Das antarktische Festeis-Forschungsprogramm des AWI an der deutschen Überwinterungsstation Neumayer III in der Atkabucht

11. Januar 2019

Die Meereisausdehnung in der Antarktis hat in den vergangenen Jahrzehnten eine starke Variabilität aufgezeigt – sowohl räumlich als auch zeitlich. So wurde für den Beobachtungszeitraum von 1979 bis 2010 im Bellingshausen- und Amundsenmeer eine Abnahme von 5.1 ± 1.6% pro Jahrzehnt berechnet, während im Rossmeer die Meereisausdehnung um 5.2 ± 1.4% zugenommen hat (Parkinson & Cavalieri, 2012). Nimmt man alle Sektoren des eisbedeckten Südozeans zusammen, zeigt sich eine leichte Zunahme in der Eisausdehnung in diesem Zeitraum.

Schauen wir auf die aktuellsten Eiskarten für die Antarktis, beobachten wir die geringste Meereisausdehnung zu diesem Zeitpunkt im Jahr seit Beginn der Satellitenaufzeichnung (siehe Abbildung 1). Der Monatsmittelwert erreichte im Dezember nur einen Wert von 8,5 Mio. km² (siehe Abbildung 2). Ob wir damit auf ein absolutes Meereisminimum auch in der Antarktis zusteuern, wird sich in den folgenden Wochen zeigen. Ob sich hingegen auch hier ein eindeutiger Zukunftstrend hin zu generell geringeren Meereisausdehnungen im Südozean abzeichnet, werden die Beobachtungen und Messungen in den Regionen jedoch erst über die nächsten Jahre zeigen.

Festeis: Eine Komponente der antarktischen Meereisfläche

Wenn wir über diese veränderten Meereisausdehnungen sprechen, so reden wir im Wesentlichen über sogenanntes Packeis, also Meereis, dass sich mit den ozeanischen und atmosphärischen Zirkulationssystemen mitbewegt. Zusätzlich gibt es Regionen an den (Schelfeis-)Küsten der arktischen und antarktischen Landmassen sowie an Eisbergen in den Polarregionen, an denen das Meereis festgewachsen ist. Hier spricht man von sogenanntem Festeis. Es bietet einen stabilen Lebensraum für Mikroorganismen und Eisalgen und einen stabilen Brutplatz für größere Tiere wie Kaiserpinguine und Robben. Es spielt damit für das lokale Ökosystem eine besonders wichtige Rolle.
Die deutsche Forschungs- und Überwinterungsstation Neumayer III in der Antarktis steht ca. 8 km entfernt von der Atkabucht: Eine ca. 25 km lange (in Ost-West-Richtung) und 18 km breite (in Nord-Süd-Richtung) Einbuchtung des Ekström-Schelfeises, die saisonal mit jenem Festeis bedeckt ist. Das verhältnismäßig ebene Festeis der Bucht bricht in den meisten Fällen jährlich auf und bildet sich im gleichen Zyklus wieder, wobei es Dicken von bis zu 2 Metern erreichen kann.

Regelmäßige Messungen auf dem Festeis in der Atkabucht

Um die Prozesse sowie die saisonalen und interannualen Veränderungen des Festeises in der Atkabucht besser zu verstehen, werden hier seit 2010 regelmäßig Meereismessungen durchgeführt. Damit trägt die Meereissektion des Alfred-Wegener-Instituts aktiv zum ‚Antarctic Fast Ice Network‘ (AFIN) bei, welches im Rahmen des Internationalen Polarjahres (IPY) initiiert wurde. Bis heute haben sich eine Vielzahl internationaler Kooperationspartner diesem Projekt angeschlossen und haben ein routiniertes Messprogramm an oder nahe ihrer antarktischen Forschungsstationen etabliert. Standardparameter, die innerhalb des AFINs aufgezeichnet werden, sind die Schnee- und Eisdicke, das Freiboard, also die Höhe der Eisschollen über dem Meeresspiegel, der Zeitpunkt der Festeisbildung sowie des (zwischenzeitlichen und endgültigen) Festeisaufbruchs.

