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Tief verborgen unter dem kilometerdicken Eis der Antarktis befinden sich felsige Landschaften mit Bergen, Tälern und tief eingeschnittenen ehemaligen Flussläufen. Das zeigt eine Studie, die mit Hilfe von Satellitendaten und Eisflussberechnungen den Boden unter dem Eis mit einer zuvor nicht erreichten Genauigkeit kartiert hat. Die Ergebnisse geben nicht nur Einblicke in eine der am wenigsten kartierten Planetenoberflächen des inneren Sonnensystems, sondern können auch dabei helfen, die zukünftige Dynamik des antarktischen Eisschilds besser vorherzusagen.
Der antarktische Eisschild bedeckt eine Fläche von mehr als 14 Millionen Quadratkilometern und verbirgt die darunterliegenden geologischen Strukturen. Doch diese verraten nicht nur viel über die Geschichte des Kontinents, sondern beeinflussen auch, wie sich der Eisschild heute und in Zukunft verhält. Denn je nachdem, wie die Landschaft geformt ist, bewegt sich das Eis darüber unterschiedlich, insbesondere wenn es beginnt abzuschmelzen. Die daraus resultierenden Spannungen wiederum können dafür sorgen, dass manche Teile beispielsweise schneller abbrechen und damit unerwartet schnell für einen weiteren Anstieg des Meeresspiegels sorgen, oder länger im Landesinneren gehalten werden.
Dennoch wissen wir über die antarktische Topografie unter dem Eis weniger als über die Oberfläche des Mars. Denn bisherige geophysikalische Untersuchungen wurden üblicherweise nicht systematisch über die gesamte Region hinweg durchgeführt, sondern lassen teils 100 Kilometer große Lücken. „Um den zukünftigen Meeresspiegel mit möglichst geringen Unsicherheiten vorherzusagen, braucht es aber eine Auflösung im Kilometermaßstab“, erklärt ein Team um Helen Ockenden von der Universität Grenoble in Frankreich.
Einblicke in Vergangenheit und Zukunft
Ockenden und ihre Kollegen haben nun hochauflösende Satellitendaten mit Messungen der Eisdicke und physikalischen Berechnungen zum Eisfluss kombiniert und auf diese Weise die bisher genaueste Karte der Landschaftsformen unter dem antarktischen Eisschild erstellt. Mit einer räumlichen Auflösung von zwei bis 30 Kilometer enthüllen die Ergebnisse ausgedehnte Landschaften aus Bergen, Tälern, Ebenen, Becken, Flussläufen und Seen. Viele dieser Merkmale wurden wahrscheinlich zu einer Zeit geformt, als die Antarktis noch eisfrei war und sich flüssiges Wasser seinen Weg bahnte.
„Am überraschendsten ist vielleicht, dass letztlich so viele Details der Bodentopografie in der Form der weit oben liegenden Eisoberfläche überhaupt erkennbar sind“, sagt Co-Autor Robert Bingham von der University of Edinburgh. „Die Veränderungen an der Oberfläche sind äußerst subtil: Wenn drei Kilometer dickes Eis über eine vielleicht 100 Meter tiefe subglaziale Schlucht fließt, sinkt die Höhe der Eisoberfläche in der Regel nur um wenige Meter, eine Veränderung, die beim Begehen der Eisoberfläche selbst kaum wahrnehmbar ist.“ In den Satellitendaten jedoch sind diese Unterschiede sichtbar und lassen in Kombination mit physikalischen Berechnungen Rückschlüsse auf die Struktur des Bodens zu.
Leitfaden für zukünftige Untersuchungen
Der Geophysiker Duncan Young von der University of Texas in Austin schreibt in einem begleitenden Kommentar zur Studie, der ebenfalls in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, dass die neuen Erkenntnisse dazu beitragen, die Geschichte der größten Eisdecke der Welt besser zu verstehen und Veränderungen im Volumen der Kryosphäre vorherzusagen. „Dennoch ist diese Karte nicht das letzte Wort zur Geografie der Antarktis“, meint Young. Denn oft musste sich das Forschungsteam auf Annahmen zu den Interaktionen zwischen Eis und Untergrund verlassen, die in der Realität wahrscheinlich noch wesentlich komplexer sind als in den Modellen.
Zudem war die Auflösung dadurch begrenzt, dass sich mit den verwendeten Methoden nur Strukturen erfassen lassen, die zumindest so groß sind, wie die Eisdecke an der jeweiligen Stelle dick ist. Unter einer zwei Kilometer dicken Eisschicht ist beispielsweise eine Schlucht nur dann auszumachen, wenn diese ebenfalls mindestens zwei Kilometer misst.
Um die Beschaffenheit des subglazialen Untergrunds noch zuverlässiger und genauer zu erfassen, sind deshalb weitere Untersuchungen notwendig. Doch auch dabei kann die aktuelle Studie helfen: „Unsere Landschaftsklassifizierung und unsere topografische Karte dienen als wichtige Leitfäden für gezieltere Untersuchungen der subglazialen Landschaft der Antarktis“, schreiben Ockenden und ihr Team. „Sie liefern Informationen darüber, wo zukünftige detaillierte geophysikalische Untersuchungen durchgeführt werden sollten und welche Ausdehnung und Auflösung erforderlich sind, um die für die Eisströmungsmodellierung notwendigen feinen Details zu erfassen.“
Quelle: Helen Ockenden (Université Grenoble-Alpes, Saint-Martin d’Hères, Frankreich) et al., Science, doi: 10.1126/science.ady2532
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