Schmelztümpel auf Meereis werfen einen Blick in die Zukunft

Das arktische Meereis schwindet seit Jahrzehnten immer weiter. Der Rückgang ist stärker als von den Wissenschaftlern und ihren Modellenvorhergesagt wurde. Der Grund dafür ist wohl das mangelnde Verständnis des Systems und fehlende Zusammenhänge. Eine Forschungsgruppe der Universität Reading (UK) hat vielleicht die Antwort gefunden: Schmelzwassertümpel auf dem Eis führen zu einer positiven Rückkoppelung und verstärken das Abschmelzen. Mehr noch: Die Gruppe kann aufgrund der Tümpelbildung auf dem Eis im Frühjahr vorhersagen, wie stark das Eis am Ende des Sommers zurückgegangen sein wird.

Schmelzwassertümpel und -seen bilden sich etwa ab Mai auf der Eisoberfläche durch das Abschmelzen der obersten Schichten. Dabei verringert sich der Albedoeffekt, d.h. die Abstrahlung der Wärme, um durchschnittlich rund 20 Prozent bis Mitte Juli, am Höhepunkt der Schmelzwasserbildung Diese Wärme wird im Schmelzwasser gespeichert und verstärkt den Schmelzeffekt. Dabei finden sich zwar grosse Schwankungen zwischen den Orten und auch den Jahren. Doch der Trend ist über die Jahre immer stärker angestiegen. Dank dieser Erkenntnis sind Schmelzwasserflächen zwar immer mehr in den Fokus der Forschung geraten. Aber trotzdem beinhalten gängigen Klima- oder Eismodelle Schmelztümpel nicht als Faktor zur Berechnung des schwindenden arktischen Meereises.

Eine Forschungsgruppe des Zentrums für Polarbeobachtung und Modellierung (CPOM) in Grossbritannien hat sich diese Problems angenommen und in ihrer aktuellen Arbeit diesen Faktor untersucht. Ihre überraschenden Resultate sind in der April-2014 Ausgabe des renommierten Journals Nature Climate Change veröffentlicht worden.

Schmelztümpel und minimale Meereisausdehnung

Die Gruppe, die aus Mitgliedern von vier verschiedenen britischen Universitäten besteht, hat ein neues Modell für die Schmelzwasserbildung entwickelt und sie in ein weit angewandte Meereismodell (CICE) eingebettet. Um zu testen, ob dieses weiterentwickelte Modell Bestand hat, simulierten sie die Bildung von Schmelzwassertümpel zwischen 1979 und 2013 auf dem arktischen Meereis und verglichen die Daten mit Bilddaten des NASA-Moduls MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer). Dabei zeigte sich, dass das Modell sehr genau die Wirklichkeit abbildet. Ausserdem zeigten die Resultate, dass sowohl innerhalb der Regionen und auch der Jahre sehr grosse Unterschiede in der Ausdehnung der Schmelzwasserbildung bestehen. Beispielsweise bedeckten Schmelzwassertümpel in der Beaufortsee bis 40 Prozent der Meereisoberfläche sogar 1996, als das Meereis in der Arktis seine grösste Ausdehnung seit 1979 erreicht hatte. Auch 2012, als die minimalste jemals gemessene Ausdehnung erreicht worden war, gehörten die Beaufortsee und die Baffin-Bucht in Kanada zu den am stärksten betroffenen Gebieten. Doch auch auf der russischen Seite der Arktis zeigte sich kein besseres Bild.

Die Resultate der weiteren Untersuchung zeigten auch, dass eine klare Korrelation zwischen der Bildung von Schmelzwasser und der Meereisausdehnung im September besteht. Vor allem der Zeitraum im Mai, also der Beginn der Schmelze, scheint den grössten Einfluss auf die Stärke der Ausdehnung im September zu haben. Die Forscher erklären diesen Zusammenhang mit der verringerten Albedo, den Schmelzwassertümpel aufweisen. Die Wärmestrahlung der Sonne wird dabei nicht zurückgeworfen, wie das bei Eis und Schnee geschieht, sondern vom Wasser aufgenommen. Dies führt zu einer positiven Rückkoppelung der Schmelze und zu einer grösseren Schmelzung des arktischen Meereises.

Die Zukunft des arktischen Meereises

Durch die Resultate dieses verbesserten Modells ergibt sich die Frage, ob auch die Vorhersagekraft über die Entwicklung der Meereisausdehnung verbessert werden kann. Denn bisher variierten die Vorhersagen der einzelnen Modelle stark voneinander, was zu Komplikationen führte. Die Wissenschaftler des CPOM testeten ihr Modell zuerst rückblickend, d.h. sie sagten die Schmelzwasserfläche voraus aufgrund der Meereisausdehnungen, was gut aufeinanderpasste. Danach folgte der Haupttest, die Vorhersage der Meereisausdehnung im Verlauf der letzten 35 Jahre und auch hier erwies sich ihr Modell als zuverlässiger als die übrigen Modellberechnungen. Die Resultate des Modells stimmten mit den Beobachtungen der letzten 35 Jahre sehr genau überein. Die Autoren der Studie meinen auch, dass ihre Ergebnisse ein wichtiger Meilenstein in der Vorhersage über die Eisentwicklung in der Arktis sind. Ihr Modell wird auf jeden Fall ein nützliches Werkzeug sein, um die Zukunft der arktischen Eisdecke vorhersagen zu können.

Quelle: Schröder et al (2014), Nature Climate Change 4(5) 353-357: September Arctic sea-ice minimum predicted by spring melt-pond fraction.