Gibt es wirklich einen Klimawandel?

Behauptung: „Aber am Südpol nimmt die Eismasse zu!“

Behauptung: Die Eismenge, die die Antarktis umgibt, ist heute so groß wie noch nie, seit vor fast 30 Jahren mit der Satellitenbeobachtung begonnen wurde. Unterm Strich gibt es am Südpol jetzt mehr Eis als jemals zuvor.

Fakt ist: Das wichtige Festland-Eis der Antarktis schwindet, und zwar in zunehmendem Tempo

Antwort: 

Die verschiedenen Arten von Eis zeigen in der Antarktis unterschiedliche Trends: Das Meereis dehnt sich Satellitenmessungen zufolge leicht aus; ob damit auch eine Zunahme der Masse verbunden ist, lässt sich wegen mangelnder Daten schwer sagen. Das Landeis hingegen verliert an Masse – und zwar deutlich und mit zunehmender Geschwindigkeit. Diese Entwicklung ist erheblich wichtiger als der Trend beim Meereis, weil Landeis den Meeresspiegel stark steigen lassen kann.

Viele Leute sind überrascht, wenn sie erfahren, dass sich in den vergangenen Jahren das Meereis rings um die Antarktis ausgedehnt hat. Der Fakt selbst ist korrekt. Vollkommen falsch jedoch sind zwei Dinge, die häufig – implizit oder explizit – aus diesem Fakt abgeleitet werden: Dass es mit der Erderwärmung dann ja wohl nicht so schlimm sei. Oder dass der Eiszuwachs am Südpol den dramatischen Schwund des Eises am Nordpol quasi ausgleiche.

Bei derartigen Fehlschlüssen werden mehrere Dinge vermischt bzw. übersehen.

1. Das Meereis dehnt sich aus, obwohl sich auch die Antarktis erwärmt

Es mag paradox klingen, aber die Fläche des antarktischen Meereises sagt wenig über die Temperaturen am Südpol: Sowohl der Ozean rings um die Antarktis hat sich in den vergangenen Jahrzehnten merklich erwärmt (Purkey/Johnson 2010), als auch der Kontinent selbst – die Westantarktis zum Beispiel gehört zu den Weltregionen, in denen die Temperaturen am stärksten gestiegen sind (Bromwich et al. 2013).

  

Abbildung 1: Erwärmungstrends in der Antarktis 1957-2006 in Grad Celsius pro Dekade, der Westen des Kontinents (in der Grafik links) zeigte einen besonders starken Temperaturanstieg; Quelle: NASA 2009

Als Ursache für die Ausdehnung des antarktischen Meereises hat die Forschung vor allem Veränderungen bei Windmustern und Ozeanströmungen identifiziert (Nghiem et al. 2016), die teilweise auf die Erderwärmung zurückgehen dürften. Salopp gesagt treiben die stärkeren Winde das Meereis wohl einfach weiter auseinander.

2. Nur das Meereis dehnt sich aus, das Landeis hingegen schrumpft

Es ist extrem wichtig, die beiden Arten von Antarktis-Eis auseinanderzuhalten: Das Meereis schwimmt, wie der Name sagt, auf dem Meer; und wenn es schmilzt, hat das praktisch keine Auswirkungen auf den Meeresspiegel. Das Landeis der Antarktis hingegen hat sich über Jahrtausende gebildet, es liegt wie ein mächtiger Gletscher auf dem Kontinent. Etwa 60 Prozent des gesamten Süßwassers der Erde sind im antarktischen Eisschild gespeichert, und wenn er verschwände, würde das die Meeresspiegel um mehr als 50 Meter anschwellen lassen.

Die Eiszunahme, die in der Antarktis beobachtet wird, bezieht sich ausschließlich auf das Meereis. Und klar ist bisher nur, dass dessen winterliche Ausdehnung zunimmt – ob auch die Masse wächst, ist unklar. Denn verlässliche Daten über die Dicke des Eises liegen nicht vor. Klar ist hingegen, dass die Masse des antarktischen Landeises seit Jahren zurückgeht. Und dieser Schwund beschleunigt sich sogar – zwischen 2002 und 2011 ging pro Jahr rund fünfmal so viel Landeis verloren wie im Jahrzehnt zuvor (IPCC 2013, AR5, WG1, SPM B.3).

