Abbildung 1: Geometrie des eindimensionalen Wassersäulenmodells (nicht maßstabsgetreu). Pfeile zeigen Ozean-zu-Eis-Flüsse für potenzielle Temperatur (blau) und Salzgehalt (rot).
Die vertikale Struktur der Schmelzwasserströmung unter Gletschereis
Die zweite Phase von GROCE bringt neue Einblicke in klimarelevante Prozesse, die in den Eiskavernen unter schwimmenden Gletscherzungen ablaufen. In diesen Kavernen trägt die Wechselwirkung zwischen Ozean und Eis zum Anstieg des Meeresspiegels bei.
Die Prozesse, die an der Eis-Ozean-Grenzfläche ablaufen, sind noch nicht gut verstanden, weshalb mehr Forschung dazu wichtig ist, wie die im März 2022 von den GROCE-Wissenschaftlern Hans Burchard und Markus Reinert zusammen mit internationalen Kollegen in JAMES veröffentlichte Studie mit dem Titel: The Vertical Structure and Entrainment of Subglacial Melt Water Plumes.
20. Juni 2022
Warum ist es wichtig, die Gletscher-Ozean-Grenzfläche zu untersuchen?
In einer Welt der globalen Erwärmung ermöglicht das Abschmelzen von Gletschern, die als schwimmende Eiszungen in den Ozeanen der arktischen und antarktischen Regionen enden, diesen Gletschern, schneller zu fließen und somit einen erheblichen Beitrag zum Anstieg des globalen mittleren Meeresspiegels zu leisten.
Unterhalb der Eis-Ozean-Grenzfläche entwickeln sich turbulente Strömungen in einer Schicht von etwa 10 m Dicke (sogenannte Plumes) und transportieren das Schmelzwasser von der Aufsetzlinie (wo der Gletscher in den Ozean eintritt) in Richtung der Kalbungsfront (dem seewärtigen Ende des Gletschers). An der Unterseite des Plumes wird relativ warmes und salziges Ozeanwasser in den Plume gemischt und nach oben zur Eis-Ozean-Grenzfläche transportiert, wo das Schmelzen aufgrund der zusätzlichen Wärmezufuhr erhöht wird.
Welche Methode habt ihr verwendet, um die Prozesse zu verstehen?
Das Verständnis, wie Turbulenz und Vermischung unter dem Gletscher wirkt, ist für die Einbeziehung dieser Prozesse in Computermodelle und damit für die Vorhersage der Gletscherschmelze unerlässlich. In dieser Studie wird ein genaues, hochauflösendes Simulationsmodell für die Wassersäule konstruiert, das diese Prozesse konsistent reproduzieren kann. Dieses Modell beinhaltet einen Turbulenzschließung höherer Ordnung, der die Effekte kleinskaliger Turbulenz parametrisiert. Diese Methode ermöglicht es, das Einmischen von darunterliegendem wärmeren und salzigeren Umgebungswassers in den Plume realistisch zu reproduzieren, was wiederum einen erheblichen Einfluss auf das Schmelzen hat.
Was ist ein wichtiges Ergebnis eurer Studie?
Unsere Sensitivitätsstudie zeigt, dass eine Erhöhung der Wassertemperatur um 1°C die Schmelzrate um 50% erhöhen kann. Steilere Eis-Ozean-Grenzflächen führen zu stark beschleunigten Fließgeschwindigkeiten und damit auch zu höheren Schmelzraten. Dies zeigt, dass genauere Kenntnisse über die Bedingungen an der Eis-Ozean-Grenzfläche (z. B. die Topographie unter dem Eis) und die Hydrodynamik in der Kaverne benötigt werden. Die hier entwickelten Algorithmen liefern nachweislich zuverlässige Ergebnisse, auch für Modelle mit nur wenigen Gitterpunkten im Plume und können daher in Klimamodelle mit oberflächenfolgenden Koordinaten implementiert werden, um zukünftige Szenarien des Meeresspiegelanstiegs genauer zu simulieren.
Abbildung 2: Zeitreihe der Schmelzrate, die die Ergebnisse des Standard-Szenarios (def) mit Sensitivitätssimulationen ayp und aym für die Grenzflächenneigung (Tafel g), z0p und z0m für die Grenzflächenrauigkeit (Tafel h) und tap und tam für die Umgebungstemperatur (Tafel ich). In diesen Notationen steht „p“ für einen erhöhten Wert und „m“ für einen verringerten Wert.