Seit den 1970er Jahren sind sporadisch enorme Löcher im antarktischen Wintereisbeutel aufgetaucht, aber der Grund für ihre Entstehung war weitgehend rätselhaft.
Wissenschaftler könnten nun mit Hilfe von schwimmenden Robotern und technisch ausgerüsteten Robben die Antwort haben: Die sogenannten Polynyas (russisch für "offenes Wasser") scheinen das Ergebnis von Stürmen und Salz zu sein, neue Forschungsergebnisse.
Polynyas haben in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit erhalten, weil 2016 und 2017 zwei sehr große im Weddellmeer eröffnet wurden; Im letzteren Fall erstreckten sich die offenen Gewässer über 298.100 Quadratkilometer (115.097 Quadratmeilen). Dies geht aus einem Artikel hervor, der im April in der Zeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde.
Der umfassendste Blick auf die Meeresbedingungen während der Polynya-Bildung zeigt nun, dass diese offenen Wasserabschnitte aufgrund von kurzzeitigen Klimaschwankungen und besonders schlechtem Wetter wachsen. Die Polynyas geben auch viel Tiefsee-Wärme an die Atmosphäre ab, mit Konsequenzen, an denen die Wissenschaftler noch arbeiten.
"Es kann das Wetter in der Antarktis verändern", sagte Studienleiter Ethan Campbell, Doktorand für Ozeanographie an der University of Washington, gegenüber Live Science. "Möglicherweise weiter."
Den offenen Ozean beobachten
Die Forscher vermuteten bereits, dass Stürme in den letzten Jahren eine Rolle bei der Entstehung von Polynyas spielten. Ein im April von Atmosphärenwissenschaftlern im Journal of Geophysical Research veröffentlichtes Papier: Atmospheres wies auf einen besonders heftigen Sturm mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 117 km / h im Jahr 2017 hin.
Aber obwohl die Winterstürme von 2016 und 2017 extrem waren, sind stürmische Meere im antarktischen Winter die Norm, sagte Campbell.
"Wenn es nur Stürme wären, würden wir die ganze Zeit Polynyas sehen, aber wir tun es nicht", sagte er. Stattdessen sind große Polynyas relativ selten. 1974, 1975 und 1976 gab es drei große, aber bis 2016 wieder nichts Bedeutendes.
Campbell und sein Team zogen Daten von zwei Roboterschwimmern in Menschengröße, die vom von der National Science Foundation finanzierten Projekt zur Beobachtung und Modellierung von Kohlenstoff und Klima im Südpolarmeer (SOCCOM) im Weddellmeer eingesetzt wurden. Die Schwimmer treiben in den Strömungen etwa eine Meile unter der Meeresoberfläche, sagte Campbell und sammelte Daten über Wassertemperatur, Salzgehalt und Kohlenstoffgehalt.
Zu Vergleichszwecken verwendeten die Forscher auch ganzjährige Beobachtungen von antarktischen Forschungsschiffen und sogar wissenschaftlichen Robben - wilde Flossenfüßer, die mit kleinen Instrumenten ausgestattet waren, um Ozeandaten zu sammeln, während die Tiere ihre üblichen Reisen durchführen.
Stürmische See
Zusammengenommen erklärten diese Beobachtungen die ganze Geschichte der Polynyas 2016 und 2017. Die erste Zutat, sagte Campbell, war Teil eines Klimamusters namens Southern Annular Mode, der polaren Version von El Niño. Cambell sagte, dass eine regelmäßige Klimavariation Winde entweder weiter von der antarktischen Küste entfernt tragen kann. In diesem Fall werden sie schwächer oder näher an der Küste und werden stärker. Wenn die Variabilität die Winde näher und stärker verschiebt, steigt das warme, salzige Wasser von der Tiefe des Weddellmeeres bis zur kälteren, frischeren Meeresoberfläche stärker an.
Dieses Klimamuster und das anschließende Aufschwellen machten die Meeresoberfläche 2016 ungewöhnlich salzig, sagte Campbell, was es dem Ozeanwasser wiederum leichter machte, sich vertikal zu vermischen. In der Regel halten Unterschiede im Salzgehalt die Ozeanschichten getrennt, ebenso wie weniger dichtes Öl auf dem Wasser schwimmt und sich nicht mischen lässt. Da die Meeresoberfläche jedoch ungewöhnlich salzig war, gab es weniger Unterschiede zwischen der Oberfläche und tieferen Gewässern.
"Der Ozean war an der Oberfläche ungewöhnlich salzig, und das machte die Barriere gegen das Mischen viel schwächer", sagte Campbell.
Jetzt brauchte der Ozean nur noch ein wenig Aufsehen. Und die Winter 2016 und 2017 lieferten den Löffel. Schwere Stürme erzeugten Wind und Wellen, die das Wasser vertikal mischten und warmes Wasser vom Meeresboden brachten, das das Meereis schmolz.
Die Auswirkungen der gebildeten Polynyas sind immer noch etwas mysteriös. Die Forscher fanden heraus, dass sich das Innere des Ozeans unter ihnen um 0,2 Grad Celsius abkühlte. Diese freigesetzte Hitze könnte lokale Wettermuster verändern und sogar die Winde global verändern, sagte Campbell.
Noch besorgniserregender sei, dass das Tiefseewasser, das während einer Polynya der Atmosphäre ausgesetzt sei, potenziell kohlenstoffreich sei. Tiefes antarktisches Wasser sind die Friedhöfe für Meereslebewesen, die beim Zerfall Kohlenstoff freisetzen. Wenn dieser Kohlenstoff über Polynyas in die Atmosphäre gelangt, könnten diese Öffnungen im offenen Wasser geringfügig zum Klimawandel beitragen, sagte Campbell.
Ob Polynyas dies tun, ist noch in der Luft, sagte Campbell, aber die neue Studie sollte Wissenschaftlern helfen, mehr Details über das sich ändernde Klima in der Antarktis herauszufinden. Aktuelle Modelle der Antarktis scheinen mehr Polynyas vorherzusagen, als tatsächlich existieren, sagte Campbell. Jetzt werden Klimamodellierer mehr Daten haben, um diese Vorhersagen zu verbessern und eine bessere virtuelle Antarktis für das Verständnis des Klimawandels zu schaffen.
Die Forschung erschien am 10. Juni in der Zeitschrift Nature.