3. Das Meereis am Nordpol schwindet viel stärker, als es am Südpol zunimmt

Schon ein kurzer Blick auf die Zahlen zeigt, dass auch an der Behauptung nichts dran ist, der Zuwachs des Meereises am Südpol mache den Schwund am Nordpol wieder wett: In der Arktis ging die Ausdehnung des Meereises zwischen 1979 und 2012 um etwa 3,8 Prozent pro Jahrzehnt zurück, demgegenüber wuchs sie in der Antarktis nur um etwa 1,5 Prozent pro Jahrzehnt.

Abbildung 2: Entwicklung der durchschnittlichen jährlichen Ausdehnung des Meereises (also nach Entfernung der saisonalen Schwankungen) in der Arktis und der Antarktis zwischen 1979 und 2012; Quelle: IPCC 2013, AR5, WG1, FAQ-Broschüre, Kap.4.1, Abb.1 (Ausschnitt)

Auch in absoluten Zahlen sind die Unterschiede beträchtlich: Der Rückgang am Nordpol betrug 450.000 bis 510.000 km2 pro Jahrzehnt, die Zunahme am Südpol hingegen nur 130.000 bis 200.000 km2 pro Jahrzehnt (IPCC 2013, AR5, WG1, SPM B.3).

4. Klimatisch ist die Zunahme des antarktischen Meereises weniger relevant

Doch es sind nicht  nur die reinen Zahlen, die den (leichten) Zuwachs beim antarktischen Meereis weniger bedeutsam machen als der Schwund des Meereises in der Arktis. Die Schmelze am Nordpol ist für das Klimasystem der Erde aus grundsätzlichen Gründen relevanter als die Flächenausdehnung am Südpol. Warum?

Dazu muss man vor allem zweierlei verstehen. Erstens: Wenn ein Ozean seine Eisbedeckung verliert, nimmt er mehr Wärme auf – denn die helle Eisoberfläche reflektiert einen Großteil der Sonnenstrahlung, während das dunkle Wasser sie stärker absorbiert. Zweitens: Dieser Effekt ist im Sommer stärker als im Winter, weil im Sommer die Sonneneinstrahlung stärker ist.

Schauen wir nun zuerst auf den Nordpol: Dort ist die Meereisbedeckung in den vergangenen Jahrzehnten besonders drastisch während der Sommermonate zurückgegangen – also just dann, wenn die Sonne am stärksten scheint und der Verlust der reflektierenden Oberfläche den Ozean am stärksten aufheizt. Am Südpol hingegen findet der beobachtete Zuwachs bei der Meereisfläche vor allem im Winter statt (die sommerliche Ausdehnung hat sich nur wenig verändert) – also zu einer Jahreszeit, in der die Sonneneinstrahlung ohnehin geringer ist, der Zuwachs bei der reflektierenden Fläche also weniger „nützt“.

Sicherlich verändert die Zunahme des Meereises in der Antarktis die Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre, doch für den Energiehaushalt der gesamten Erde hat der Schwund des sommerlichen Meereises am Nordpol deutlich schwerwiegendere Folgen als der winterliche Zuwachs am Südpol.

klimafakten.de, August 2015;
zuletzt aktualisiert: Juni 2016

Die Antarktis ist ein riesiger Kontinent, größer als Europa, der zu 98 Prozent mit Eis bedeckt ist. Auf dem ihn umgebenden Ozean schwimmt – jahreszeitlich schwankend – mal mehr, mal weniger Meereis. Die fundamentalen Unterschiede zwischen diesen beiden Arten von Eis werden häufig vernachlässigt.

Das Landeis ist ein teils kilometerdicker Eisschild, der sich über Jahrtausende durch die Verdichtung von gefallenem Schnee gebildet hat – das Landeis ist also langfristig gespeichertes Süßwasser. Hingegen entsteht der allergrößte Teil des Meereises jeden Winter aufs Neue, wenn auf dem kalten Ozean Salzwasser gefriert. Es wird nur ungefähr einen Meter dick – und schmilzt jeden Sommer fast vollständig wieder.

