Es war ein wunderschöner Morgen im Januar 2015, als der Kampf des australischen Eisbrechers RSV Aurora Australis vor der Küste Ostantarktikas schon verloren schien. Das Schiff hatte seit Tagen versucht, sich durch die dicke Eisschicht zu brechen, rammte immer wieder in das Packeis hinein und fiel wieder zurück – hin und her. Doch das mehrere Meter dicke Eis gab nicht nach. Der Ozeanograf Stephen Rintoul von der University of Tasmania in Hobart in Australien wollte es unbedingt zu einem bisher nie erreichten Teil des Kontinents schaffen und war nun doch kurz davor, sein Ziel aufzugeben. "Ich dachte schon, das war’s dann. Das wäre wieder ein misslungener Versuch gewesen", erzählt er. Doch dann kam ihm das Wetter zur Hilfe: Der Wind drehte sich, schob das Eis von der Küste weg und öffnete so eine Fahrrinne. Das Expeditionsschiff fuhr sich frei, machte seinen Weg durch 100 Kilometer Eisplatten und erreichte schließlich kurz nach Mitternacht den Rand des eisbedeckten Kontinents. Rintoul und sein Team waren damit die ersten Forscher, die den Totten-Eisschelf, die riesige Eiszunge des größten Gletschers in Ostantarktika, erreichten. "Das war einfach wahnsinnig spannend", erinnert sich der Expeditionsleiter Rintoul.

Doch die Wissenschaftler mussten sich mit ihren Untersuchungen beeilen, bevor sich das Eis wieder schließen und jedes Entkommen verhindern würde. Mehr als zwölf Stunden lang arbeiteten sie fieberhaft, bestimmten die Temperatur und den Salzgehalt des Wassers, die Geschwindigkeit und die Richtung der Ozeanströme sowie die Form und Tiefe des Ozeanbodens. Schließlich setzten sie noch Messinstrumente ab, die auch nach ihrer Rückfahrt weitere Daten liefern sollten. Die ersten Beobachtungen vor Ort bestätigten das schon längst Befürchtete: Warmes Wasser vom umliegenden Ozean dringt unterhalb der schwimmenden Gletscherzunge ein und frisst das Eis quasi von unten weg. "Das könnte erklären, warum der Totten-Gletscher in den letzten Jahrzehnten immer dünner wurde", erläutert Rintoul.

Forschungsschiff Aurora Australis auf dem Weg in die Ostantarktis
© Sandra Zicus / AAD
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Die neuen Daten zeigen eine erschreckende Wahrheit über die weit abgelegene, riesige Landmasse östlich des Transantarktischen Gebirges. Die Region ist etwa so groß wie die USA, wobei sich der Hauptteil auf einem hohen Plateau auf bis zu 4093 Metern über dem Meeresspiegel erhebt. Hier können die Temperaturen bis auf minus 95 Grad Celsius fallen, weshalb die Wissenschaftler diesen isolierten ostantarktischen Eisschild lange für sehr stabil und wenig veränderlich hielten – ganz anders als den viel kleineren westantarktischen Eisschild, bei dem bereits Alarm geschlagen wurde, weil viele seiner Gletscher abzuschmelzen drohen. Allerdings "ist fast alles anscheinend falsch, was wir bisher über Ostantarktika zu wissen glaubten", meint Tas van Ommen, der als Glaziologe an der Australian Antarctic Division in Kingston in der Nähe von Hobart in Australien arbeitet. Sein Team war mit dem Flugzeug über den Kontinent geflogen und hatte Messungen von den Bedingungen unterhalb der Eisschicht gemacht. Dabei stellten sie fest, dass ein Großteil der Ostantarktika deutlich unterhalb des Meeresspiegels liegt und deshalb viel anfälliger für die Erwärmung des Ozeans ist als bisher gedacht. Außerdem gibt es Hinweise darauf, dass der massive Totten-Gletscher, der fast genauso viel Eis trägt wie die Westantarktis, in der Vergangenheit immer wieder geschrumpft und gewachsen ist – somit ist ein Rückzug in Zukunft möglich.

"Fast alles ist anscheinend falsch, was wir bisher über Ostantarktika zu wissen glaubten."
Tas van Ommen

Derzeit scheint Ostantarktika gerade nicht viel Eis zu verlieren, aber es gibt Anzeichen, dass sich die Klimaerwärmung auch hier bemerkbar macht. Das ist beunruhigend, weil die Eisschicht mehr als zehnmal dicker ist als die im westantarktischen Teil. Würde alles unter dem Meeresspiegel liegende Eis der Ostantarktis verschwinden, käme es nämlich zu einem Anstieg des Ozeans um fast 20 Meter. Deshalb wollen die Wissenschaftler nun möglichst viele Informationen über Ostantarktika sammeln, um dessen Zukunft besser vorhersagen zu können. Sie befürchten nämlich für die nächsten Jahrzehnen eine Trendwende in der Entwicklung des Eisschildes. "Wenn sich Gletscher erst einmal hinter einen bestimmten Punkt zurückgezogen haben, kann es plötzlich sehr schnell gehen und der Meeresspiegel dann auch rasant ansteigen", erklärt der Glaziologe Eric Rignot von der University of California in Irvine. "Wir dürfen auf keinen Fall in solch eine Katastrophe hineinschlittern."

