Zusammenarbeit mit der Universität Cambridge enthüllt die Rolle des Schneematsches beim Abschmelzen des Schelfeises
Forschungsergebnisse zeigen, dass mehr als die Hälfte des Schmelzwassers auf den Schelfeisen der Antarktis Schneematsch ist, der in den Klimamodellen nicht berücksichtigt wird.
Mehr als die Hälfte des Schmelzwassers auf dem antarktischen Schelfeis während des Hochsommers besteht aus wassergetränktem Schnee, der jedoch in regionalen Klimamodellen nicht berücksichtigt wird.
Forscher, die Techniken der künstlichen Intelligenz (KI) einsetzten, um den antarktischen Schneematsch zu kartieren, fanden heraus, dass 57 % des gesamten Schmelzwassers auf dem Schelfeis Schneematsch war, während die restliche Menge in Teichen und Seen an der Oberfläche gehalten wurde. Ihre Ergebnisse könnten tiefgreifende Auswirkungen auf die Stabilität des Schelfeises und den Anstieg des Meeresspiegels haben.
Maschinelles Lernen deckt Schneematschpegel auf
Mit der Erwärmung des Klimas sammelt sich immer mehr Schmelzwasser auf der Oberfläche der schwimmenden Schelfeisflächen, die die Antarktis umgeben. Das erhöhte Gewicht des Wassers führt dazu, dass sich das Eis verbiegt oder bricht, was zum Bruch oder Einsturz des Schelfeises führen kann, was wiederum einen Anstieg des Meeresspiegels zur Folge hat. Die Rolle des Schneematsches für die Stabilität des Schelfeises ist jedoch schwer zu bestimmen.
Um zu verstehen, wie viel Schneematsch im antarktischen Sommer vorhanden ist und wie er sich im Laufe der Zeit verändert hat, verwendeten Forscher der Universität Cambridge optische Daten des NASA-Satelliten Landsat 8, und trainierten gemeinsam mit Teams der University of Colorado Boulder und der Delft University of Technology ein Modell des maschinellen Lernens (ML), um monatliche Aufzeichnungen von Schneematsch und Schmelzwasserseen auf 57 antarktischen Schelfeisflächen zwischen 2013 und 2021 zu erhalten.
"Wir können Satellitenbilder verwenden, um Schmelzwasserseen in weiten Teilen der Antarktis zu kartieren, aber es ist schwierig, Schneematsch zu kartieren, weil er von einem Satelliten aus gesehen wie andere Dinge aussieht, z. B. wie der Schatten von Wolken", erklärt Dr. Rebecca Dell vom Scott Polar Research Institute (SPRI) in Cambridge. "Mit Hilfe von maschinellen Lernverfahren können wir jedoch über das hinausgehen, was das menschliche Auge sehen kann, und uns ein klareres Bild davon machen, wie sich Schneematsch auf das Eis in der Antarktis auswirken könnte."
ML ermöglicht es den Wissenschaftlern, mehr Informationen vom Satelliten zu nutzen, da er mit mehr Lichtwellenlängen arbeitet, als das menschliche Auge sehen kann, so Dell weiter: "So können wir feststellen, was Schneematsch ist und was nicht, und dann können wir das maschinelle Lernmodell so trainieren, dass es den Schneematsch auf dem ganzen Kontinent schnell erkennt."
Schmelzwasserbrüche
Das Modell ergab, dass 57 % des gesamten Schmelzwassers auf den antarktischen Schelfeisflächen im antarktischen Sommer in Form von Schneematsch gehalten wird, während die restlichen 43 % in Schmelzwasserseen fließen.
"Dieser Schneematsch wurde noch nie in großem Maßstab auf allen großen Schelfeisflächen der Antarktis kartiert, so dass mehr als die Hälfte des gesamten Oberflächenschmelzwassers bisher ignoriert wurde", sagt Dell. "Dies ist potenziell bedeutsam für den Hydrofrakturierungsprozess, bei dem das Gewicht des Schmelzwassers Risse im Eis erzeugen oder vergrößern kann."
Schmelzwasser kann in Risse im Eis eindringen, was zu größeren Brüchen führt, die sie anfälliger für einen Zusammenbruch machen; dadurch könnte das Eis von Binnengletschern ins Meer gelangen und zum Anstieg des Meeresspiegels beitragen.
"Da Schneematsch fester ist als Schmelzwasser, verursacht er keine Hydrofrakturen in der gleichen Weise wie Wasser aus einem See, aber es ist definitiv etwas, das wir berücksichtigen müssen, wenn wir versuchen vorherzusagen, wie oder ob Schelfeis zusammenbrechen wird", sagte Professor Ian Willis, ebenfalls vom SPRI.
Verbesserung der Modelle
Sie fanden auch heraus, dass Schneematsch und gebündeltes Schmelzwasser zu einer 2,8-mal höheren Schmelzwasserbildung führt als von Standard-Klimamodellen vorhergesagt, da Schneematsch mehr Sonnenwärme absorbiert, was zu einer höheren Schneeschmelze führt. Diese zusätzliche Schmelze wird jedoch in den Klimamodellen nicht berücksichtigt, was dazu führen kann, dass die Vorhersagen für das Abschmelzen des Eisschilds und die Stabilität des Schelfeises unterschätzt werden.
"Ich war überrascht, dass dieses Schmelzwasser in den Klimamodellen so schlecht berücksichtigt wurde", sagt Dell. "Unsere Aufgabe als Wissenschaftler ist es, Unsicherheiten zu verringern, deshalb wollen wir unsere Modelle immer verbessern, damit sie so genau wie möglich sind."
"Es ist wahrscheinlich, dass sich in Zukunft Orte in der Antarktis, an denen es derzeit kein Wasser oder Schneematsch gibt, verändern werden", fügt Willis hinzu. "Wenn sich das Klima weiter erwärmt, wird mehr Schmelze auftreten, was Auswirkungen auf die Eisstabilität und den Anstieg des Meeresspiegels haben könnte.
Quellenhinweis:
Dell, RL. et al. (2024) Substantial contribution of slush to meltwater area across Antarctic ice shelves, Nature Geoscience