimente, z. B. Till (Geschiebemergel). Morphologie: Gestaltlehre; hier im geomorphologischen Sinn: Form bzw. Gestalt der Erdoberfläche. Stratigraphie (Geologie): Hier zeitliche Aufeinanderfolge von Schichten bzw. Schichtgesteinen. subaquatisch: unter der Wasseroberfläche gebildet/befindlich. terrestrisch: auf dem Festland gebildet/befindlich. Tiden: Gezeiten. Tidenzyklus: Periodische Wiederholung des Tidenverlaufs mit Hoch- und Niedrigwasserzeit; eine Tidendauer beträgt etwa 12 Stunden und 25 Minuten.
Vermessung des Meeresbodens
Abb. 1: Kartierung des Meeresbodens vor der Larsen-Inlet-Bucht, Westantarktis.
A Untersuchungsgebiet (9 km2); schematische Karte der Aufsetzzonen „1“-„5“ sowie „a“ und Darstellung hauptsächlich der „Sprossen“-Elemente bzw. Rücken.
B und C Bathymetrische Daten bzw. Detail-Karten, Auflösung 1 m (Ausschnitte siehe A); markiert sind die „Sprossen“ [‚rungs‘] bzw. die quer zur Fließrichtung der Eisströme verlaufenden Rücken [transverse-to-flow ridges] sowie die Seiten der „Leitern“, als mega-skalige glaziale Lineationen (MSGL) [MSGLs] bezeichnet bzw. interpretiert.
D und E Querschnitte (Profile) einer Reihe von Rücken-Elementen; etwa 50-fach und 15-fach überhöht (Ausschnitte siehe B und C). Diskussion siehe Textteil.
(Aus Dowdesdell et al. 2020, mit Genehmigung der American Association for the Advancement of Science, AAAS. Die in der Abbildung eingefügten englischen Originaltexte wurden durch deutsche Texte ersetzt.)
Mit einem autonomen Unterwasserfahrzeug (AUV) ist die Morphologie und oberflächennahe Stratigraphie eines etwa 9 km2 großen Gebiets vor der Larsen-Inlet-Bucht (östliche Antarktische Halbinsel) in einer Wassertiefe von unterhalb 500 m aufgenommen worden. Dabei handelt es sich um einen Ausschnitt eines 40 x 10 km großen Meeresbodenareals, eines früheren Aufsetzzonen-Komplexes (grounding-zone complex) von ins Meer fließenden, knapp über dem Meeresboden schwimmenden und wiederholt auf dem Meeresboden aufsetzenden Gletschern bzw. Eismassen.
Die bathymetrische Karte zeigt hauptsächlich Oberflächenformen, die das Aussehen von „Leitern“ mit zahlreichen „Sprossen“ haben (Abb. 1B und 1C). Die Seiten jeder „Leiter“, linienförmige Elemente, sind Hunderte Meter lang, häufig etwa 2–4 m hoch und treten in Abständen von 50–200 m zueinander auf. Sie verlaufen quasi parallel zu der früheren Richtung des Eisstroms. Die „Sprossen“ überprägen die linienförmigen Elemente und sind quer zur Strömungsrichtung verlaufende, häufig bis 0,5 m hohe Rücken, die etwa in Abständen von 20–25 m zueinander auftreten (Profile Abb. 1D und 1E). Im vermessenen Gebiet sind sechs Bereiche ausgegliedert worden; die Anzahl der aufeinander folgenden „Sprossen“ bzw. Rücken reicht von 28 bis 90 (Abb. 1A, Tab. 1).
Das Alter dieser Formenelemente wird mit > 10.700 kalibrierten Jahren BP2 angegeben; es wurde mit einer paläomagnetischen Intensitätsreferenzkurve bestimmt, die hauptsächlich mit 14C-Altern geeicht ist. Demnach entstand die Topographie im frühen Holozän oder an der Wende Pleistozän/Holozän. Sie wird von einer etwa 1 m dünnen Sedimentschicht drapiert.
