Neues Produkt „Mehrjähriges Eis in der Arktis“ online!

11. Juli 2019

In der Arktis kann man mehrere Typen von Meereis unterscheiden, die unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben (z. B. Eisdicke, Salzgehalt, Verformbarkeit). Daher ist die Kenntnis des Meereistyps wichtig für eine Reihe von Aktivitäten, einschließlich der Navigation auf See, der Modellierung des Eis-Ozean-Atmosphärensystems und auch der Fernerkundung anderer, mit dem Meereis verbundener Größen, wie z. B. die Dicke der Schneeauflage auf dem Meereis.

Bei der Klassifikation von Meereis unterscheidet man generell folgende Eistypen:

  • Junges Eis („young ice“, YI): bezeichnet dünnes, bis 30 cm dickes, neu-gebildetes Eis. Es enthält einige Untertypen, wie beispielsweise Nilas und Pfannkuchens (siehe Abbildung 1 und 2). Seine Oberfläche kann glatt oder rau sein.
  • Erstjähriges Eis („first-year ice“, FYI): Dieser Meereistyp wird während der kalten Jahreszeit (Frostsaison gebildet. Es hat eine Dicke über 30 cm. Seine Oberfläche kann eben, rau oder zerfurcht sein.
  • Mehrjähriges Eis („multiyear ice“, MYI): Hiermit wird dasjenige Eis bezeichnet, das mindestens einen Sommer (Schmelzsaison) überdauert hat. Es ist weniger salzig und meist rauer als FYI.

Mit dem jüngst beschleunigten Rückgang von mehrjährigem Eis in der Arktis hat die tägliche Kartierung des Eistyps für viele Anwendungen an Bedeutung gewonnen. Dr. Christian Melsheimer, Physiker am Institut für Umweltphysik der Universität Bremen, hat an der Entwicklung und Implementierung des Auswertealgorithmus zur Eistypenbestimmung mitgewirkt: „Seit den 1980er Jahren hat sich die Fläche des mehrjährigen Eises in der Arktis fast halbiert, und der größte Teil dieses Rückgangs fand in den vergangenen zwölf Jahren statt. Gerade Parameter, die sich schnell verändern, sollte man natürlich möglichst genau und in geringen Zeitabständen beobachten.“ Das neue Datenprodukt zum mehrjährigen Eis kann hier abgerufen werden.

Ob das Meereis gleich welchen Typs glatt oder rau ist, hängt von den Bedingungen bei seiner Entstehung ab. Prinzipiell lassen sich zwei Bildungspfade von Meereis verfolgen, die durch Wind und Seegang bedingt werden. Meereisbildung beginnt, wenn die Wasseroberfläche den vom Salzgehalt abhängigen Gefrierpunkt erreicht und die Nettoenergiebilanz des Meerwassers weiterhin negativ bleibt (d. h. ihm weiterhin Wärme entzogen wird). Zu Beginn dieses Gefrierprozesses bilden sich feine Eiskristalle und Eisplättchen („frazil ice“), wobei Geschwindigkeit und Art des Eiskristallwachstums stark von der Lufttemperatur und der Windgeschwindigkeit abhängen. Bei ruhigem Seegang und ruhiger Wetterlage kann sich eine geschlossene glatte Eisfläche bilden, die Nilas genannt wird. Bei unruhigen Bedingungen kommt es, aus dem zuvor entstandenem Eisbrei, zur Bildung kleiner Schollen, die auf Grund ihrer Erscheinungsform Pfannkucheneis (englisch „pancake ice“) genannt werden. Sowohl Nilas als auch Pfannkuchen-Eis können dann zu einer geschlossenen Eisschicht zusammenwachsen, die dann zunächst junges Eis genannt wird und ab einer Dicke von 30 Zentimetern erstjähriges Eis. Es handelt sich also um Eis, dass sich während eines Winters gebildet hat und jünger als ein Jahr ist. Erst wenn das Eis eine ganze Schmelzsaison im nächsten Sommerhalbjahr überstanden hat, wird es  mehrjähriges Eis („multiyear ice“) genannt.