Wenn Landeis schwindet und in die Ozeane fließt, steigen die Meeresspiegel. Hingegen hat das Schmelzen von Meereis praktisch keine Auswirkungen auf die Meeresspiegel – wohl aber auf andere Aspekte des Klimasystems. Wenn Meereis schrumpft, nimmt die Erde mehr Sonnenenergie auf, denn die eisfreie Ozeanoberfläche ist dunkler als das Eis (fachsprachlich: sie hat eine niedrigere Albedo) und absorbiert daher mehr Sonnenstrahlung.

Es ist jedenfalls außerordentlich wichtig, zwischen antarktischem Land- und Meereis zu unterscheiden. Denn nicht nur die beiden Arten des Eises sind völlig verschieden, sondern auch deren Entwicklungstrends:

  • Das antarktische Landeis schwindet, und die Massenverluste beschleunigen sich sogar.
  • Das antarktische Meereis hingegen nimmt in der Ausdehnung leicht zu, aber der Trend ist regional stark unterschiedlich. Und die Zunahme geschieht, obwohl rings um den Südpol (wie auf dem ganzen Globus) die Temperaturen steigen.

Antarktisches Landeis: Die Masse nimmt deutlich ab

Es ist schwierig, Veränderungen an der antarktischen Landeismasse genau zu erfassen, da der Eisschild sehr groß und komplex ist. Erstmals möglich wurde dies durch Forschungssatelliten, die seit den 1990er Jahren gestartet wurden. Insgesamt gibt es drei verschiedene Methoden der Eismessung, und ihre Ergebnisse stimmen (im Rahmen der üblichen Unsicherheitsmargen) überein. Der IPCC konstatierte deshalb 2013 in seinem Fünften Sachstandsbericht (Band 1, Kapitel 4.4.2.3., S. 352):

„Mit großer Sicherheit lässt sich sagen, dass der Antarktische Eisschild derzeit an Masse verliert.“

In einer Grafik hat der IPCC die Ergebnisse von zehn verschiedenen Forscherteams zusammengefasst (Abbildung 1):

 

Abbildung 1: Kumulierter Masseverlust des Festlandeises der Antarktis zwischen 1991 und 2012 (linke Skala in Gigatonnen, rechte Skala in „Sea Level Equivalent“, also umgerechnet darauf, welchem Anstieg der Meeresspiegel die Eismasse entspricht). Gezeigt sind die jährlichen Durchschnittswerte auf der Basis zehn jüngerer Studien. Die hellblaue Fläche markiert die Unsicherheitsmarge der Daten; Quelle: IPCC 2013, AR4, WG1, Kap.4, Abb.16

Und der Eisverlust hat sich zuletzt noch beschleunigt (Velicogna et al. 2009, Velicogna et al. 2014): Während er zwischen 1992 und 2001 bei etwa 30 Gigatonnen pro Jahr lag, betrug er im Zeitraum 2005-2010 bereits 147 Gigatonnen pro Jahr (IPCC, AR5, Band 1, Kapitel 4, Executive Summary, S. 320). Eine spätere Studie kommt innerhalb eines Jahrzehnts sogar auf eine Verzwölffachung der Verlustrate (Paolo et al. 2015). Allerdings ist die Entwicklung in verschiedenen Regionen der Antarktis unterschiedlich.

Die detailliertesten Daten zum Landeis liefert seit 2002 eine US-amerikanische Satellitenmission namens GRACE („Gravity Recovery and Climate Experiment“). Mittels zweier Satelliten vermisst sie extrem genau die Schwerkraft der Erde, woraus sich die Masse an der Erdoberfläche (beispielsweise von Eis) ableiten lässt – und durch wiederholte Messungen kommen dann zeitliche Veränderungen zum Vorschein. Die GRACE-Daten ergeben, dass der Eisverlust in der Antarktis ungleich verteilt ist (Abbildung 2): Während im Osten des Kontinents die Eismasse sogar leicht zunimmt, ist im Westen eine teils drastische Abnahme zu beobachten (King et al. 2012).

