Erdmessung und Glaziologie

Die meisten Schelfeise der westlichen Antarktischen Halbinsel haben in den letzten Jahrzehnten erheblichen Rückzug gezeigt oder gar eine komplette Auflösung erfahren. Neuere Studien haben dies insbesondere auf das Einwirken warmen zirkumpolaren Tiefenwassers zurückgeführt, das insbesondere die südwestliche Antarktische Halbinsel beeinflusst. Jedoch sind die genauen Prozesse und Mechanismen sowie die Sensitivität der Region gegenüber weiterem Rückzug und Volumenverlust der Gletscher noch nicht geklärt. Dies ist zumindest teilweise auf die fehlende Datenbasis an Beobachtungen und den erheblichen Aufwand geophysikalischer Modellierungen zurückzuführen. In diesem Antrag möchten wir daher Fernerkundungs-Zeitreihen bezüglich verschiedener glaziologischer Variablen auswerten, insbesondere bezüglich Eisbewegung, Höhenänderungen, Position der Gletscherfront und Aufsetzlinie sowie bezüglich struktureller Kenngrößen. Wir führen diese Analysen für große Einzugsgebiete der südwestlichen Antarktischen Halbinsel durch. Wir kombinieren die verschiedenen Fernerkundungspodukte, um zeitlich hochaufgelöste Massenänderungen mit zwei unabhängigen verfahren zu berechnen. Diese bilden einen Beitrag für international koordinierte Programme wie die IMBIE-Studien oder dem nächsten Bericht des Weltklimarates (IPCC). Die oben erwähnten Fernerkundungsprodukte werden im folgenden als Kalibierungs- und Validierungsdatensätze für Vorwärtssimulationen bzgl. Schelfeisrückzug mit einem eisdynamischen Modell genutzt. Das verwendete eisdynamische Modell ist das Ice-Sheet and Sea-level System Model (ISSM) mit Blatter-Pattyn-Approximation und einer geplanten Auflösung von bis 200-500m an der Aufsetzlinie. Die numerischen Modellstudien haben zwei übergeordnete Ziele. In einem ersten Schritt werden die Mechanismen für die aktuell laufenden Veränderungen untersucht. Dabei konzentrieren wir uns auf die Bedeutung der Rückstellkräfte die Schelfeise ausüben als auch auf die Bedeutung von Eisschelf Schmelzraten (Eis-Ozean Wechselwirkung). Dieser Schritt baut stark auf Fernerkundungsprodukten auf, die zur Bewertung der Qualität der transienten Simulationen herangezogen werden. In einem zweiten Schritt wird die zukünftige Stabilität der Schelfeise und Gletscher abgeschätzt. Hierbei konzentrieren wir uns auf RCP 8.5 Szenarien, um mit dem Polar-CORDEX Projekt konsistent zu bleiben. Um diese Fragen zu beantworten, stützen wir uns auf geeignete ozeanische und atmosphärische Felder. Insbesondere soll auf Datensätze von laufenden Simulationen mit dem Ozean Modell FESOM zurückgegriffen, bei denen die Eisschelfkavernen berücksichtigt sind (ECHAM6-FESOM-Kopplung für CMIP 6 und aus dem Polar-CORDEX Projekt).

Projekt gefördert durch das DFG-Schwerpunktprogramm 1158: Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten

Projekttitel: Klimasensitivität von Schelfeisen an der westlichen Antarktischen Halbinsel (CSAPIS)

Projektleiter: Professor Dr. Matthias Holger Braun (FAU Erlangen), Dr. Martin Rückamp (BAdW)

Projektpartner: Dr. Shelley MacDonell (CEAZA, Chile), Sebastian Marinsek (Universidad de Morón, Argentinien), Dr. Christian Wild (Oregon State University, USA)

Dieses interdisziplinäre Projekt integriert hochauflösende seismische Kartierung mit numerischen Modellen der Eisdynamik, Erosion und des Sedimenttransports zur Quantifizierung der vergangenen und gegenwärtigen Wechselwirkung zwischen Gletschern und der festen Erde. Damit testen wir die Hypothese, dass subglaziale Sedimentproduktion, -transport und -deposition Schlüsselgrößen für die vergangene und gegenwärtige Eisdynamik und Stabilität der Antarktis sind. Dazu wird ein umfassendes Quelle-zur-Senke-Konzept in einem der am besten begrenzten vergletscherten Einzugsgebiete angewendet, dem Ekströmisen in Dronning Maud Land, Antarktis. In Rahmen der gegenwärtigen Diskussion um die Stabilität von Eisschilden und paläoklimatischen Bedingungen werden wir zur Beantwortung der folgenden, drängenden wissenschaftlichen Fragen einen Beitrag leisten: Wie verhalten sich antarktische Einzugsgebiete über mehrere Glazialzyklen? Wie hat sich das aufliegende Eis im Holozän zurückgezogen? Welches sind die maßgeblichen Bedingungen für die Ausbildung von schnellem Eistransport im Einzugsgebiet? Zu welchem Grad beeinflussen Erosions- und Depositionsprozesse und die unterliegenden Schichtpakete Eisdynamik und Stabilität?

Zur Beantwortung dieser Fragen werden wir existierende seismische Daten der subglazialen Schichtpakete mit aero-geophysikalischen Informationen (Eisdicke und interne Stratigraphie aus Radar, Geologie aus Gravimetrie und Magnetik) und Produkten der Satellitenfernerkundung (Oberflächenhöhe und Eisfließgeschwindigkeit) verknüpfen. Ein kombiniertes Eisbewegungs-Hydrologie-Modell höherer Ordnung wird zur Quantifizierung der Eisdynamik verwendet. Anfangsbedingungen (Verteilung flüssigen Wassers und basale Sediment- und Felsbetteigenschaften) werden aus Radar- und Seismikdaten abgeleitet. Eisdynamische Simulationen werden mit einem numerischen Modell der glazialen Erosion, des Transports und der Ablagerung gekoppelt. Diese Modelle werden die Entwicklung der Geometrie, des Massentransports und der basalen Bedingungen des Ekströmisen-Einzugsgebietes über mehrere glazial-interglaziale Zyklen quantifizieren und eine Untersuchung möglicher Rückkopplungen zwischen basalen Sedimenten und der Eisdynamik erlauben. Beobachtete Sedimentstrukturen und Kernprofile werden verwendet, um das simulierte Fließverhalten und die Erosions-/Sedimentations-Prozesse zu validieren. Unter Ausnutzung der abgegrenzten Geometrie des Ekström-Beckens wird das Projekt die Beschränkung der vorherigen, großskaligen Quelle-zur-Senke-Sedimentstudien mit mehreren Quellregionen und unbeschränkten Depositionszonen überwinden. Wir werden die eisdynamische Wechselwirkung mit dem kontinentalen Untergrund und die Kopplung zwischen dem vergletscherten und festen Erdsystem in noch nicht erreichter Genauigkeit quantifizieren können.

Projekt gefördert durch das DFG-Schwerpunktprogramm 1158: Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten

Projekttitel: Bestimmung der Paleo-Dynamik und des Sedimenttransports von Antarktischem Eisfluss über die Gründungslinie - von der Quelle zur Senke

Projektleiter: Todd Ehlers (U Tübingen), Olaf Eisen (AWI), Christoph Mayer (BAdW)