Meereisphysiker des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) haben eine neue Methode entwickelt, mit der sie erstmals die Verbreitung und Mächtigkeit des sogenannten Plättcheneises in der Antarktis grossflächig vermessen können. Bei diesem Eis handelt es sich um eine mehrere Meter dicke Schicht aus filigranen Eiskristallen unter dem Meereis, über die bisher nur relativ wenig bekannt ist. Das Plättcheneis ist in den Küstengewässern der Antarktis sowohl für das Leben im Meer als auch als Indikator für den Zustand schmelzender Schelfeisgebiete von zentraler Bedeutung. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler open access in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters.

Schematische Darstellung der Entstehung von Plättcheneis im Südpolarmeer. Grafik: AWI, Mario Hoppmann
Schematische Darstellung der Entstehung von Plättcheneis im Südpolarmeer. Grafik: AWI, Mario Hoppmann

Jedes Jahr im Südwinter friert das Meer rundum den antarktischen Kontinent grossflächig zu. Dieses Meereis ist jedoch nicht das einzige Eis, das im Winter dort wächst. Verborgen unter der Eisdecke bildet sich im selben Zeitraum ein aussergewöhnlicher Lebensraum: eine mehrere Meter dicke Schicht aus losen Eiskristallen. Ja, unter dem Meereis der Antarktis sieht es mancherorts aus wie in einem mit «crushed ice» gefüllten Cocktailglas – mit dem Unterschied, dass die Kristalle im Südpolarmeer zu handtellergrossen, millimeterdünnen Platten heranwachsen, sodass Forscher diesem spektakulären Phänomen schon vor Jahrzehnten den Namen «Plättcheneis» gegeben haben.

Nahaufnahme eines typischen Eisplättchens aus der Atkabucht, Weddell­meer, Antarktis. Die Plättchen messen bis zu 20 Zentimeter im Durchmesser. Foto: AWI, Mario Hoppmann
Nahaufnahme eines typischen Eisplättchens aus der Atkabucht, Weddell­meer, Antarktis. Die Plättchen messen bis zu 20 Zentimeter im Durchmesser. Foto: AWI, Mario Hoppmann

Lange wusste man kaum etwas über diese einzigartige Eismasse. In den vergangenen Jahrzehnten aber haben Forscher herausgefunden, dass das Plättcheneis in einigen Regionen um die Antarktis massgeblich zur Massenbilanz des Meereises beiträgt und gleichzeitig einen einmaligen Lebensraum darstellt: An und zwischen den Platten gedeihen unzählige Algen, welche die Basis eines ganz eigenen Ökosystems darstellen. Sie sind Nahrung für Myriaden von Kleinkrebsen und Fischen, die zwischen den Eisplättchen Schutz vor grösseren Räubern wie Robben und Pinguinen finden.

Über die Ausdehnung und Mächtigkeit des Plättcheneises aber war bisher nur sehr wenig bekannt. Für gewöhnlich stiessen Forscher nur eher zufällig auf das Plättcheneis – zum Beispiel, wenn sie das Meereis durchbohrten, um dessen Dicke zu messen. Jetzt aber ist es einem Forscherteam des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), der Jacobs-Universität Bremen und der Universität Uppsala erstmals gelungen, eine Methode zu entwickeln, mit der sich die Verbreitung und das Volumen des Plättcheneises grossflächig erfassen lässt.

