Helmholtz-Zentrum Deutsches Geoforschungszentrum

Die Dynamik des Klimas auf einer Zeitskala von zehntausenden Jahren wird von Änderungen der Eisschilde sowie des Meeresspiegels beeinflusst. Beide wirken als Last, die die feste Erde deformiert. Die Deformationen beeinflussen damit rückwirkend die klimarelevanten Oberflächenprozesse in der Atmosphäre (Änderungen der Topographie), im Ozean (Änderungen der Bathymetrie) und der Eisschilde (Änderungen des Meeresspiegels am Eisrand und der Grundgebirgstopographie).

Wir konzentrieren uns auf die numerische Modellierung der Eisschilddynamik als Reaktion auf Klimavariationen; wir modellieren, wie die feste Erde auf die Eismassenänderungen reagiert, und berücksichtigen die gravitativ konsistente Rückkopplung auf das Eisschild, die durch GIA beinflussten Meeresspiegelvariationen mit einbezieht.

GIA beeinflusst vor allem Prozesse in den Polarregionen, da ihr Einfluss auf die Eisschildynamik dominiert. Folgende Mechanismen sind von Relevanz:

Eisschild-Ozean:

Schelfeise sind an ihrer Unterseite in direktem Kontakt mit dem Wasser des Ozeans. Die Temperatur und Zirkulation des Wassers in der Schelfeiskaverne bestimmen die basalen Schmelzraten. Sie beeinflussen die Dicke des Schelfeises und damit die Position der Aufsetzlinie des Eises, welche einen großen Einfluss auf die Dynamik des angrenzenden gegründeten Eisschildes, seine Massenbilanz und damit die Höhe des globalen Meeresspiegels hat. Andererseits hat die Form der Schelfeiskaverne und die Postion der Aufsetzlinie ebenso wie die Menge des durch Schmelzen eingebrachten Süßwassers einen entscheidenen Einfluss auf die Zirkulation des Ozeans unter dem Schelfeis. Änderungen im Meeresspiegel durch lokale oder globale Prozesse veränden so die Größe der Kaverne was sich rückwirkend auf Eischilddynamik und Ozeanzirkulation auswirkt.

Eisschild-Atmosphäre:

Die Albedo der Eisoberfläche bestimmt wieviel Sonnenenergie reflecktiert wird. Staub, Algenbewuchs und die Charakteristik des Firns sind im wesentlichen durch atmosphärische Prozesse geprägt. Jahreszeitliche Änderungen in der Temperatur und im Wassertransport der Atmosphäre beeinflussen darüberhinaus durch Abschmelz- und Niederschlagsraten die Massenbilanz und die Dynamik des Eisschildes. Durch GIA verursachte Vertikalbewegungen der umgebenden Ozeanfläche sowie der Eisschildbasis, beeinflussen damit die Höhe des Eises bezüglich der Atmosphäre und damit das Niederschlagsregime. Eisschild-Ozean: Schelfeise sind an ihrer Unterseite in direktem Kontakt mit dem Wasser des Ozeans. Die Temperatur und Zirkulation des Wassers in der Schelfeiskaverne bestimmen die basalen Schmelzraten. Sie beeinflussen die Dicke des Schelfeises und damit die Position der Aufsetzlinie des Eises, welche einen großen Einfluss auf die Dynamik des angrenzenden gegründeten Eisschildes, seine Massenbilanz und damit die Höhe des globalen Meeresspiegels hat. Form und Andererseits hat die Form der Schelfeiskaverne und die Postion der Aufsetzlinie ebenso wie die Menge des durch Schmelzen eingebrachten Süßwassers einen entscheidenen Einfluss auf die Zirkulation des Ozeans unter dem Schelfeis. Änderungen im Meeresspiegel durch lokale oder globale Prozesse veränden so die Größe der Kaverne was sich wiederum Rückwirkend auf Eischilddynamik und Ozeanzirkulation auswirkt. Eisschild-Atmosphäre: Die Albedo der Eisoberfläche bestimmt wieviel Sonnenenergie reflecktiert wird. Staub, Algenbewuchs und die Charakteristik des Firns sind im wesentlichen durch atmosphärische Prozesse geprägt. Jahreszeitliche Änderungen in der Temperatur und im Wassertransport der Atmosphäre beeinflussen darüberhinaus durch Abschmelz- und Niederschlagsraten die Massenbilanz und die Dynamik des Eisschildes. Durch GIA verursachte Vertikalbewegungen der umgebenden Ozeanfläche sowie der Eisschildbasis, beeinflussen damit die Höhe des Eises bezüglich der Atmosphäre und damit das Niederschlagsregime. 

GIA beeinflusst vor allem Prozesse in den Polarregionen. Ihr Einfluss auf die globale Verteilung des Meeresspiegels während eines glazialen Zyklus ist aber gleichermaßen relevant, da er das Trockenfallen von Kontinentalschelfen und den zeitlich sich ändernden Durchlass von Passagen wie der Beringstraße oder der Sundastraße kontrolliert, und damit die globale Ozeanzirkulation beeinflusst.

Referenzen:

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Bernales, J., Rogozhina, I., Thomas, M. (2017): Melting and freezing under Antarctic ice shelves from a combination of ice-sheet modelling and observations. - Journal of Glaciology, 63, 240, 731-744. doi.org/10.1017/jog.2017.42

Timmermann, R., Goeller, S. (2017): Response to Filchner–Ronne Ice Shelf cavity warming in a coupled ocean–ice sheet model – Part 1: the ocean perspective. - Ocean Science, 13, 765-776. https://doi.org/10.5194/os-13-765-2017

Konrad, H., Sasgen, I., Klemann, V., Thoma, M., Grosfeld, K., Martinec, Z. (2016): Sensitivity of grounding-line dynamics to viscoelastic deformation of the solid-earth in an idealized scenario. -Polarforschung, 85, 2, p. 89-99. doi.org/10.2312/polfor.2016.005 | www.polarforschung.de/Inhalt/

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