Meereis im Klimasystem - Beobachtete Veränderungen


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Marcel.Nicolaus [ at ] awi.de

Abstract

Ein Großteil des arktischen Ozeans ist die meiste Zeit des Jahres mit Meereis bedeckt. Diese, teils meter-dicke, Eisschicht bildet sich aus gefrorenem Meerwasser und verändert sich ständig durch Wechselwirkungen mit dem Ozean und der Atmosphäre. Im Laufe der Zeit entwickeln sich vielfältige Meereistypen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften. Diese Meereistypen reichen von dünnem neuem über einjährigem bis zu mehrjährigem Meereis, welches bereits mindestens eine Schmelzsaison überdauert hat. Zugleich ist das Meereis meistens mit einer höchst variablen Schneeauflage bedeckt, die ihrerseits in vielen Aspekten die Oberflächeneigenschaften des Meereises bestimmt. So dominiert der Schnee den Großteil der Meereisbeobachtungen, wie sie klassischerweise gemacht werden. Zugleich ist das Meereis in der Arktis wesentlich bedeutender für das globale Klima- und Ökosystem als man es erwarten könnte. Insbesondere wirken sich sein Status und seine Veränderungen weit über die Polarregionen hinaus bis in unsere mittleren Breiten aus. Eine der stärksten und offensichtlichsten Einflüsse auf das Klima hat das Meereis durch seinen Effekt für die Energiebilanz des arktischen Ozeans. Die helle, quasi weiße, Eisdecke reflektiert einen Großteil der einfallenden Sonnenenergie zurück in die Atmosphäre (Oberflächenalbedo), so dass nur ein Bruchteil in das Meereis selbst und schließlich in den Ozean eindringt und beides erwärmen kann. Außerdem entkoppelt es weitgehend den Energie- und Impulsaustausch zwischen Atmosphäre und Ozean. Gleichzeitig führen Winde und Ozeanströmungen dazu, dass das Meereis ständig in Bewegung ist und sich hierdurch selbst stark verändert. Durch das Gefrieren von Meereis wird die Süßwasserbilanz des Ozeans lokal verändert. Das Meereis besteht nämlich aus einer Eisstruktur aus gefrorenem Süßwasser, das mit Soleeinschlüssen durchzogen ist. Insgesamt wird jedoch ein Großteil des Salzes aus dem Meerwasser bei der Eisbildung direkt in den Ozean ausgeschieden. Anders als oftmals angenommen stellt Meereis auch einen Lebensraum für unterschiedlichste Organismen dar. Es gibt Lebensgemeinschaften auf und unter dem Meereis, aber auch die Solekanäle im Eis bilden einen speziellen Lebensraum. Nicht zuletzt haben die Menge, die Verteilung und die Eigenschaften des Meereises auch direkte Auswirkungen auf die wirtschaftliche Nutzbarkeit der Arktis als Ozean. Meereis stellt ein wesentliches Hindernis für die Schifffahrt und Offshore Industrie dar. Um langfristige Veränderungen, sprich Trends, in der Meereisbedeckung und in den Eigenschaften von Meereis in der Arktis beobachten und beurteilen zu können, müssen diese vor allem von der starken Variabilität des Meereises unterschieden werden. Das Meereis und seine Schneeauflage unterliegen starken jahreszeitlichen Veränderungen. Diese Veränderungen werden besonders in der schwankenden Ausdehnung des Meereises mit einem Maximum im März und einem Minimum im September offensichtlich. Darüber hinaus gibt es auch starke Variationen einiger Eigenschaften des Meereises im Tagesverlauf und eine große Abhängigkeit vom Wetter und kurzfristigen Einflüssen. Neben diesen zeitlichen Veränderungen unterliegt das Meereis starken räumliche Variationen auf sehr unterschiedlichen Größenskalen. Diese reichen von der Textur des Meereises auf der Mikroskala über die Strukturen innerhalb einzelner Eisschollen bis zu regionalen Unterschieden durch unterschiedliche Einflüsse der Atmosphäre und des Ozeans. Ein wesentlicher Aspekt für diese Variationen ist die ständige Bewegung des Packeises, bei dem Meereisschollen stetig gegeneinander geschoben werden, sich überlagern, sich neues Eis und offenes Wasser bilden, etc. Aus Satellitenbeobachtungen wird eine Abnahme der Meereisausdehnung beobachtet. Diese Abnahme ist besonders stark im Sommer ausgeprägt, aber