Abbildung 2: Abschätzung der Veränderung der Eismasse in verschiedenen Regionen der Antarktis zwischen 2002 und 2012 auf der Basis von Messdaten der Satellitenmission GRACE – bläulich markiert sind Gegenden mit unterschiedlich starkem Eisverlust, bräunlich markiert sind Gegenden unterschiedlich starker Zunahme; Quelle: King et al. 2012

Im Osten der Antarktis ist der Eisschild demnach zwischen 2002 und 2012 leicht gewachsen, allerdings nicht stark genug, um den Eisverlust vor allem im Westen des Kontinents auszugleichen (Shepherd et al. 2012). Wegen des verhältnismäßig kurzen Beobachtungszeitraums ist noch nicht klar, ob es sich bei der Massezunahme im Osten um einen längerfristigen Trend und mögliches Resultat des Klimawandels handelt oder lediglich um ein kurzfristiges Phänomen, etwa als Resultat natürlicher Niederschlagsschwankungen (Boening et al. 2012). Stärkere Schneefälle in der östlichen Antarktis nämlich gelten bereits länger als eine mögliche Folge des Klimawandels (eine wärmere Atmosphäre kann mehr Feuchtigkeit aufnehmen und deshalb auch im Winter mehr Schnee zur Folge haben), diese Region sollte also in den kommenden Jahren genau beobachtet werden.

Als Ursache des Eisschwundes in der Antarktis gilt übrigens nicht ein großflächiges Schmelzen an der Oberfläche des Eispanzers. Zwar erwärmt sich auch die Antarktis (besonders stark der Westen des Kontinents), doch selbst im antarktischen Sommer liegen die Temperaturen in der Regel noch unter null Grad. Auch Veränderungen bei den Niederschlägen können den Schwund des Eisschildes nicht erklären. Vielmehr entstehend die Massenverluste dadurch, dass Eis in den Ozean rutscht.

Große Teile des Eisschildes der Antarktis sind nämlich Schelfeis, das heißt, sie liegen nicht auf Land, sondern schwimmen im Wasser; teilweise liegt aber auch der Erdboden unter dem Eisschild unterhalb des Meeresspiegels.

Abbildung 3: Topografie der Antarktis unter dem Eisschild – bläulich eingefärbt in der oberen Grafik sind jene ausgedehnten Bereiche, in denen die Basis des Eisschildes unterhalb des Meeresspiegels liegt. Die beiden unteren, kleinen Grafiken zeigen die Profile entlang der Linien B-B‘ und C-C‘, wie sie in der oberen Grafik eingezeichnet sind; Quelle: IPCC 2013, AR5, WG1, Kap.4, Abb.18 (Ausschnitt)

Dass vom Schelf Eis abbricht (und in Form von Eisbergen davontreibt), ist ein natürlicher Prozess. Befindet sich der Eisschild im Gleichgewicht, wird der Verlust infolge der Abbrüche an den Kanten ungefähr durch die Ablagerung und Verdichtung von Schnee an der Oberfläche ausgeglichen. Seit Jahrzehnten aber ist an zahlreichen Stellen der Antarktis ein Schwund des Schelfeises zu beobachten, das heißt ein Zurückweichen der Schelfeiskante, besonders auf der Antarktischen Halbinsel im Westen (Cook/Vaughan 2010). Als Ursache dafür gilt wärmeres Wasser, das die Unterseite des Schelfeises umspült – und zum Schmelzen und zu großflächiger Destabilisierung führt (Mengel/Levermann 2014, Alley et al. 2016) immer größere Eisberge brechen ab. In den vergangenen Jahren hat sich der Schwund des Schelfeises beschleunigt (Rignot et al. 2013). Und Forscher befürchten, dass an einigen Stellen der unumkehrbare Kollaps des Eisschildes bereits begonnen hat (Joughin et al. 2014, Rignot et al. 2014).

