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Meereisphysik

In diesem Wissensteil beantworten wir die grundlegenden physikalischen Fragen zur Meereisbildung. Wir zeigen Ihnen, warum ein salziger Ozean anders gefriert als ein Süßwassersee. Wir erklären anschaulich, wie sich aus winzigen Eiskristallen zunächst „frazil Ice“ bildet, das dann je nach Wetterlage zu Pfannkucheneis oder Nilas weiterwächst und sich schließlich zu meterdicken Presseisrücken auftürmt. Und wir beleuchten, wie Meereis „altert“ und wie es mit der Zeit sein Salz verlieren kann. In diesem Teil zeigen wir zudem, wie das Meereis mit dem Ozean und der Atmosphäre interagiert und welche zentrale Rolle es im Klimasystem der Erde spielt. Denn obwohl die Polargebiete so weit weg von uns liegen, haben sie eine immense Bedeutung für unsere Planeten. Die Meereisbedeckung im Sommer bestimmt, wieviel Sonnenstrahlung vom Ozean aufgenommen oder wieviel vom Meereis reflektiert und ins Weltall zurückgeworfen wird. Diese sogenannte Eis-Albedo Rückkopplung ist mitentscheidend für die Temperaturentwicklung auf der Erde.

Gefrierprozesse

Salz verändert die Eigenschaften von Wasser. Deshalb gefriert Meerwasser anders als Süßwasser. Erfahren Sie hier, wie aus winzigen Eiskristallen zunächst „Eisbrei“ dann Pfannkuchen-Eis und schließlich bis zu 50 Meter hohe Presseisrücken werden. 

Entsalzung

Meereis ist nicht überall gleich salzig. Auch kann es mit der Zeit sein Salz an den Ozean verlieren. Lesen Sie hier, wie das Meereis durch die Schwerkraft, durch platzende Salztaschen und durch Spülungen mit Schmelzwasser immer süßer wird.

Meereis in der Kryosphäre

Für das Klimasystem der Erde ist die Gesamtheit von Eis und Schnee (Kryosphäre) enorm wichtig. Lernen Sie hier, wie sich das Eis über den Planeten verteilt und welche vier Sphären es im System Erde sonst noch gibt.

Meereis und Strahlungsbilanz

Eis- und Schneeoberflächen sind sehr hell und wirken wie ein Spiegel: Einfallendes Sonnenlicht reflektieren sie zu einem großen Teil zurück ins All. Für die Erde entsteht dadurch ein wichtiger Kühleffekt, der durch den Klimawandel gefährdet ist.

Meereis und Atmosphäre

Ozean und Atmosphäre stehen in direktem Kontakt und tauschen vor allem Wärme aus. In den Polargebieten legt sich Meereis wie eine Isolierschicht dazwischen und unterbricht den Fluss. Meereis spielt zudem eine Rolle bei der Entstehung der großen „Polarwirbel“.

Meereis und Ozean

Die Bildung von Meereis erzeugt viel salziges und damit schweres Wasser, das in den Polargebieten in die Tiefe sinkt. Erfahren Sie hier, wie dieser Prozess ein gigantisches ozeanisches Förderband antreibt und warum genau dieses Band niemals stillstehen sollte.

Unterschiede: Arktis/Antarktis

Arktis und Antarktis eint das Extreme: In beiden Polargebieten herrschen extreme klimatische Bedingungen, die von Kälte, Eis und Schnee geprägt sind. Neben vielen Gemeinsamkeiten gibt es aber auch deutliche Unterschiede.

Die Arktis ist kein Kontinent, sondern ein von Kontinenten (Nordamerika, Eurasien) umgebenes Meer. Auf diesem bis zu 5.500 Meter tiefen Nordpolarmeer schwimmt eine mehrere Meter dicke Eisdecke. Ein großer Teil dieses Eises ist dauerhaft vorhanden, Teile sind aber auch saisonal, wachsen also im Winter und schmelzen wieder im Sommer. Diesen jahreszeitlichen Zyklus des arktischen Meereises gibt es seit dem Pleistozän (vor circa 1 Million Jahren).