auch alle anderen Jahreszeiten sind hiervon betroffen. Es sei aber auch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sich das Meereis jeden Winter neu bildet und dann wieder den Großteil des arktischen Ozeans bedeckt. Zugleich beobachten wir die Abnahme der Dicke des Meereises. Diese Zusatzbeobachtung ist besonders wichtig, um die Veränderung des Volumens und der Gesamtmasse des Meereises beurteilen zu können. Die Messung der Meereisdicke erfolgt heutzutage zumeist mit Hilfe elektro-magnetischer Verfahren. Die Geräte werden dabei entweder direkt über das Eis gezogen oder von Helikoptern / Flugzeugen geschleppt. Solche Messungen finden bei uns zumeist während Expeditionen mit dem Forschungseisbrecher Polarstern in die (zentrale) Arktis statt. Darüber hinaus kann die Dicke des Meereises inzwischen auch von Satelliten (z.B. die Satelliten „CryoSat-2“ und „SMOS“) aus durchgeführt werden. Dabei sind die Boden- und Flugmessungen ein wesentlicher Bestandteil in der Entwicklung und Verbesserung von Fernerkundungsmethoden sowie in der Validierung der Datenprodukte. Eine weitere Beobachtung der letzten Jahre ist, dass das arktische Meereis immer jünger wird, der Anteil mehrjährigen Eises nimmt ab. Hierbei ist jedoch zumeist weniger das Alter an sich von vorrangigem Interesse als vielmehr die hiermit zusammenhängenden physikalischen Eigenschaften. Es werden auch mehr Schmelztümpel im Sommer beobachtet, das Meereis beginnt früher im Jahr zu schmelzen und bildet sich erst später im Herbst neu. Als Konsequenz hieraus verändern sich auch die Energie- und Massenbilanz des Meereises und es werden Veränderungen im Ökosystem erwartet. Zugleich steigt jedoch auch das Interesse an der Arktis, da die neue Zugänglichkeit des Ozeans für Schifffahrt und wirtschaftliche Nutzung Begehrlichkeiten weckt. Um die Variabilität und die darüber hinausgehenden Veränderungen des Meereises intensiver und besser beobachten und letztendlich bewerten zu können, werden immer neue und weiterführende Technologien in der Forschung angewandt. Außerdem werden zunehmend interdisziplinäre Projekte und Expeditionen durchgeführt, um die unterschiedlichen Aspekte besser gemeinsam analysieren zu können. Einige Beispiele hierzu sind die zunehmenden Möglichkeiten automatische Messsysteme zu verwenden. Diese werden auf dem Meereis installiert und zurückgelassen, damit sie anschließend autonom durch die Arktis driften und ihre Daten via Satellit an die Institute senden. So werden jahreszeitliche Veränderungen erfasst wenn, wie zumeist der Fall, sonst keine kontinuierlichen Feldmessungen möglich sind. Außerdem werden Zeitreihen an Messdaten gewonnen, die es in dieser Form in der Vergangenheit nur höchst selten gab. Auch ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge (ROVs, remotely operated vehicles) werden vermehrt eingesetzt, um die räumliche Variabilität unter dem Meereis zu beobachten. Solche Messungen können auch genutzt werden um die physikalischen Eigenschaften unterschiedlicher Meereistypen zu charakterisieren. Derartige Erkenntnisse können dann mit Satellitendaten und Computermodellen verknüpft werden, um großflächige und langfristige Aussagen treffen zu können. So lassen sich beispielsweise auch komplexere Zusammenhänge analysieren, die unter anderem auch mit dem Rückzug des Meereises einhergehen. Es zeigt sich zum Beispiel dass sich auch das verbleibende Meereis stark verändert. Es wird nicht nur dünner sondern es lässt auch mehr Licht in den Ozean eindringen.



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Conference (Invited talk)
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Event Details
Meeresumwelt-Symposium 2014, 03 Jun 2014 - 04 Jun 2014, Hamburg.
Eprint ID
36570
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Nicolaus, M. (2014): Meereis im Klimasystem - Beobachtete Veränderungen , Meeresumwelt-Symposium 2014, Hamburg, 3 June 2014 - 4 June 2014 .


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