Rignot warnte als einer der Ersten vor möglichen Problemen in Ostantarktika, das lange von Klimaforschern vernachlässigt wurde. Im Jahr 2013 beschrieb sein Team anhand von Satellitenbildern, Luftaufnahmen und Klimamodellen sehr detailliert das Verhalten des Eises am Rand der Antarktis. Die Forscher fanden Hinweise darauf, dass sechs Eisschilde in Ostantarktika, einschließlich des Totten-Gletschers, von unten her abschmolzen – und zwar wesentlich rapider als erwartet und einige fast so schnell wie die rasant zurückgehenden Gletscher im Westen des Kontinents. Noch mehr Überraschungen erlebten die Forscher, als sie sich mit Gletschern in Ostantarktika beschäftigten und Satellitenbilder und Luftaufnahmen aus den Jahren 1996 bis 2013 auswerteten. Wie die Bilder zeigten, war die Oberfläche des Totten-Gletschers um zwölf Meter gesunken und die so genannte Grounding Line – sprich der Punkt, an dem das vom Kontinent abgleitende Eis auf dem Meer zu schwimmen beginnt, bis zu drei Kilometer ins Land hinein verschoben.

"Das betrifft auch nicht nur eine einzelne Stelle", erklärt der Glaziologe Chris Stokes von der Durham University im Vereinigten Königreich. Sein Team wertete Satellitenbilder aus, die zwischen 1974 und 2012 an der gesamten Küste Ostantarktikas aufgenommen worden waren. In den meisten Regionen gab es weder einen Nettozuwachs noch eine Abnahme des Eises, außer im Wilkes-Land, einem Gebiet größer als Grönland, das auch den Totten-Gletscher umfasst. Drei Viertel des Gletschers zogen sich in den Jahren 2000 bis 2012 zurück. "Wilkes-Land könnte die Schwachstelle Ostantarktikas sein”, sagt Stokes.

Wie auf einem anderen Planeten

Als viele Wissenschaftler noch über den erstaunlichen Rückgang der ostantarktischen Gletscher grübelten, flog van Ommen mit seinen Kollegen über den Totten-Gletscher und untersuchte seine Unterseite. "Die Landschaft unter dem Eis ist besonders wichtig für den Gletscherfluss und seine Reaktion auf Klimaveränderungen", weiß van Ommen. Das Team hatte vor etwa zehn Jahren die internationale Initiative ICECAP (International Collaboration for Exploration of the Cryosphere through Aerogeophysical Profiling) ins Leben gerufen, um systematisch die bedeckten Landgebiete zu erkunden. Damals wussten sie noch "fast gar nichts über die Vorgänge in der Tiefe", erinnert sich der Forscher. Seitdem überquert das Flugzeug der ICECAP jeden Sommer kreuz und quer den großen Kontinent und blickt mittels Radar sowie Gravitations- und Magnetsensoren durch das Eis hindurch. "Das sind die besten Flüge der Welt", sagt der Glaziologe Martin Siegert vom Imperial College London, der das Projekt leitet. Der scheinbar strukturlose Eisschild verändert sich laufend mit Schneedünen, die vom Wind geschaffen werden, und Eis, das in dem unwirklichen Licht der Antarktis in tausend Farben schillert. "Das sieht aus wie von einem anderen Planeten", schwärmt er.

Die Flüge haben Bilder einer erstaunlich dramatischen Landschaft unterhalb des relativ flachen Eisschildes gebracht. Wie erste Ergebnisse der Luftaufnahmen vom Januar unter der Leitung des Glaziologen Sun Bo vom Polar Research Institute of China in Schanghai bestätigen, befindet sich hier ein 1100 Kilometer langer Canyon, der nicht nur der längste der Welt, sondern auch fast so tief wie der Grand Canyon in den USA ist. In vorherigen Flügen über das Wilkes-Land hatte das Team um van Ommen erkannt, dass 21 Prozent des Totten-Gletscherbeckens mehr als einen Kilometer unter dem Meeresspiegel liegt, in einem Gebiet das 100-mal größer ist als bisher gedacht. "So ein riesiges Becken hatten wir wirklich nicht erwartet", sagt der ebenfalls maßgeblich an ICECAP beteiligte Geophysiker Donald Blankenship von der University of Texas in Austin. Neben diesen Gräben fanden die Forscher Mulden, die sich vom Rand des Totten-Eisschelfs bis zur Grounding Line 125 Kilometer landeinwärts erstreckten und 2,7 Kilometer unter der Meeresoberfläche lagen. Auf Grund der stark welligen Landschaft könnte das warme Wasser aus dem Meer schnell bis zum Eis vordringen und es zum Schmelzen bringen.