Screenshot einer Unterwasser-Aufnahme der Plättcheneisschicht in der Atka­bucht, Weddellmeer, Antarktis. Die Plättchen messen bis zu 20 Zentimeter im Durchmesser. Foto: AWI, Tauchzentrum
Screenshot einer Unterwasser-Aufnahme der Plättcheneisschicht in der Atka­bucht, Weddellmeer, Antarktis. Die Plättchen messen bis zu 20 Zentimeter im Durchmesser. Foto: AWI, Tauchzentrum

Wie die Wissenschaftler in einer aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters schreiben, setzten sie für die Plättcheneis-Vermessung erstmals ein sogenanntes Multifrequenz-EM-Gerät ein. EM steht für «elektromagnetische Induktionsmessung». Dabei handelt es sich um ein physikalisches Verfahren, das die elektrische Leitfähigkeit des Untergrundes misst. So unterscheidet sich etwa die Leitfähigkeit festen Meereises deutlich von der des salzigen Meerwassers darunter. Das bedeutet, ein EM-Messgerät kann auf diese Weise den Übergang von Meereis zu Wasser leicht erspüren und ermöglicht es den Meereisphysikern, die Eisdicke zu berechnen.

Der Übergang vom Meereis zum Plättcheneis aber ist deutlich unschärfer. Herkömmliche EM-Messgeräte, welche die Übergänge zwischen Eis und Wasser mit nur einer einzigen Frequenz bestimmen, konnten das Plättcheneis nur schwer vom Meereis oder Wasser unterscheiden. Mit der neuen Multifrequenz-Methode aber können die Forscher die Übergänge von Meereis zu Plättcheneis und Wasser nun erstmals zentimetergenau bestimmen, ohne dafür aufwändig Löcher ins Eis zu bohren und die Dicken mit Maßbändern zu messen.

Schlittenzug für Plättcheneis-Dickenmessungen in der Atka-Bucht. Das Multifrequenz-EM-Gerät wurde im Kanu über das Meereis gezogen. Foto: AWI, Mario Hoppmann
Schlittenzug für Plättcheneis-Dickenmessungen in der Atka-Bucht. Das Multifrequenz-EM-Gerät wurde im Kanu über das Meereis gezogen. Foto: AWI, Mario Hoppmann

«Unsere Ergebnisse haben uns selbst überrascht», sagt der AWI-Meereisphysiker und Co-Autor Dr. Mario Hoppmann. «Mit dem Multifrequenz-EM-Gerät konnten wir nicht nur die Dicke des Plättcheneises relativ genau bestimmen. Wir konnten sogar das Eisvolumen der Plättcheneisschicht errechnen, indem wir die Menge des Meerwassers zwischen den Plättchen bestimmt und diese dann subtrahiert haben.»

Um weiträumig Daten zu sammeln, vermassen die Forscher grosse Flächen der zugefrorenen Atka-Bucht. Diese Bucht liegt im Weddellmeer, in der Nähe der deutschen Antarktis-Forschungsstation «Neumayer-Station III». Die Forscher legten das Multifrequenz-EM in ein Kajak, das sie an ein Schneemobil hängten. Mit dem Gespann fuhren sie dann stundenlang und über Wochen hinweg immer wieder über das Meereis der Atka-Bucht. «Wir haben dabei unter anderem festgestellt, dass das Plättcheneis einen Jahresrhythmus hat», sagt Mario Hoppmann. Im Juni, zu Beginn des antarktischen Winters, sammeln sich unter dem Meereis die ersten Plättchen. Im Laufe des Winters wächst die Schicht, bis sie zum Winterende im Dezember mehrere Meter dick ist und dann im Laufe des Sommers wieder schrumpft.

Die Forscher sind überzeugt, dass die Plättchen im Eisregime der Antarktis eine wichtige Rolle spielen. Immerhin gefriert das saisonale Meereis in der Atka-Bucht im Winter bis auf eine Dicke von durchschnittlich zwei Metern. Die Plättcheneisschicht darunter aber erreicht im Laufe eines Jahres eine Durchschnittsdicke von fünf Metern. An manchen Stellen war sie sogar bis zu zehn Meter dick. Das bedeutet: Eine beträchtliche Menge des Eises liegt in Form von Plättchen vor. «Will man die Situation des antarktischen Eises verstehen und einen möglichen Einfluss des Klimawandels abschätzen, muss man daher künftig wahrscheinlich auch das Plättcheneis stärker berücksichtigen», sagt Mario Hoppmann.

Quelle: AWI, Bremerhaven