Die Ursache für den Zufluss warmen Wassers an der Westküste der Antarktis ist noch nicht restlos geklärt, vermutet wird ein Zusammenspiel aus Erwärmung der Ozeane und veränderten Windmuster, wozu neben dem menschengemachten Klimawandel zum Beispiel auch die Schädigung der Ozonschicht seit Mitte des 20. Jahrhunderts beigetragen haben dürfte (Gillet/Thompson 2003, Schmidtko et al. 2014).

Insgesamt spielt der antarktische Eisschild eine wichtige Rolle beim Meeresspiegelanstieg. Allein die Ostantarktis enthält genug Eis, um den Meeresspiegel (langfristig, also über mehreren Jahrhunderte) um etwa 50 Meter anzuheben – bei Verlust des westantarktischen Eisschildes wären es ‚nur’ sechs bis sieben Meter.

Antarktisches Meereis: Die Ausdehnung nimmt leicht zu

Im Gegensatz zum Landeis zeigt das antarktische Meereis (also das auf der Wasseroberfläche um den Kontinent schwimmende Eis, das jährlich neu aus Meerwasser entsteht) einen leichten Aufwärtstrend – zumindest seit Beginn seiner Satellitenvermessung 1979. Diese Beobachtung wird häufig als vermeintlicher Beleg dafür angeführt, dass es die Erderwärmung gar nicht gebe. Dem liegen aber mehrere Fehler zugrunde. Statt einem Fehlschluss zu unterliegen, sollte man besser fragen: Was hat es mit der Ausdehnung des antarktischen Meereises auf sich? Und was sind die Ursachen?

Zuerst einmal muss festgehalten werden, dass sich die saisonale Eisbedeckung rings um die Antarktis nicht einheitlich entwickelt, es gibt starke regionale Unterschiede: So hat das Meereis im Gebiet der Amundsen- und Bellingshausensee an der Antarktischen Halbinsel in den letzten drei Jahrzehnten deutlich abgenommen – mit starken Folgen für die dortigen marinen Ökosysteme (Montes-Hugo et al. 2009, Ducklow et al. 2011). Doch Zunahmen anderswo und am deutlichsten im Rossmeer drehten den Gesamttrend ins Positive (Parkinson/Cavalieri 2012, Stammerjohan et al. 2012). In der Summe hat – so der IPCC in seinem Fünften Sachstandsbericht (Band 1, Kapitel 4.2.3.1., S. 330) –  die Eisbedeckung rings um die Antarktis zwischen 1979 und 2012 um etwa 1,5 Prozent pro Jahrzehnt zugenommen (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4: Mittlere Zirkulationsmuster des Meereises und Entwicklungstrends der jährlichen, also saisonal bereinigten Ausdehnung (in Prozent je Jahrzehnt) für verschiedene Gegenden der Antarktis und den gesamten Kontinent. Die Pfeile (oben) zeigen die durchschnittliche Richtung und Stärke der Eisdrift. Im Jahresverlauf wächst die Eisbedeckung jeweils auf etwa das Sechsfache und schrumpft danach wieder. Die rötliche Fläche zeigt die durchschnittliche Maximalausdehnung des Meereises (die jährlich im September erreicht wird), die grauen Flächen markieren die durchschnittliche Minimalausdehnung (jeweils im März); Datenbasis sind Satellitenmessungen für die Periode 1979-2012. Das Diagramm unten zeigt die Abweichung der Meereisfläche vom langjährigen Mittel über die vergangenen gut drei Jahrzehnte, pro Dekade nahm die durchschnittliche Eisbedeckung um 1,5 Prozent zu; Quelle: IPCC 2013, AR5, WG1, FAQ-Broschüre, Kap.4.1, Abb.1 (Ausschnitt)

Vor allem sollte genauer betrachtet werden, warum das Meereis im Mittel zunimmt. Denn bei vielen Laien dürfte die implizite Annahme lauten: Wenn das Eis mehr wird, dann ist es wohl rund um die Antarktis kälter geworden. Doch dies ist ein Fehlschluss, eher das Gegenteil stimmt: Das Südpolarmeer erwärmte sich seit den 1950er Jahren deutlich,  teilweise sogar stärker als die anderen Ozeane (Gille 2002, Gille 2008, Böning et al. 2008, Purkey/Johnson 2010).