Interpretation der Meeresbodenmorphologie
Tab. 1: Kartierung der Rücken und Berechnung der Gletscher-Rückzugsraten. Aufsetzzonen (Bereiche) siehe Abb. 1; Ø, durchschnittlich. Diskussion siehe Textteil. Aufstellung nach Daten in Dowdeswell et al. (2020), insbesondere ihre Table 1.
Die „Leiter“-Seiten werden als sogenannte mega-skalige glaziale Lineationen (MSGL) interpretiert; sie sollen von den über dem Meeresboden schnellfließenden Eisströmen erzeugt worden sein. Die aufliegenden „Sprossen“-Elemente bzw. Rücken werden als Gletscher-Aufsetzlinien interpretiert; dabei soll das weiche Sediment an der untermeerischen Gletscher-Vorderkante deformiert und dort zum Rande hin aus- und hochgepresst worden sein.
Die dafür notwendigen, regelmäßigen Vertikalbewegungen, das Anheben und Absenken der Eisdecke, waren durch die Tiden herbeigeführt worden. Demnach dokumentiert die Nacheinanderfolge von Rücken-Elementen die rückschreitende Wanderung (Migration) der untermeerischen Gletscher-Vorderkante, das Abschmelzen des Gletschers, im Tidenzyklus.
Berechnung der Gletscher-Rückzugsrate
Unter der Annahme, dass die Rücken-Elemente Tiden-moduliert sind, lässt sich über die Abstände der Rücken-Elemente bzw. Aufsetzlinien die Gletscher-Rückzugsrate berechnen. Für die ausgewiesenen sechs Bereiche beträgt die Rückzugsrate 40 bis 50 Meter pro Tag (Tab. 1). Das Zeitfenster ist allerdings auf Grundlage des eingeschränkten Untersuchungsgebietes auf maximal 45 Tage begrenzt (90 Rücken, Bildung von 2 Rücken pro Tag; Bereich 4).
Die Autoren extrapolieren diese Gletscher-Rückzugsrate über das Untersuchungsgebiet hinaus – landwärts. Dabei wird die Rückzugsrate zunächst auf etwa 18 Kilometer pro Jahr extrapoliert, danach unter Berücksichtigung eines möglichen Wintereffekts konservativ auf etwa 10 Kilometer pro Jahr halbiert.3
Ehemaliger Gletscher-Rückzug von > 10 Kilometer pro Jahr: Implikationen
Tab. 2: Gletscher-Rückzugsraten. Vergleich unterschiedlicher Beobachtungsperioden bzw. interpretierter Zeitperioden.
* Bestimmung mit einer paläomagnetischen Intensitätsreferenzkurve, die hauptsächlich mit 14C-Altern geeicht ist; cal., kalibriert; Ø durchschnittlich. Diskussion siehe Textteil. Referenzen: 1 Dowdeswell et al. (2020); 2 Rignot et al. (2014); 3 Hillenbrand et al. (2013).
Dowdeswell et al. (2020) vergleichen die damalige Gletscher-Rückzugsrate mit aktuellen Beobachtungen vom Pine-Island-Gletscher (Westantarktis; Rückzug 1,6 km/Jahr). Demzufolge sei die damalige Rückzugsrate mindestens eine Größenordnung höher als die aktuelle Rate, wobei die aktuelle Rate bereits zwei Größenordnungen höher sei als die durchschnittliche Rückzugsrate der „vergangenen 10.000 Jahre“ (Tab. 2).
Der Rückzug antarktischer Gletscher bzw. Eismassen am Ende der Eiszeit war wesentlich schneller als heute.
Sie stellen fest, dass die aktuelle Gletscher-Rückzugsrate für eine „maximale mögliche Größenordnung“ nicht repräsentativ sei. Würde sich die Rate von damals wiederholen, „hätte ein derart rascher Eismassenverlust an den Ozean deutliche Implikationen auf die Erhöhung der Rate des Meeresspiegelanstiegs“.
Schlagartige Gletscher- und Eisschmelze?
