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Nr. 94, 31.03.2018  voriger  Übersicht  weiter  REIHEN  SUCHE  Feedback 

Optische Vermessung der Eisschmelze

Die Kieler Geografin Natascha Oppelt nahm an einer Polarstern-Expedition in die Arktis teil, um Größe, Tiefe und optische Daten von Schmelztümpeln zu erfassen. Ziel ist, zukünftig solche Daten, die für die Klimamodellierung wichtig sind, mittels Fernerkundung zu erhalten.


Gut geschützt in knallroten Überlebensanzügen messen Natascha Oppelt (links) und zwei Kollegen unter anderem die Tiefe der Schmelztümpel im artischen Meereis, die Dicke des unter den Teichen liegenden Eises sowie optische Eigenschaften des Teichwassers und der umgebenden Meereisoberfläche. Foto: Niels Fuchs, AWI Bremen

Wenn im arktischen Sommer Eis schmilzt, bilden sich Tümpel auf den Eisschollen. Und diese Schmelztümpel sind interessant für die Forschung, denn das Eis schmilzt schneller, wenn Tümpel da sind. Der Grund: »Eis und Schnee reflektieren die einfallende Sonnenstrahlung sehr stark, das heißt, es kommt wenig Strahlungsenergie direkt im Eis an. Wasser hingegen absorbiert die Strahlungsenergie und beschleunigt so das Tauen des Eises«, erklärt Professorin Natascha Oppelt.

Die Physische Geografin leitet die Arbeitsgruppe Earth Observation and Modelling am Geographischen Institut der Universität Kiel und war mit an Bord des Forschungsschiffs Polarstern, das im Juni 2017 mit einer Eisscholle in der zentralen Arktis gedriftet ist. »Wir waren zwei Wochen direkt an einer Scholle verankert und sind, wenn das Wetter es erlaubte, auf die Scholle gegangen, um zu messen. Dort waren mehrere Tümpel, und im Laufe der zwei Wochen entstanden auch einige Tümpel neu.«

Die Scholle zu erkunden war nicht ganz ungefährlich. »Man ist ja auf unbekanntem Terrain unterwegs und kann jederzeit einbrechen. Zur Erkundung der Scholle durften wir daher nur mit Überlebensanzug von Bord gehen und hatten zum Beispiel spezielle Wurfeisen dabei, mit denen man sich an den Rand ziehen kann.« Besonders abenteuerlich wird es, wenn das größte Landraubtier die Wege der Forschenden kreuzt.

Daher darf jede Forschungsgruppe auch nur mit einer bewaffneten Eisbärenwache aufs Eis gehen. »Gleich am zweiten Tag vor Ort besuchte eine Eisbärmutter mit einem Jungtier die Forschungsstation. Sie untersuchte das ganze Equipment und zog dann wieder ab. Das konnten wir alles vom Schiff aus beobachten – keine 100 Meter entfernt«, berichtet die Dekanin der Mathematisch-Naturwissen­schaft­lichen Fakultät.

Die Tümpel haben Natascha Oppelt und ihr Mitarbeiter Marcel König gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen vom Alfred-Wegner-Institut im Bremerhavener Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeres­forschung (AWI) und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) mit verschiedenen Methoden untersucht. Es wurden unter anderem Ausdehnung und Tiefe der Tümpel, Dicke des darunter liegenden Eises sowie optische Eigenschaften des Tümpelwassers und der umgebenden Meereisoberfläche bestimmt.

Ergänzend zu den Messungen am Boden überflog ein Helikopter das Gebiet und nahm mit Spezial­kameras hyperspektrale Daten auf, die sehr genaue Bilder vom reflektierten Licht liefern. Während das menschliche Auge nur weißen Schnee oder türkis-blaue Schmelztümpel sieht, zeichnet die Spezialkamera das reflektierte Licht von sehr vielen eng beieinanderliegenden Wellenlängen auf. Um das Farbsignal der unterschiedlichen Farben von Eis und Wasser unterschiedlicher Tiefe richtig auswerten zu können, um es quasi zu eichen, sind Vor-Ort-Messungen nötig. Die Bodenmessungen dienen also dazu, die mit dem Hubschrauber aufgenommen Daten zu validieren.

Aufbauend auf diesen Messungen soll eine Methode entwickelt werden, die es erlaubt, wichtige Parameter von Schmelzwassertümpeln (Bedeckungsgrad, Tiefe) aus Satellitendaten abzuleiten. Ziel ist letztlich, mit Satellitendaten dokumentieren zu können, wie sich die Schmelzwassertu?mpel räumlich und zeitlich entwickeln, um besser zu verstehen, welche Rolle sie im arktischen Klima- und Ökosystem haben.

»Tatsache ist, das Eis der Arktis nimmt ab. Eine logische Konsequenz wäre, dass die Schmelztümpel größer und tiefer werden. Flächenhaft beweisen können wir es noch nicht«, so Oppelt, die sich diese Aufgabe vorgenommen hat und auch im nächsten Jahr wieder bei einer Expedition in die Arktis dabei sein wird.

Kerstin Nees
Arktisches Eis schmilzt schneller als vorhergesagt
Für Klimamodelle ist das polare Meereis eine wichtige Größe, allerdings eine, die bisher noch nicht gut genug abgebildet wird. Seit Jahren verschwindet es schneller, als alle Klimamodelle vorhergesagt haben. Verglichen mit 1979, dem Beginn der Satellitenbeobachtung, hat sich die jeweils im September gemessene Meereisbedeckung fast halbiert. Die Arktis erwärmt sich etwa zweimal so schnell wie der Rest des Planeten. Dieses als arktische Verstärkung bekannte Phänomen ist noch nicht vollständig aufgeklärt.

Offensichtlich setzt das schmelzende Eis eine sich selbst verstärkende Kaskade von Ereignissen in Gang, die zu mehr Schmelze und mehr Wärme führt. Ein Grund dafür: Eine helle Eisfläche strahlt nahezu die gesamte einfallende Sonnenenergie zurück. Dunkles Meer hingegen nimmt die Energie auf und erwärmt sich, was die Bildung neuen Eises erschwert. (ne)
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