Die Länge der Schmelzperiode des arktischen Meereises wächst jedes Jahrzehnt um mehrere Tage an und ein früherer Beginn der Schmelzperiode erlaubt dem Nordpolarmeer mancherorts, genug zusätzliche Sonnenenergie zu absorbieren, um bis zu 1,2 Meter der Dicke des arktischen Eisschildes zu schmelzen. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie von NASA-Wissenschaftlern und des National Snow and Ice Data Center (NSIDC).
Das arktische Meereis ging während der letzten vier Jahrzehnte stark zurück. Die Meereisdecke schrumpft und verdünnt sich, weshalb Wissenschaftler denken, dass in diesem Jahrhundert ein eisfreies Nordpolarmeer während des Sommers erreicht werden könnte. Die sieben geringsten Meereis-Ausdehnungen im September traten alle in den Satellitenaufzeichnungen der vergangenen sieben Jahre auf.
„Die Arktis erwärmt sich und das lässt die Schmelzperiode länger andauern“, sagte Julienne Stroeve, eine Senior-Forscherin am NSIDC in Boulder und leitende Autorin der neuen Studie, die zur Veröffentlichung in den Geophysical Research Letters freigegeben wurde. „Die Verlängerung der Schmelzperiode erlaubt, dass mehr Sonnenenergie im Meer gespeichert wird und verstärkt die Eisschmelze während des Sommers, was die Meereisdecke insgesamt schwächt.“
Um die Entwicklung der Daten über den Beginn der Meereisschmelze und das Zufrieren von 1979 bis heute zu untersuchen, nutzte Stroeves Team passive Mikrowellendaten des Scanning Multichannel Microwave Radiometer an Bord des NASA-Satelliten Nimbus-7. Außerdem wurden Daten des Special Sensor Microwave/Imager sowie des Special Sensor Microwave Imager and Sounder an Bord von Satelliten des Defense Meteorological Satellite Program verwendet.
Wenn Eis und Schnee zu schmelzen beginnen, erzeugt die Anwesenheit von Wasser Spitzen in der von den Schneepartikeln emittierten Mikrowellenstrahlung, die von den Sensoren registriert werden können. Wenn die Schmelzperiode erst einmal in vollem Gange ist, stabilisiert sich die Mikrowellenemission und verändert sich nicht mehr, bis der Beginn der Gefrierperiode eine weitere Reihe von Spitzen hervorruft. Wissenschaftler können diese Veränderungen in den Mikrowellenemissionen des Eises messen, indem sie eine von Thorsten Markus entwickelte Formel verwenden. Markus ist Co-Autor der Abhandlung und Leiter des Cryospheric Sciences Laboratory am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland).
Die Ergebnisse zeigen, dass das vorherrschende Phänomen, welches das Abschmelzen ausweitet, der spätere Beginn der Gefrierperiode ist, obwohl sich die Schmelzperiode an beiden Enden erweitert und einen früheren Beginn der Abschmelzung im Frühling und ein späteres Zufrieren im Herbst zur Folge hat. Manche Gebiete wie die Beaufortsee und die Tschuktschensee frieren pro Jahrzehnt zwischen sechs und elf Tage später zu. Aber obwohl die Veränderungen am Beginn der Schmelzperiode geringer sind, hat dessen Zeitpunkt einen größeren Einfluss auf die Menge der Sonnenstrahlung, die vom Meer absorbiert wird: Der Zeitpunkt stimmt mit der Zeit überein, wenn die Sonne höher und heller am arktischen Himmel steht.
Video-Link: https://youtu.be/0ByZcx_uZS0
Video mit ergänzenden Grafiken und Erläuterungen zum Thema (NASA / Goddard Space Flight Center)
Trotz großer regionaler Unterschiede bei Beginn und Ende der Schmelzperiode hat sich die arktische Schmelzperiode pro Jahrzehnt von 1979 bis 2013 im Durchschnitt um fünf Tage verlängert. Dennoch lässt das Wetter den Gefrierzeitpunkt im Herbst von Jahr zu Jahr stark variieren. „Es gibt einen Trend zu späterem Zufrieren, aber wir können nicht sagen, ob ein bestimmtes Jahr ein früheres oder späteres Zufrieren zeigen wird“, sagte Stroeve. „Es bleibt viel Veränderlichkeit von Jahr zu Jahr, was den exakten Zeitpunkt angeht, wann sich das Eis neu bilden wird. Das erschwert die Planungen der Industrie, wann die Operationen in der Arktis zu beenden sind.“
Um Veränderungen bei der Menge der von dem Eis und Meer absorbierten Sonnenenergie zu messen, betrachteten die Forscher die Entwicklung der Meeresoberflächentemperaturen und untersuchten monatliche Daten über die Albedo der Oberfläche zusammen mit der eintreffenden Sonnenstrahlung in den Monaten Mai bis Oktober. Die Albedo besagt, wie viel Sonnenenergie von dem Eis und dem Meer reflektiert wird. Die Albedo- und Temperaturdaten der Forscher stammten von den Satelliten der National Oceanic and Atmospheric Adminstration (NOAA), die sich in polaren Umlaufbahnen befinden.
Sie stellten fest, dass das Packeis und die Gewässer mehr und mehr Sonnenlicht absorbieren. Die Ursachen sind sowohl eine frühere Öffnung der Gewässer als auch eine Verdunkelung des Meereises. Die Meereisdecke wird weniger reflektiv, weil sie jetzt hauptsächlich aus dünnerem, jüngeren Eis besteht, welches weniger reflektiv ist als das ältere Eis, das vorher dominierte. Das junge Eis ist zudem flacher, was den dunklen Schmelzgebieten, die sich in den ersten Phasen der Schmelzperiode bilden, ermöglicht sich auszubreiten. Dadurch wird die Albedo zusätzlich verringert.
Die Forscher berechneten den Anstieg der von dem Eis und Meer absorbierten Sonnenstrahlung während der Schmelzperioden von 2007 bis 2011. In einigen Gebieten des Nordpolarmeeres überschritt er 300 bis 400 Megajoules pro Quadratmeter. Das entspricht der benötigten Energiemenge, um das Eis um weitere 97 bis 130 Zentimeter zu verdünnen. Der Anstieg der Meeresoberflächentemperaturen und eine wärmere Atmosphäre in der Arktis aufgrund des Klimawandels erklären das verzögerte Zufrieren im Herbst.
Wenn die Luft- und Meerestemperaturen vergleichbar sind, verliert das Meer die Wärme nicht so schnell in die Atmosphäre, wie es bei größeren Unterschieden der Fall wäre“, sagte Linette Boisvert, eine Co-Autorin der Studie und Kryosphären-Forscherin am Goddard Space Flight Center. „In den vergangenen Jahren ist der Wärmegehalt der oberen Meeresschichten viel höher als davor, deswegen dauert es eine längere Zeit, bis sie abkühlen und das Zufrieren beginnt.“
(THK)
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