Schmelzendes Eis, verschobene Ökosysteme: Der Rückgang der Pressrücken erklärt

Analyse von drei Jahrzehnten Luftüberwachungsdaten zeigt bedeutende Veränderungen

In der Arktis schmilzt das alte, mehrjährige Eis zunehmend, was zu einer dramatischen Verringerung der Häufigkeit und Größe von Pressrücken führt. Diese Rücken entstehen, wenn Eisschollen aufeinanderdrücken und sich stapeln. Sie sind ein charakteristisches Merkmal des arktischen Meereises, stellen zwar ein Hindernis für die Schifffahrt dar, sind jedoch auch ein wesentlicher Bestandteil des Ökosystems. In einer kürzlich in der Zeitschrift Nature Climate Change veröffentlichten Studie berichten Experten des Alfred-Wegener-Instituts über diesen Trend und analysieren Beobachtungsdaten aus drei Jahrzehnten von Luftüberwachungen.

Satellitendaten zeigen alarmierende Trends im arktischen Eis

Satellitendaten der letzten drei Jahrzehnte dokumentieren die dramatischen Veränderungen im arktischen Meereis durch den Klimawandel: Die von Eis bedeckte Fläche im Sommer nimmt stetig ab, die Schollen werden dünner und bewegen sich schneller. Bis vor kurzem war unklar, wie sich diese Entwicklungen auf die charakteristischen Pressrücken ausgewirkt haben, da deren zuverlässige Überwachung aus dem All erst seit wenigen Jahren möglich ist.

Was sind Pressrücken und warum sind sie wichtig?

Pressrücken entstehen durch seitliche Druckkräfte auf das Meereis. Wind oder Meeresströmungen können Eisschollen übereinanderschieben und meterhohe Rücken bilden. Der Teil der Rücken, der über die Wasseroberfläche hinausragt, wird „Segel“ genannt und misst zwischen ein und zwei Metern. Noch beeindruckender ist der „Kiel“ unter der Wasserlinie, der bis zu 30 Meter tief reichen und ein unüberwindbares Hindernis für die Schifffahrt darstellen kann. Pressrücken beeinflussen nicht nur die Energie- und Massenbilanz des Meereises, sondern auch den biogeochemischen Kreislauf und das Ökosystem: Wenn ihre Segel den Wind einfangen, können Schollen über die gesamte Arktis getrieben werden. Eisbären nutzen Pressrücken als Schutz, um zu überwintern oder ihre Jungen zur Welt zu bringen. Zudem bieten die Strukturen eisassoziierten Organismen auf verschiedenen trophischen Ebenen Schutz und fördern die turbulente Durchmischung des Wassers, wodurch die Nährstoffverfügbarkeit erhöht wird.

Ein Forschungsteam des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), hat nun laserbasierte Messungen aus 30 Jahren Forschungsflügen über das arktische Eis neu ausgewertet und analysiert. Die Überwachungsflüge, die eine Gesamtdistanz von etwa 76.000 Kilometern abdecken, zeigen erstmals, dass die Häufigkeit von Pressrücken nördlich von Grönland und in der Framstraße pro Jahrzehnt um 12,2 % und ihre Höhe um 5 % abnimmt. Daten aus der Lincolnsee, einem Gebiet, in dem sich besonders altes Eis sammelt, zeichnen ein ähnliches Bild: Hier sinkt die Häufigkeit um 14,9 % und die Höhe um 10,4 % pro Jahrzehnt.

Was steckt hinter dem mysteriösen Rückgang der Druckrücken?

„Bislang war unklar, wie sich die Pressrücken verändern“, erklärt Dr. Thomas Krumpen, Meereisexperte am AWI und Hauptautor der Studie. „Ein immer größerer Teil der Arktis besteht aus Eis, das im Sommer schmilzt und nicht älter als ein Jahr ist. Dieses junge, dünne Eis kann leichter deformiert werden und bildet schneller neue Pressrücken. Man könnte also erwarten, dass ihre Häufigkeit zunimmt. Dass die Pressrücken dennoch abnehmen, liegt am dramatischen Schmelzen älterer Eisschollen. Eis, das mehrere Sommer überlebt hat, weist besonders viele Pressrücken auf, da es über längere Zeiträume hohen Druckkräften ausgesetzt war. Der Verlust dieses mehrjährigen Eises ist so gravierend, dass wir insgesamt einen Rückgang der Häufigkeit von Pressrücken beobachten, obwohl das dünne, junge Eis leichter zu deformieren ist.“

