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Bockiges Meereis

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 23.02.2015 12:15

Der Eisbeobachtungssatellit Cryosat-2 der ESA liefert für das arktische Meereis offenbar die umfassenden Langzeitmessreihen, die die Wissenschaft bisher so sehr vermisste hat. Nach gut fünf Jahren im niedrigen Erdorbit gibt der Satellit ein überraschend wechselhaftes Bild wieder.

Das US-amerikanische Atom-U-Boot USS Hawkbill, aufgetaucht im Eis. (Foto: US Navy/ASL)Das arktische Meereis zeigt keine große Neigung, sich den menschlichen Prognosen zu fügen. "Die Messungen von Cryosat-2 zeigen, dass das Eisvolumen von Jahr zu Jahr sehr variabel ist", erklärte Rachel Tilling vom University College in London auf der Herbsttagung der Amerikanischen Geophysikalischen Union in San Francisco. Tilling wertet für ihre Doktorarbeit die Messdaten des europäischen Eisbeobachtungssatelliten aus, der seit Oktober 2010 die Erde auf einem niedrigen Orbit von durchschnittlich 720 Kilometer Höhe umkreist. "Nach Jahren der Abnahme haben wir im vergangenen Herbst eine Zunahme festgestellt", ergänzt Andrew Shepherd, Professor an der Universität Leeds und Chef des britischen Zentrums für Polarbeobachtung und Modellierung. Tatsächlich war das Eisvolumen im Oktober 2014 um zwölf Prozent größer als der Durchschnitt der vergangenen fünf Jahre. Eine Trendumkehr wollen die beiden Glaziologen aus den Cryosat-Messreihen noch nicht ablesen, doch es sei klar, dass das Geschehen wesentlich komplexer sei, als bisherige Messungen hätten vermuten lassen.

Kompliziert ist schon die Ermittlung des Eisvolumens, denn beim Meereis liegt der Großteil des Volumens unterhalb der Wasseroberfläche. Der Radar von Cryosat-2 misst aber nur die Höhe der Eisoberfläche über dem Meeresspiegel. "Das nennt sich Freibord", erklärt Robert Ricker vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven, "dieses Freibord kann man mit mithilfe des archimedischen Prinzips in Eisdecke umrechnen." Um mit dem Auftrieb das Volumen zu errechnen, braucht man allerdings zusätzlich ein paar Annahmen. Die Satellitendaten müssen mindestens ergänzt werden um Informationen über die Eisdichte. Die wird stichprobenartig ermittelt und variiert nur in Maßen. Wichtiger und variabler ist aber die Dicke der Schneedecke auf den Eisschollen. Die kann das Satellitenradar nicht gut vom Eis unterscheiden, und so würden die Messungen das tatsächliche Volumen stark übertreiben, denn Schnee ist wesentlich weniger dicht als Eis.

Eisvolumenmessungen von Herbst 2010 bis Herbst 2014 durch Cryosat-2. (Foto: ESA)Korrekturinformationen, wenn auch nicht flächendeckend, liefert der Norwegische Meteorologische Dienst, der bereits seit Jahren Daten über die Schneelagen auf den Eisschollen des Polarmeeres sammelt. Ein anderer Korrekturmaßstab sind die Messungen der NASA-Mission Icebridge. Das sind groß angelegte Flugkampagnen an beiden Polen, die seit 2009 regelmäßig durchgeführt werden. "Wir überbrücken die Lücke zwischen Icesat-1 und Icesat-2", erklärt Missionsmanager Michael Studinger vom Goddard Space Flight Center der NASA. Icesat-1 war ein amerikanischer Eisbeobachtungssatellit, der 2009 seinen Betrieb einstellte. Sein Nachfolger kommt erst 2017, "und unsere Flugmission", so Studinger, "soll Daten für die Zwischenzeit liefern, damit wir 2017 keine bösen Überraschungen erleben." Die Kampagnen mit umgerüsteten Fernaufklärern der Marine sollen aber nicht nur Datenlücken vermeiden, sie sollen auch Validierungsdaten für die Satellitenmessungen liefern. Und da kommt wieder Cryosat-2 ins Spiel. Denn die europäischen und die amerikanischen Eisbeobachtungssatelliten haben für dieselbe Aufgabe keineswegs gleiche Instrumente an Bord. Cryosat arbeitet mit Radar, Icesat mit Laser, für beide Instrumente ist kein Platz an Bord eines Satelliten. Die viermotorige Lockheed Orion der NASA hingegen hat Platz genug und daher beides an Bord. "Der ungeheure Vorteil unserer Mission ist, dass wir mit zahlreichen Instrumenten fliegen", sagt Studinger.