Eine Ausnahme vom Bild der Arktis als eisbedecktes Meer findet sich auf Grönland. Hier bedeckt ein 1,7 Millionen Quadratkilometer großer und bis zu 3 Kilometer mächtiger Eisschild aus Festlandeis die Insel (Volumen: 2,9 Millionen Kubikkilometer) (Marshall, 2012).

Die äußere geographische Grenze der Arktis – der nördliche Polarkreis – verläuft überwiegend über Land und schließt sowohl Wälder und Tundra als auch Siedlungen und Industrie auf dem nordamerikanischen und dem eurasischen Kontinent mit ein. Heute leben fast vier Millionen Menschen in der Arktis (Arktis-Klima-Report, 2005).

Die Antarktis besteht aus einer zentralen Festlandmasse (Südkontinent Antarktika), die von einem Ozean (Südpolarmeer) umschlossen wird. Hier ist es deutlich kälter als in der Arktis und auch die Meereisausdehnung schwankt mit den Jahreszeiten stärker als im hohen Norden. Folglich ist das Eis im Südpolarmeer hauptsächlich einjährig. Der südliche Polarkreis verläuft überwiegend durch Meeresgebiete. Die Ökosysteme an Land sind in der Antarktis relativ artenarm, weil der Ozean sie vom Rest der Welt geographisch isoliert. Größere Pflanzen wie Bäume und Sträucher gibt es hier nicht (Zachos et al., 2001).

Tektonische Bewegungen sorgten dafür, dass sich vor 35 bis 40 Millionen Jahren zwei neue Seewege öffneten. Die Drake-Passage trennte fortan Südamerika von Antarktika, der Tasmanische Seeweg Australien von Antarktika. So bildete sich erstmals der heutige Ringozean, in dem eine gigantische kalte Meeresströmung rund um den Südkontinent fließt. Dieser Antarktische Zirkumpolarstrom verbindet den indischen, atlantischen und pazifischen Ozean direkt miteinander und isoliert den antarktischen Kontinent klimatisch vom Rest der Welt (Zachos et al., 2001). Angetrieben wird der Zirkumpolarstrom von den kontinuierlich wehenden Winden und Stürmen der südhemisphärischen Westwindzone (Rintoul, 2001; Denny, 2008).

Die Ausdehnung und Mächtigkeit des Meereises schwanken mit den Jahreszeiten und zeigen auffällige Unterschiede für die Arktis und Antarktis. Im hohen Norden wird das Minimum im September erreicht und die maximale Ausdehnung im März zum Ende des Winters. Im langjährigen Mittel (1979-2019) schwankt die Ausdehnung des arktischen Meereises zwischen circa 15 und 6 Millionen km2.

In der Antarktis wird das Minimum im Februar (Sommer auf der Südhalbkugel) und das Maximum September (Winter) erreicht. Die Meereisausdehnung schwankt hier saisonal deutlich stärker zwischen circa 18,5 und 3 Millionen km2 im langjährigen Mittel. 

Ein großer Unterschied zwischen Norden und Süden findet sich auch beim Schelfeis. Es besteht aus gefrorenem Süßwasser – also aus Schnee, der sich über Jahrhunderte und Jahrtausende zu Eis verdichtet hat. Von den kilometerdicken Eisschilden auf Grönland und der Antarktis strömen viele Gletscher hinab zur Küste, enden im Meer und bilden hier Schelfeis, das auf dem Wasser schwimmt, aber noch fest mit dem Landeis verbunden ist. Daher gilt es nicht als Meereis, bedeckt aber Teile des Ozeans.