Um Rückschlüsse auf arktisweite Veränderungen ziehen zu können, kombinierten die Forschenden alle Beobachtungsdaten und entwickelten daraus eine Kennzahl. Mit Hilfe von Satellitendaten wendeten sie diese auf die gesamte Arktis an: „Wir sehen den größten Rückgang der Pressrücken dort, wo das Alter des Eises am stärksten abgenommen hat“, fasst Prof. Christian Haas, Leiter der Meereisphysik am AWI, zusammen. „Deutliche Veränderungen sind in der Beaufortsee zu erkennen, aber auch in der Zentralarktis. Beide Regionen sind inzwischen im Sommer teilweise eisfrei, obwohl sie einst von mindestens fünf Jahre altem Eis dominiert wurden.“

Für die Studie wurden einzelne Pressrücken und deren Höhen während Überwachungsflügen präzise gemessen und analysiert. Dies war dank der Tiefflüge (weniger als 100 Meter über der Oberfläche) und der hohen Scangeschwindigkeit der Lasersensoren möglich, die die Erstellung von Geländemodellen erlaubten. Das AWI begann in den frühen 1990er Jahren mit wissenschaftlichen Flügen über das Meereis, ausgehend von Spitzbergen. Damals wurden zwei Dornier DO228-Flugzeuge, Polar 2 und Polar 4, eingesetzt; diese wurden inzwischen durch zwei Basler BT-67-Flugzeuge, Polar 5 und Polar 6, ersetzt. Speziell für Flüge unter den extremen Bedingungen der Polarregionen ausgerüstet, können diese Flugzeuge mit verschiedenen Sensoren bestückt werden. Mit ihnen überwachen Forschende das Eis nördlich von Grönland, Spitzbergen und Kanada zweimal jährlich. Auch die Hubschrauber des Forschungsschiffs Polarstern sind Teil des Überwachungsprogramms.

Um die direkten Auswirkungen der beobachteten Veränderungen auf das arktische Ökosystem abschätzen zu können, müssen Modelle entwickelt werden, die sowohl physikalische als auch biologische Prozesse in Meereis unterschiedlichen Alters abbilden können. Obwohl bekannt ist, dass Pressrücken eine Vielzahl von Organismen beherbergen, fehlt es noch an einem tieferen Verständnis der Rolle des Alters von Pressrücken. Dieser Aspekt ist besonders wichtig, da der Anteil der Rücken, die ihren ersten Sommer nicht überstehen, zunimmt. Ein weiteres Rätsel: Obwohl die Größe und Häufigkeit der Segel von Pressrücken abgenommen haben, hat die Driftgeschwindigkeit des arktischen Eises insgesamt zugenommen. Wie Dr. Luisa von Albedyll, Meereisphysikerin am AWI und Mitautorin der Studie, erklärt: „Eigentlich müsste das Eis langsamer driften, wenn die Segel kleiner werden, da weniger Fläche für die Übertragung des Impulses vorhanden ist. Das weist darauf hin, dass es andere Veränderungen gibt, die genau den gegenteiligen Effekt haben. Stärkere Meeresströmungen oder eine glattere Unterseite des Eises durch intensiveres Schmelzen könnten hier eine Rolle spielen. Um diese offenen Fragen zu beantworten und die komplexen Zusammenhänge besser zu verstehen, haben wir den gesamten Datensatz in einem öffentlichen Archiv (Link zu PANGAEA) bereitgestellt, damit andere Forschende ihn nutzen und in ihre Studien integrieren können.“

Zukünftige Forschung und offene Daten

Für den kommenden Sommer ist eine Expedition mit dem Forschungsschiff Polarstern geplant, die sich auf die Untersuchung biologischer und biogeochemischer Unterschiede zwischen Eisschollen und Pressrücken unterschiedlichen Alters und Ursprungs konzentriert. Parallel dazu sind umfangreiche Überwachungsflüge mit den Forschungsflugzeugen geplant. Laut Thomas Krumpen: „Durch die Kombination von schiffs- und luftgestützten Beobachtungen erhoffen wir uns bessere Einblicke in die komplexen Wechselwirkungen zwischen Meereis, Klima und Ökosystem – denn wir werden nur dann wirksame Strategien für den Erhalt und die nachhaltige Nutzung der Arktis entwickeln können, wenn wir das Umweltsystem dieser Region besser verstehen.“

Originalveröffentlichung
Thomas Krumpen, Luisa von Albedyll, H. Jakob Bünger, Giulia Castellani, Jörg Hartmann, Veit Helm, Stefan Hendricks, Nils Hutter, Jack C. Landy, Simeon Lisovski, Christof Lüpkes, Jan Rohde, Mira Suhrhoff & Christian Haas
Zeitschrift: Nature Climate Change
Titel des Artikels: Smoother ice with fewer pressure ridges in a more dynamic Arctic
Veröffentlichungsdatum: 6. Januar 2025
DOI: 10.1038/s41558-024-02199-5

Pressekontakt
Roland Koch
Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
Telefon (Büro): +49 471 4831 2006
E-Mail: Roland.Koch@awi.de

Quelle: EurekAlert!