Mit den Flugkampagnen in der kanadischen und grönländischen Arktis liefern die Langstreckenflieger sehr genaue Kalibrierungsdaten für beide Satellitenfamilien, so dass man die Messinformationen aus den USA und aus Europa eichen und darüber hinaus zu einem gemeinsamen Bild zusammenführen kann. Mit den Datenfluten der Satelliten wird eine wesentlich genauere Sicht auf den Arktischen Ozean möglich werden, die die Wissenslücke über die Hohen Breiten verkleinern dürfte, die der Weltklimarat IPCC bereits mehrfach beklagt hat. "Die Satelliten liefern Daten, die wir traditionell kaum bekommen konnten", sagt NASA-Glaziologe Walt Meier. Das Nordpolarmeer ist unter den Ozeanen der Welt der am wenigsten bekannte, denn das Eis behindert die Forschungsschifffahrt sehr. Regionen wie der Nordpol oder das Gebiet nördlich des kanadischen Archipels und Grönlands sind wegen ganzjährigen Packeises fast unzugänglich.

Der europäische Eisbeobachtungssatellit Cryosat-2 in einer Computerillustration. (Foto: ESA)Den Polarforschern blieben in dieser Situation bislang nur zwei Möglichkeiten: Sich mit Stationen auf eine Eisscholle zu setzen und mit dieser über den Ozean zu driften - eine Methode, die sowjetische und später dann russische Forscher mehrfach eingesetzt haben. Die Alternative sind die Atom-U-Boote, die seit den 50er Jahren regelmäßig durch den Polarozean patrouillieren. Sehr früh schon sammelten die amerikanischen Schiffe Daten, die auch der Wissenschaft zugute kamen, seit Mitte der 90er Jahre gibt es mit SCICEX sogar ein Wissenschaftsprogramm für die US-Flotte, in dessen Rahmen man unter anderem auch Eisdickenmessungen durchführt. "Die U-Boot-Daten über die Eisdicke sind lange Zeit die einzigen Daten gewesen, die wir überhaupt hatten", erzählt Walt Meier, der im Planungsrat von SCICEX sitzt, "aber sie sind natürlich von eingeschränkten Nutzen, denn wir bekamen nie Datenreihen von exakt denselben Ort zu exakt den gleichen Zeiten." Die U-Boot-Datenreihen hätten daher zwar die Variabilität der Eisdicken über die Jahre hinweg angedeutet, aber ihren wahren Wert hätten sie eher für die Erarbeitung von Langzeittrends gehabt.

Die Satelliten ändern das zumindest für das Meereis - auch wenn die Forscher bedauern, dass europäische und amerikanische Satelliten nicht mit einheitlicher Instrumentierung arbeiten. "Man kann die Daten zusammenführen und das geschieht ja auch", erklärt Andy Shepherd von der Uni Leeds, der bei der ESA-Mission Cryosat als wissenschaftlicher Chefberater die Forschergemeinde vertritt, "verlässlicher wären aber Langzeit-Messreihen mit gleichen Instrumenten." In den USA gibt es die siebenjährige Lücke ohne Satellitenabdeckung, bis Icesat-2 2017 seinen Betrieb aufnimmt. Der europäische Cryosat-2 soll bis 2017 arbeiten, Shepherd und seine Kollegen haben die Lobbyarbeit für den Nachfolger Cryosat-3 bereits aufgenommen, damit es auf europäischer Seite keine Messlücke gibt. "Wir brauchen für das arktische Meereis dieselben ununterbrochenen Messreihen, die bei anderen Messgrößen wie etwa der Meeresoberflächentemperatur schon längst Standard sind", begründet Shepherd das Plädoyer für den nächsten Eisbeobachtungssatelliten.