Die Schelfgebiete in der Antarktis machen ungefähr ein Drittel ihrer Ozeanfläche aus. Die Antarktis besitzt fünfzehn große Schelfgebiete. Zu den größten Schelfeisen der Antarktis werden das Ross-Schelfeis (472.960 km²), das Filchner-Ronne-Schelfeis (422.420 km²), das Amery-Schelfeis (62.620 km²) und das Larsen-C-Schelfeis mit (48.600 km²) gezählt. Die Schelfeisausdehnung in der Arktis ist dagegen sehr gering und beträgt lediglich wenige 1.000 Quadratkilometer (Turner et al., 2009).

Eiswachstum und Eisschmelze werden in beiden Polargebieten von den gleichen Energieflüssen gesteuert, aber viele einflussnehmende Faktoren variieren beträchtlich zwischen den beiden Regionen. Ein bedeutender Faktor ist der Wärmefluss. Der Wärmefluss vom arktischen Ozean in die Atmosphäre wird wegen der starken Schichtung auf 2 W/m² geschätzt, während er in vielen Teilen des antarktischen Ozeans mit geringer Schichtung Werte von über 30 W/m² annehmen kann.

Meereisbewohner

Die Polargebiete sind für den Menschen extrem lebensfeindlich. Doch eine große Vielfalt aus bestens angepassten Pflanzen und Tieren schafft es, der Kälte und der nicht enden wollenden Dunkelheit im winterlichen Eis zu trotzen. Lernen Sie hier die wichtigsten Arten kennen.

Arktis-Klima-Report (2005): Die Auswirkungen der Erwärmung, Convent Verlag, p. 6
Denny M. (2008): How the Ocean Works – An Introduction to Oceanography. Princeton, Oxford: Princeton University Press, p. 225
Heleniak, T. & Bogoyavlensky, D. (2015). Arctic Populations and Migration. In: J. N. Larsen & G. Fondahl (Eds.), Arctic Human Development Report. Regional Processes and Global Linkages, pp. 53-104. Available at: norden.diva-portal.org
Maribus gGmbH (Ed.). (2019). Arktis und Antarktis – extrem, klimarelevant, gefährdet. In: World Ocean Review, Band 6, pp. 14, 33, 178, 196, 60-77.
Marshall S. (2012): The Cryosphere, Princeton University Press, 2012, p. 134
Notz, D. (2015). Das Meereis in der Antarktis. In: J. L. Lozán, H. Grassl, D. Kasang, D. Notz & H. Escher-Vetter (Eds.), Warnsignal Klima: Das Eis der Erde, pp. 204-209. https://klimawarnsignal.wehoma.de/buchreihe/das-eis-der-erde/
Rintoul, S. R., C. W. Hughes C. W., & Olbers, D. (2001): The Antarctic Circumpolar Current System, in G. Siedler, J. Church, J. Gould, Ocean Circulation & Climate, San Diego, San Francisco, New York: Academic Press pp. 271- 302
Thomas D. N.& Dieckmann D. (2003): Sea Ice, An introduction to its physics, chemistry, biology and geology, Blackwell Publishing, p. 11
Turner J. at al. (200): Antarctic Climate Change and the Environment, SCAR report, a contribution to the International Polar Year 2007-2008, p. 7
Umweltbundesamt. (2013). Menschen in der Antarktis. Available at: www.umweltbundesamt. de/themen/nachhaltigkeit-strategien-internationales/antarktis/menschen-in-der-antarktis
Venzke, J.-F. (2014). Die Arktis und ihre Grenzen: Eine physisch-geographische Einführung. In: J. L. Lozán, H. Grassl, D. Notz & D. Piepenburg (Eds.), Warnsignal Klima: Die Polarregionen, pp. 11 - 17.
Zachos J., MO, P., Sloan, L.C., Thomas, E., Billups, K. (2001): Trends, Rhythms, and Abberations in Global Climate 65 Ma to Present, in Science, Volume 292, 27 April 2001, pp. 686-693.