Radarblick in die grönländische Eisdecke

Seit über 20 Jahren werden von der Universität von Kansas mit dem Flugzeug Tiefenradarmessungen des grönländischen Inlandeises durchgeführt. Nun haben MacGregor et al. (2015) erstmals eine umfassende und datierte Radarstratigraphie des gewaltigen, bis zu über 3000 m dicken Eiskörpers präsentiert.

Die Radardaten aus den Jahren 1993-2013 umfassen über 500 Profile mit einer Gesamtlänge von fast 500 000 km. Primär dienten die Radarmessungen der Bestimmung der Eisdicke; die Beobachtung und Aufzeichnung der internen Reflexionen war ein eher sekundäres Ziel. Sie aber bilden die Grundlage der Radiostratigraphie. Mit diesem bildgebenden Verfahren können die Strukturen des Eiskörpers dargestellt werden (Abb. 1). Für die 3D-Konstruktion wurden nur ausgeprägte Reflexionen verwendet, die sich über eine Distanz von etwa 5 km und mehr verfolgen lassen.

Abb. 1: Tiefenradarmessungen mit dem Flugzeug entlang einer vorgegebenen linearen Strecke (Profil). Das Radargramm zeigt ausgeprägte Reflexionen, Eis-Schichtkörper, deren zeitgleiche Akkumulation (als Schnee) anzunehmen ist. Die Daten sind am 2. Mai 2011 im Rahmen der Operation IceBridge („Eisbrücke“, vgl. Web) gesammelt worden. Visualisierung C. Starr (Credit: NASA’s Scientific Visualization Studio; http://svs.gsfc.nasa.gov/4249).

Die zeitliche Eichung der Radiostratigraphie erfolgte über eine Verankerung mit den datierten Eiskernen, die durch Tiefbohrungen gewonnen wurden (Camp Century, DYE-3, GISP2, GRIP, NGRIP und NEEM; vgl. Kotulla 2013a); ihre Lokalitäten waren durch zahlreiche Radarmessungen erfasst worden. Über zahlreiche Zwischenschritte wurden schließlich etwa 29 500 Reflexionen über alle Profile ausgewählt, mit über 1 800 eindeutigen, über den Eiskörper verteilten (vertikalen) Reflexionsabfolgen, die aus mindestens 10 Reflexionen, teilweise auch aus über 100 Reflexionen bestehen. Schließlich konnten, sekundär auch unter Zuhilfenahme eines Eisflussmodells, 77 % der Reflexionen datiert und so die Altersstruktur des gesamten Eisschildes dargestellt werden (siehe die dem Artikel von MacGregor et al. beigefügten Animationen 2 und 3). Analog der Eiskernchronologie weisen sie drei Abschnitte aus (von oben nach unten): Postglazial (Holozän), Weichsel-Kaltzeit, Eem-Warmzeit (beide Pleistozän), s. Abb. 2. Die Altersangaben erfolgen in Jahren; z. B. soll die Holozän-Epoche vor 11 700 Jahren begonnen haben. Dies ist der Übernahme des eiskernchronologischen Altersmodells geschuldet; die von vermeintlichen „Jahresschichten“ im Eis abgeleiteten [Eiskern-] Jahre dürfen allerdings nicht mit Kalenderjahren gleichgesetzt werden (s. Kotulla 2013b).

Abb. 2: Ein Querschnitt durch den grönländischen Eisschild mit Ausweis der Bildungsperioden (Ausschnitt eines Videos). Nach MacGregor et al. (2015). Visualisierung C. Starr (Credit: NASA’s Scientific Visualization Studio; http://svs.gsfc.nasa.gov/4249).

Das radiostratigraphische Modell erlaubt eine grobe Abschätzung der geographischen Verbreitung des teilweise stark gestörten, der Eem-Warmzeit zugewiesenen Eises auf dem Untergrund sowie eine überschlägige Berechnung der Eisvolumina, die den einzelnen „Kalt-/Warmzeiten“ zugeordnet werden, sog. „Altersvolumina“.

Mit Radardaten hatten zuvor Bamber et al. (2013) die Identifizierung einer Schlucht unter der grönländischen Eisdecke vermelden können, die größer als der Grand Canyon ist. Der „Mega-Canyon“ soll etwa 750 km lang und bis 800 m tief sein; durch ihn soll Schmelzwasser des Untergrundes und möglicherweise der Oberfläche in den Arktischen Ozean fließen.

M. Kotulla

[[Bamber JL, Siegert MJ, Griggs JA, Marshall SJ & Spada G (2013) Paleofluvial Mega-Canyon beneath the Central Greenland Ice Sheet. Science 341, 997-999 • Kotulla M (2013a) Grönländische Eiskerndaten und ihre Interpretation: Absolute Datierung durch Zählung von Jahresschichten? W+W Special Paper G-13-1, Baiersbronn • Kotulla M (2013b) Eiskerndatierung: 100 000 Jahre und mehr? Stud. Integr. J. 20, 84-93 • MacGregor JA, Fahnestock MA, Catania GA, Paden JD, Prasad Gogineni S, Young SK, Rybarski SC, Mabrey AN, Wagman BM & Morligham M (2015) Radiostratigraphy and age structure of the Greenland Ice Sheet. Journal of Geophysical research: Earth Surface 120, 212-241 • NASA Scientific Visualization Studio (2015) Greenland Ice Sheet stratigraphy. ID 4249, http://svs.gsfc.nasa.gov/4249.]