Eis Antarktis

Abbildung 5: Oberflächennahe Lufttemperatur über eisbedeckten Arealen des südlichen Polarmeeres (oben), Ausdehnung des Meereises (unten), Quelle: Zhang 2007

Wieso aber dehnt sich das Meereis aus, wenn sich das Südpolarmeer erwärmt? Mehrere Faktoren tragen zu dieser scheinbaren Paradoxie bei. Die meisten Forscher verweisen auf geänderte Windmuster, die das Meereis weiter auseinandertreiben (Holland/Kwok 2012). Ein Faktor dabei ist die gesunkene Ozonkonzentration über der Antarktis: Das Loch in der Ozonschicht über dem Südpol, das sich trotz Verbots von FCKW nur langsam wieder schließt, bewirkt (zusammen mit den zunehmenden Treibhausgasen) eine Abkühlung der Stratosphäre (Gillet/Thompson 2003, Haumann et al. 2014). Dies verstärkt die sich im Uhrzeigersinn drehenden zirkumpolaren antarktischen Winde (Thompson/Solomon 2002). Der Wind treibt das Meereis herum, und wegen der Erddrehung driftet das Eis leicht in nördliche Richtung. Es schafft so eisfreie Bereiche auf der Meeresoberfläche, sogenannte Polynjas, und in diesen offenen Bereichen kann sich dann weiteres Meereis bilden, weil die Lufttemperaturen im Winter immer noch deutlich unter dem Gefrierpunkt liegen – im Ergebnis führt dies zu einer erhöhten Meereisproduktion (Turner et al. 2009, Comiso et al. 2011).

Eine bislang nicht nachprüfbare Erklärung könnte auch sein, dass sich durch die Zunahme des windbedingten Eistransports nach Norden nur die Fläche ausdehnt, jedoch die Dicke des Meereises abnimmt und das Volumen an Eis somit relativ konstant bleibt. Um diese Hypothese zu beweisen, fehlen aber noch umfassende Messungen der Eisdicke über einen längeren Zeitraum.  

Laut einer weiteren Hypothese tragen auch Veränderungen des Salzgehalts des Meerwassers zur Ausdehnung der Meereisfläche bei: Das Südpolarmeer besteht aus einer Schicht kalten Wassers nahe der Oberfläche und wärmeren Wassers in größerer Tiefe. Durch natürliche Zirkulation steigt ein Teil des wärmeren Wassers auf und schmilzt das Meereis. Im Zuge des allgemeinen Klimawandels jedoch erwärmt sich die Atmosphäre, und weil wärmere Luft mehr Wasser aufnehmen kann, nehmen die Niederschläge zu. Dadurch wird das Oberflächenwasser verdünnt, wegen des geringeren Salzgehalts wird dann die obere Kaltwasserschicht leichter als das wärmere Wasser darunter – in der Folge wird die Schichtung stabiler, weniger Wärme als bisher würde aus der Tiefe nach oben befördert und weniger Meereis schmelzen (Zhang 2007). Denselben Effekt könnte der Schwund des Schelfeises (siehe oben) haben, denn wenn die abgebrochenen Eisberge im Südpolarmeer schmelzen, verdünnt auch dies das Oberflächenwasser und stabilisiert die Schichtung (Bintanja et al. 2013).

Fazit:

Die Antarktis und ihr Meereis sind sehr komplexes Phänomene – die Eisbedeckung des antarktischen Ozeans nimmt zu, obwohl (oder paradoxerweise gerade weil) auch rings um den Südpol die Erderwärmung bereits deutlich spürbar ist. Jedenfalls wäre der Eindruck falsch, die beobachtete Zunahme des antarktischen Meereises widerlege die Realität des Klimawandels. 

John Cook, Matt King/klimafakten.de, November 2011;
zuletzt aktualisiert: April 2016