Meereis wird umso dicker, je kälter die Atmosphäre ist, da so dem Eis und dem Wasser darunter mehr Wärme entzogen wird und höhere Gefriergeschwindigkeiten entstehen. Da aber das Eis, mit wachsender Dicke, das Meer darunter immer besser isoliert (d. h., vor Abkühlung schützt), kann Eis allein durch Abkühlung nur bis auf eine Dicke von wenigen Metern anwachsen. Allerdings ist das im Wasser schwimmende Eis dem Wind und den Meeresströmungen ausgeliefert, die es beständig bewegen (Meereisdrift). Hierbei kann das Meereis deformiert werden, d. h. zusammengeschoben, übereinander geschoben und aufeinandergepresst werden, was die Eisdicke deutlich erhöht (siehe Abbildung 3). Es können sich sogenannte Presseisrücken bilden, die Dicken von bis zu zehn Metern erreichen können.  Mehrjähriges Eis unterliegt häufig diesen dynamischen Prozessen und kann dadurch größere Dicken von mehreren Metern erreichen. Die Bildung von Meereis setzt sich also aus unterschiedlichen, teilweise parallel verlaufenden, thermodynamischen (Abkühlung) und dynamischen Prozessen (Verschiebung, Deformation) zusammen.

Die von mehrjährigem Meereis in der Arktis bedeckte Fläche hat sich in den letzten Jahren deutlich verändert. Während in den 80er und 90er Jahren noch große Bereiche des Arktischen Ozeans – etwa 7 Millionen Quadratkilometer – mit mehrjährigem Meereis bedeckt waren, haben sich diese Bereiche deutlich verkleinert und es sind derzeit nur noch etwa vier Millionen Quadratkilometer von mehrjährigem Eis bedeckt. Mit dem Rückgang des mehrjährigen Eises ist auch ein Rückgang der mittleren Eisdicke verbunden, die sich derzeit auf etwa zwei Meter beläuft, während sie um 1980 etwa 3,50 Meter betrug. Hierdurch ist eine deutlich schnellere Eisabnahme in der Schmelzregion sowie eine zunehmende Reduktion der ganzjährigen eisbedeckten Fläche verbunden – ein Faktor, der zur so genannten „Arktischen Verstärkung“ beiträgt. Damit meint man die Tatsache, dass die Erwärmung in der Arktis etwas doppelt so stark ist wie die Erwärmung im globalen Mittel. Christian Melsheimer ergänzt „Mit dem neuen Produkt liegen nun tägliche Karten der Eiskonzentration von mehrjährigem Eis seit 2012 vor. Die Daten können allerdings nur während der Frostsaison (üblicherweise Oktober bis April) ermittelt werden, denn sobald die Oberfläche des Eises antaut, also flüssiges Wasser vorhanden ist, kann die Auswertemethode keine Eistypen mehr unterscheiden.“

Abbildung 4, links zeigt die Karte des Eiskonzentration von mehrjährigem Eis für den 4. Mai 2018, den derzeit letzten verfügbaren Datensatz. Die Daten der Frostsaison 2018/2019 werden derzeit aktualisiert und in Kürze online gestellt. Deutlich ist zu erkennen, dass nordwestlich von Grönland und vor allem nördlich des kanadischen Archipels das größte Gebiet mehrjährigen Eises existiert. Diese Region überdauert üblicherweise in jedem Jahr die Schmelzperiode und weist daher auch Eisdicken von bis zu zehn Metern auf. Im Vergleich zur maximalen Meereisausdehnung in der Arktis am 12.03.2018 (Abb. 4, rechts) sind bereits große Flächen mehrjährigen Eises der zentralen Arktis in den Bereich der Framstraße gedriftet, wo sie dann im weiteren Verlauf schmelzen. Mehrjähriges Eis des Kanadischen Beckens driftet mit dem Beaufortwirbel in die Sibirische See, wo es im Laufe des Sommers auch auseinanderbricht und schmilzt. Dies wird durch die geringeren Eiskonzentrationen bei größerer Flächenausdehnung deutlich. Generell lässt sich feststellen, dass das neue Produkt von meereisportal.de sehr hilfreich für potentiellen Schiffsverkehr sowie für andere Wissenschaftszweige ist, die beispielsweise den Lebensraum und das Ökosystem des arktischen Meereises untersuchen.

Hier geht es zu dem neuen Datenprodukt.

Weitere Informationen zur Meereisbildung finden Sie unter:
https://www.meereisportal.de/meereiswissen/was-ist-meereis/entstehung-von-meereis/wachstum-von-meereis/

https://seaice.uni-bremen.de/multiyear-ice-concentration/

Ansprechpartner:
Dr. Christian Melsheimer (IUP)
Dr. Renate Treffeisen (AWI)
Dr. Klaus Grosfeld (AWI)

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info@meereisportal.de