Könnte die Eiszeit mit einer schlagartigen Gletscher- und Eisschmelze (Enteisung) geendet haben? Potenziell ist dies möglich – unter zwei weiteren Voraussetzungen:
1. Eine Extrapolation der Gletscher- bzw. Eis-Rückzugsrate des untersuchten, maximalen Zeitfensters von 45 Tagen auf eine Zeitdauer von mehreren Hundert Jahren; eine Extrapolation auf einige Jahre unternehmen Dowdeswell et al. (2020; s. o.).
2. Eine Übertragung der subaquatischen Gletscher- bzw. Eis-Rückzugsrate dieser einen Lokalität (Larson-Schelf) auf alle anderen vereisten Gebiete, insbesondere auch die rein terrestrischen (Analogieschluss).
Demzufolge könnte sich der Abbau des ehemals größten Eismassen-Komplexes (Nordamerika) potenziell in 300 Jahren vollzogen haben. Hierbei wird eine Distanz von maximal 3000 km vom Rand des Komplexes bis zur nördlichen Mitte zugrunde gelegt. Dem stehen allerdings Radiokarbonalter gegenüber, die auf der 14C-Zeitskala etwa die Spanne von 13.000 bis 5.000 konventionelle 14C-Jahre BP (kalibriert 15.500 bis 5.700 14C-Jahre BP) abdecken, also einen Enteisungs-Zeitraum von ca. 8.000 bis 10.000 14C-Jahren umfasst (Dalton et al. 2020). Die kalibrierten Radiokarbonalter werden üblicherweise mit Kalenderjahren gleichgesetzt.4
Schlagartige Vereisung?
Für den Laurentischen Eisschild5, den größten Teil des nordamerikanischen Eismassen-Komplexes, nehmen Ives et al. (1975) eine „spontane Vereisung“ (instantaneous glacierisation) an. Demnach könnte, so Ehlers (2011, 67), „eine großflächig und annähernd gleichzeitig einsetzende Schnee-Akkumulation im Verlauf weniger Jahrhunderte zur Ausbildung großer Eisschilde geführt haben“. Und Ehlers (2011) weiter: „Dieser Mechanismus wird für das laurentische Vereisungsgebiet Nordamerikas durchaus für wahrscheinlich gehalten“ (mit Verweis auf Clark & Lea 1992).
Es ist bemerkenswert, dass auch bei dem Aufbau eines großen Eisschildes potenziell eine Größenordnung von wenigen Hundert Jahren in Betracht gezogen wird.
1 Eiszeit: Nach dem „Eiszeitalter“-Konzept hier die mutmaßlich letzte Kaltzeit (Würm-, Weichsel- oder Wisconsin-Kaltzeit).
2 BP, before present: vor heute; Bezugsjahr ist 1950.
3 Die Ergebnisse von Dowdeswell et al. (2020) gilt es an weiteren Lokalitäten zu reproduzieren bzw. zu bestätigen.
4 Zu einer Kritik der Radiokarbonmethode siehe z. B. Kotulla (2019).
5 Andere Schreibweise: Laurentidischer Eisschild.
The Last Interglacial-Glacial Transition in North America. The Geological Society of America, Special Paper 270.
An updated radiocarbon-based ice margin chronology for the last deglaciation of the North American Ice Sheet Complex. Quaternary Science Reviews 234; doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106223.
Delicate seafloor landforms reveal past Antarctic grounding-line retreat of kilometers per year. Science 368, 1020–1024.
Das Eiszeitalter. Heidelberg.
Grounding-line retreat of the West Antarctic Ice Sheet from inner Pine Island Bay. Geology 41, 35–38.
Growth and decay of the Laurentide Ice Sheet and comparisons with Fenno-Scandinavia. Naturwissenschaften 62, 118–125.
Verkohlte Baumstämme in Tephra-Ablagerungen des Laacher-See-Vulkans: neue Radiokarbon-Bestimmungen und ihre Altersinterpretation. W+W Special Paper G-19-1, Baiersbronn. https://www.wort-und-wissen.org/wp-content/uploads/g-19-1_radiokarbon.pdf.
Widespread, rapid grounding line retreat of Pine Island, Thwaites, Smith, and Kohler glaciers, West Antarctica, from 1992 to 2011. Geophysical Research Letters 41, 3502–3509.
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Letzte Änderung: 6/28/21
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