Die Routinemessungen in der Atkabucht werden vom Überwinterungsteam an der Neumayer-Station vom frühen Frühjahr bis zum Aufbruch der Bucht im Januar/Februar durchgeführt. Dabei werden im Wesentlichen Schnee-, Festeis- und Plättcheneisdicke entlang eines einheitlichen 24-km Transekts in West-Ost-Richtung über die gesamte Atkabucht gemessen (siehe Abbildung 4). Durch die Kontinuität der Messungen sowie die langen Zeitserie zeichnet sich das AWI in dem internationalen Netzwerk aus. Seit zwei Jahren koordiniert die Meereisphysikerin Dr. Stefanie Arndt dieses Festeisprogramm in der Atkabucht. „Es macht mir großen Spaß in diesem professionellen Umfeld unserer Forschungsstation arbeiten zu dürfen und zu sehen, mit welcher beispiellosen Einsatzbereitschaft das gesamte Überwinterungsteam unsere Meereisarbeiten durchführt“, erzählt die Meereisphysikerin. „Für die Meereis-Messungen gibt es an der Station keinen eigenen Überwinterer. Unser Hauptansprechpartner ist stattdessen der Meteorologe der Station. In der vergangenen Saison war das Hanno Müller. Die monatlichen Messungen auf dem Meereis unterstützen dann alle an der Station, die Lust und Zeit haben“. In diesem antarktischen Sommer hat Stefanie Arndt selber einen Monat an der Station verbracht. Ziel war es, nicht nur einen noch besseren Einblick in die Routinemessungen vor Ort zu bekommen, sondern auch zusätzliche Messungen in der Atkabucht vorzunehmen, um ein noch tieferes Verständnis über die räumliche Verteilung der Meereis-, Plättcheneis- und Schneedicke in der Bucht zu entwickeln.


Messprinzipien in der Atkabucht

Die Messung der Schnee-, Festeis- und Plättcheneisdicke erfolgt in der Aktbucht in der Regel auf drei unterschiedliche Art und Weisen: (1) Manuelle Bohrungen an sechs festen, über die Atkabucht verteilten Messpunkten, (2) Kontinuierliche Eisdickenmessungen mithilfe nicht-invasiver, elektromagnetischer (EM) Verfahren entlang von Schneemobil-Transekten über die Atkabucht und (3) Installation autonomer Plattformen (Bojen) auf dem Festeis zur Messung der Schnee- und Eisdicke, sowie der Beschreibung von Prozessen an den Grenzflächen zwischen Atmosphäre, Schnee, Festeis und Ozean. „Im November haben wir besonders das Programm der manuellen Bohrungen und EM-Messungen in der Atkabucht um eine Vielzahl an Messungen erweitert. Dafür haben wir zusätzliche Transektlinien in Süd-Nord-Richtung sowie in West-Ost-Richtung definiert und in regelmäßigen Abständen gebohrt und gemessen“, beschreibt Stefanie Arndt ihre Arbeiten in der Atkabucht (siehe Abbildung 5 und 6).

Entwicklung des Festeises in der Atkabucht in den vergangenen neun Jahren

Das Festeis in der Atkabucht ist vorrangig saisonal. Ausnahmen sind die Jahre 2013 und 2016, in denen das Aufbrechen der Bucht im Sommer durch davor gestrandete Eisberge unterbunden wurde. Über den gesamten Beobachtungszeitraum von 2010 bis 2018 zeigt sich daher eine starke interannuale Variabilität der Festeis-, Plättcheneis- und Schneedicke, aber kein zeitlicher Trend. Die saisonale Festeisdicke beträgt im Mittel zwei Meter in der Atkabucht. Für die Plättcheneis-Akkumulation lassen sich jährliche Raten von circa vier Metern abschätzen. „In den Jahren, in denen das Festeis aufgrund der blockierenden Eisberge nicht rausgebrochen ist, beobachten wir somit tatsächlich eine Plättcheneis-Akkumulation von circa acht Metern“, erklärt Stefanie Arndt (siehe Abbildung 7). Die Schneedickenverteilung auf dem Festeis der Atkabucht wird ebenfalls durch die Lage von Eisbergen in der Bucht aber auch durch vorherrschende Winde in der Region stark dominiert. Die Meereisphysikerin erklärt: „Das Wetter in der Region ist durch vorherrschende Ostwinde dominiert. Die Messfahrten in West-Ost-Richtung über die Atkabucht zeigen daher, dass wir vor allem an unserem östlichsten Messpunkt eine nur sehr dünne Schneeauflage haben, da hier der Schnee durch die starken vom Schelfeis kommenden Winde abgetragen wird“ (siehe Abbildung 8).

All diese Messungen sollen in den nächsten Jahren fortgeführt werden, um die bestehende Zeitserie fortzuführen. „Darüber hinaus wollen wir zukünftig vor allem verstärkt interdisziplinäre Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre, Ozean, Festeis und Schelfeis im Bereich der Atkabucht und der angrenzenden Schelfeise durchführen“, erklärt Stefanie Arndt. „Dies wird Rückschlüsse auf potentielle Veränderungen der lokalen Ozeanströmungen ermöglichen, die zu Veränderungen antarktischer sowie globaler Wassermassen führen können.“

Quelle:
Parkinson, C. L., and D. J. Cavalieri (2012), Antarctic sea ice variability and trends, 1979-2010, Cryosphere, 6(4), 871-880, doi:10.5194/tc-6-871-2012. 

Kontakt:
Dr. Stefanie Arndt (AWI)