Der Eisbrecher Aurora Australis hat 2015 die ersten Forscher zum Totten-Eisschild in der Ostantarktis gebracht.
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Der Eisbrecher Aurora Australis hat 2015 die ersten Forscher zum Totten-Eisschild in der Ostantarktis gebracht.

Als die RSV Aurora Australis im Jahr 2015 den Totten-Gletscher erreichte, war dies die erste Gelegenheit zu genaueren Analysen. In der Nähe der Gletscherzunge entdeckten Rintoul und sein Team Wasser mit einer Temperatur von 0,3 Grad Celsius – also viel wärmer als der lokale Gefrierpunkt von Meerwasser bei minus zwei Grad Celsius. "Hierdurch wird die hohe Schmelzrate verursacht", erklärt der Forscher. Wie seine installierten Messinstrumente zeigten, hat das Wasser hier auch das ganze Jahr diese Temperatur. Wenn es nun den neu entdeckten Kanälen unter dem Totten-Gletscher zur Grounding Line folgt, wird es an dieser Stelle mindestens 3,2 Grad Celsius wärmer sein als der Gefrierpunkt. "Das wären dann wirklich schlechte Nachrichten", sagt er. Die Eisschilder könnten aber auch vom Inneren der Antarktis bedroht sein, und zwar von Seen unterhalb der Eisschicht, die immer wieder Wasser in Richtung Küste schicken und diese überfluten. Vor etwa zehn Jahren machten sich vom Lake Cook unterhalb des Eisschildes in Wilkes-Land plötzlich 5,2 Milliarden Kubikmeter Wasser auf den Weg – die bisher größte Menge. Solche Massen können destabilisierend wirken und den Eisfluss sowie das Kalben der Eisberge beschleunigen, erklärt Leigh Stearns von der University of Kansas in Lawrence.

Eisverlust in der Ostantarktis könnte sich wiederholen

Laut den Wissenschaftlern sind das alles keine rein hypothetischen, sondern sehr reale Szenarien. So haben Untersuchungen der letzten Jahre gezeigt, dass Ostantarktika in der Vergangenheit schon viel Eis verloren hat und sich dieses in näherer Zukunft auch wiederholen könnte. Hinweise darauf brachte eine vom Integrated Ocean Drilling Program unterstützte Expedition im Jahr 2010. Damals wurden Meeresbodensedimente von der Küste vor dem Ostteil des Kontinents entnommen, was zweifelsohne ein gefährliches Unterfangen war. Das Schiff musste mehrmals das Bohren einstellen und riesigen Eisbergen ausweichen. "Die Gewässer rund um Antarktika gehören zu den schwierigsten Umgebungen für Bohrungen", betont die Geochemikerin Tina van de Flierdt vom Imperial College London, eine der Gruppenleiterinnen bei der Expedition. Doch der Einsatz lohnte sich und die Forscher erkannten erstaunliche Veränderungen im Eisschild. "Wir waren lange der Meinung, dass die ostantarktische Eisschicht nach 14 Millionen Jahren Wachstum am Ende angekommen sei, sagt van de Flierdt. "Dieser dicke, stabile Eisblock verändert sich aber gar nicht so sehr im Zuge der Klimaveränderungen.” Stattdessen zeigten die Meeresbodensedimente eine Zunahme und Abnahme der Eisschicht in der Zeit vor 5,3 bis 3,3 Millionen Jahren, im Zeitalter des Pliozäns, als die Lufttemperaturen bis zu 2 Grad Celsius höher lagen als heute. "Wir haben eindeutige Hinweise aus Zeiten mit Temperaturanstieg – das heißt, die Eisschicht reagierte sehr wohl sensibel auf die Erwärmung", erklärt van de Flierdt.

Die Wissenschaftler haben auch alarmierende erste Ergebnisse über die letzte interglaziale Periode, zwischen 129 000 und 116 000 Jahre vor unserer Zeit. Damals war es auf unserem Globus ähnlich warm wie heute, und die Eisschicht schrumpfte fast so stark wie in dem wesentlich wärmeren Pliozän. "Das hat uns wirklich überrascht", sagt van de Flierdt. "Wenn sich diese Ergebnisse bestätigen, dann wird es richtig spannend", meint die Geochemikerin Maureen Raymo vom Lamont-Doherty Earth Observatory in Palisades in New York. "Das würde nämlich bedeuten, dass auch schon bei geringer Erwärmung ein ziemliches Stück Eis verloren gehen kann", erläutert sie.

