Eisströme bewegen sich durch Beben

Die grossen Eisstr?me der Antarktis und Gr?nlands f¨¹hren wie gefrorene Fl¨¹sse Eis von den m?chtigen Binnen-Eisschilden ins Meer ¨C und eine ?nderung ihrer Dynamik tr?gt damit wesentlich zum Anstieg des Meeresspiegels bei. Um abzusch?tzen, wie hoch dieser steigen wird, simulieren Klimaforschende solche Eisstr?me auf dem Computer. Dabei nahmen sie bisher an, dass die Eisstr?me z?hfl¨¹ssig wie dicker Honig langsam aber stetig ins Meer fliessen.

Doch Satellitenmessungen der Fliessgeschwindigkeit von Eisstr?men zeigen, dass solche Simulationen ungenau sind und die Realit?t nicht korrekt wiedergeben. Die Sch?tzungen, wie viel Masse die Eisstr?me verlieren und wie schnell und hoch der Meeresspiegel ansteigt, sind deshalb mit grossen Unsicherheiten behaftet.

Eisstr?me ruckeln und fliessen

Jetzt hat ein Team von Forschenden unter der Federf¨¹hrung von ETH-Professor Andreas Fichtner eine unerwartete Entdeckung gemacht: Tief im Inneren der Eisstr?me ereignen sich unz?hlige schwache Beben, die sich gegenseitig ausl?sen und ¨¹ber hunderte Meter fortpflanzen. Durch diese Entdeckung l?sst sich die Diskrepanz zwischen aktuellen Simulationen von Eisstr?men und Satellitenmessungen erkl?ren. Die neuen Erkenntnisse d¨¹rften sich zudem auf die Art und Weise auswirken, wie Eisstr?me k¨¹nftig simuliert werden.

?Die Annahme, dass Eisstr?me ausschliesslich wie z?her Honig fliessen, ist nicht mehr haltbar. Sie bewegen sich auch durch ein stetes Ruckeln?, sagt Fichtner. Der ETH-Professor ist davon ¨¹berzeugt, dass diese Erkenntnis in die Simulationen von Eisstr?men einfliessen und die Absch?tzungen von Meeresspiegelver?nderungen genauer machen wird.

R?tsel um Eiskerne gel?st

Dar¨¹ber hinaus erkl?ren die Eisbeben den Ursprung zahlreicher Bruchfl?chen zwischen Eiskristallen in Eiskernen aus grosser Tiefe. Diese Bruchfl?chen gehen auf tektonische Verschiebungen zur¨¹ck und sind den Wissenschaftlern seit Jahrzehnten bekannt. Bis jetzt fanden sie aber keine Erkl?rung daf¨¹r.

?Dass wir diese Eisbeben nun entdeckt haben, ist ein wesentlicher Schritt, um die Deformation von Eisstr?men auf kleinen Skalen besser zu verstehen?, erkl?rt Olaf Eisen, Professor am Alfred-Wegener-Institut und einer der Ko-Autoren.

Die Studie des internationalen Forschungsteams unter der Leitung der ETH Z¨¹rich ist soeben in der Fachzeitschrift Science erschienen. Daran beteiligt sind auch Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum f¨¹r Polar- und Meeresforschung (AWI), der Universit?t Strassburg, des Niels-Bohr-Instituts, der Eidgen?ssische Forschungsanstalt WSL und weiterer Universit?ten.

Feuer und Eis h?ngen zusammen

An der Oberfl?che sind diese Eisbeben allerdings nicht zu beobachten, weswegen sie bisher unentdeckt blieben. Der Grund daf¨¹r: Eine Schicht aus vulkanischen Partikeln befindet sich 900 Meter unter der Eisoberfl?che und stoppt die Ausbreitung der Beben bis zur Oberfl?che. Die Analyse des Eisbohrkerns zeigte, dass diese Partikel von einem massiven Ausbruch des Mount Mazama im heutigen Oregon (USA), vor 7700 Jahren, stammen. ?Wir waren sehr erstaunt ¨¹ber den bisher unbekannten Zusammenhang zwischen der Dynamik eines Eisstroms und Vulkanausbr¨¹chen?, erinnert sich Fichtner.

Der ETH-Professor bemerkte zudem, dass die Eisbeben von Verunreinigungen im Eis ausgehen. Dabei handelt es sich ebenfalls um Hinterlassenschaften von Vulkanen: winzige Spuren von Sulfaten, die bei Vulkanausbr¨¹chen in die Atmosph?re gelangten und um die halbe Welt flogen, bevor sie auf das gr?nl?ndischen Eisschild geschneit wurden. Die Sulfate verringern die Stabilit?t des Eises und beg¨¹nstigen, dass sich Mikrorisse bilden.

Ein 2700 Meter tiefes Bohrloch im Eis

Entdeckt haben die Forschenden die Eisbeben mithilfe eines Glasfaserkabels, das in einem 2700 Meter tiefen Eisbohrloch erstmals seismische Daten aus dem Inneren eines m?chtigen Eisstroms aufgezeichnet hat. Das Loch ins Eis gebohrt haben Forschende des Niels-Bohr-Instituts und des Alfred-Wegener-Instituts. Daraus haben sie einen 2700 Meter langen Eisbohrkern geborgen. Nach Beendigung der Bohrarbeiten nutzten die Forschenden die Gelegenheit, um ein Glasfaserkabel 1500 Meter tief ins Bohrloch zu versenken und 14 Stunden lang ununterbrochen Signale aus dem Inneren des Eisstroms aufzuzeichnen.

Die Forschungsstation und das Bohrloch liegen auf dem Nord?stlichen Gr?nl?ndischen Eisstrom (NEGIS), rund 400 Kilometer von der K¨¹ste entfernt. Der NEGIS ist der gr?sste Eisstrom des Gr?nl?ndischen Eisschildes und sein R¨¹ckzug tr?gt zum gegenw?rtigen Anstieg des Meeresspiegels bei (etwa 5 % des gesamten Meeresspiegelanstiegs). Das Eis bewegt sich im Bereich der Forschungsstation mit rund 50 Metern pro Jahr in Richtung Meer.

Da Eisbeben in den Messungen der Forschenden oft und r?umlich weit verteilt auftreten, h?lt ETH-Forscher Fichtner es auch f¨¹r plausibel, dass Eisbeben in Eisstr?men ¨¹berall und jederzeit auftreten. Um dies aber pr¨¹fen zu k?nnen, m¨¹ssen solche seismischen Messungen auch in anderen Bohrl?chern durchgef¨¹hrt werden. Dies ist bereits geplant.