Die Verletzbarkeit Ostantarktikas lässt die Wissenschaftler zunehmend besorgt in die Zukunft blicken. Vorhersagen über Jahrzehnte oder Jahrhunderte lassen sich nur mit Hilfe von Computermodellen erstellen, die Reaktionen der Eisschilde auf die Klimaveränderungen simulieren können. Doch die vorhandenen Modelle sind relativ einfach und konnten bisher nicht einmal die Ereignisse der Vergangenheit genau darstellen, wie beispielsweise die deutlichen Gletscherrückgänge der Vergangenheit. Die Klimaforscher Robert DeConto von der University of Massachusetts in Amherst und David Pollard von der Pennsylvania State University in University Park verbesserten immerhin die Simulationen, indem sie manche bisher vernachlässigte Aspekte einbrachten. So rechnet ihr Modell ein, dass Schmelzwasser unter der Eisoberfläche die Gletscherspalten tiefer einschneidet und die Eisschilde sprengt. Damit simuliert das Modell, wie die Cliffs kollabieren, sobald die stützenden Eisschilde verloren gehen. Mit diesem Modell konnten DeConto und Pollard zeigen, wie sich die Gletscher Ostantarktikas in der letzten interglazialen Periode und im Pliozän deutlich zurückzogen. "Damit ist es zum ersten Mal möglich, die Simulationen der Eisschilder zumindest grob mit unserem Verständnis vom Rückgang der Gletscher und dem Anstieg des Meeresspiegels in der Vergangenheit in Einklang zu bringen", sagt van Ommen.

Gehen Mumbai, Schanghai, Vancouver und New York unter?

Nachdem sie nun die Vergangenheit simuliert haben, richten die Forscher den Blick in die Zukunft und finden eine Mischung aus Gut und Böse. Laut ihrer Modelle wird sich die gesamte Eisdecke der Antarktis in den nächsten 500 Jahren nicht stark verändern, sofern die globale Erwärmung bis zum Ende des Jahrhunderts auf weniger als 1,6 Grad Celsius über dem präindustriellen Niveau gehalten wird – was in etwa den Zielen des Pariser Klimaabkommens entspricht. Wenn die Temperaturen aber bis 2100 um mehr als 2,5 Grad Celsius über das präindustrielle Niveau steigen, wird sich der Meeresspiegel durch das Abschmelzen der Antarktis bis im Jahr 2500 um fünf Meter anheben, wobei fast die Hälfte des Wassers aus Ostantarktika käme. Wenn auch noch das grönländische Eis abschmelzen würde, stiege der Meeresspiegel um mindestens sieben Meter an – ausreichend um einen Großteil der riesigen Küstenstädte wie Mumbai, Schanghai, Vancouver und New York zu überschwemmen. "Das würde die Küstenlinien der ganzen Welt drastisch verändern und Millionen von Menschen betreffen", fügt DeConto hinzu.

Seiner Meinung nach ist das Modell allerdings noch relativ ungenau, insbesondere weil die Beobachtungen aus Ostantarktika sehr begrenzt sind. "Die meisten Küstenlinien sind noch gar nicht kartiert", erklärt er. Dieser Mangel an Daten lässt seiner Ansicht nach nur ein relativ schlechtes Ozeanmodell zu, mit dem die Menge an warmem Wasser, welches die Eisschilde erreicht, stark unterschätzt wird, so DeConto. "Deshalb brauchen wir erst einmal ein langfristiges Monitoring der Ozeanbedingungen."

In Ostantarktika fallen die Temperaturen gerade rapide, weil der Winter im Süden einsetzt. Die Forscher sind wieder gut zu Hause angekommen und durchforsten jede Menge Daten der Exkursion. Ihre Priorität wird in Zukunft auf der Kartierung des Grundgesteins unter den großen Eisschilden liegen. Hiermit wollen sie herausfinden, welche anderen Gletscher noch vom warmen Ozeanwasser dahingerafft werden; und sie wollen voraussagen, wie das Innere von Antarktika auf das Verschwinden des Eises an der Küstenlinie reagieren wird. Das Schlimmste wäre ihrer Meinung nach, wenn sich große Täler im Inneren des Kontinents gebildet hätten, die in Richtung Ozean tiefer würden. Diese könnten nämlich große Teile Ostantarktikas destabilisieren, sobald die Ränder in den nächsten Jahrzehnten und Jahrhunderten abbrechen. "Dann könnte die ganze Eisschicht einfach abrutschen", fürchtet Blankenship. "Und das wäre dann nicht mehr aufzuhalten."

Der Artikel ist am 12. April 2017 unter dem Originaltitel "Antarctica’s sleeping ice giant could wake soon" im Magazin "nature" erschienen.