Arktisches Meereis ist ja immer ein beliebtes Thema und ich habe mal ein zweiteiliges Blog Post zu den verschiedenen Versuchen geschrieben, dieses Meereis jenseits der heutigen Satelitenära abzuschätzen. Los geht’s.

Ein kleiner Update dessen, was eigentlich ohne Diskussion feststeht. Das Sommer-Meereis geht seit einigen Jahren deutlich zurück und hatte einen All-Time Rekord im September 2007 hingelegt. Das Wintermeereis geht vergleichsweise langsamer zurück (siehe Bild 1) und dieser jahreszeitliche Unterschied führt logischerweise dazu, dass man in den Meereisanomalien nun seit einigen Jahren deulich einen Jahresgang erkennen kann (siehe Bild 2). Im Detail hatte ich das einmal hier erklärt. Dieser jahreszeitliche Unterschied führt übrigens auch dazu, dass die Sommertemperaturen in der Arktis kaum steigen und die Wintertemperaturen eben deutlich steigen: Entweder (Sommer) wird zusätzliche Wärme eben zum Schmelzen des Eises (latente Wärme) genutzt oder eben (Winter) dazu, die Atmosphäre zu erwärmen (da man viel zu weit von den Schmelztemperaturen entfernt ist).

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Bild 1: Arktisches Meereis in den verschiedenen Jahreszeiten während der letzten 100 Jahre. Satellitendaten + Schiffs/flugzeugbeobachtungen. Siehe Broennimann et al. 2008.

Auch in diesem Jahr (siehe Bild 2) sieht es nicht so aus, als ob der Meereis-Schwund sich durch ein Wunder in Nichts auflösen würde. Tatsächlich sieht die aktuelle Entwicklung relativ dramatisch aus (über 1 Mill. Km2 sind in etwas mehr als 2 Wochen im Juni “zusätzlich”, d.h. im Sinne eine klimatologischen Anomalie, verschwunden), ist es aber nicht. So einen Absturz hat es auch schon mal zuvor gegeben (z.B. hier 1996-1997). In diesem Jahr war insbesondere die Hudson Bay sehr früh eisfrei, was beim diesjährigen Winter (Link) mit Temperaturanomalien bis zu +4°C im entsprechenden Teil Kanadas/Hudson Bay auch nicht wirklich erstaunlich ist.

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Bild 2 : Arktische Meereisanomalie abgeleitet von Satelliten-Daten (Cryosphere). Der durchgezogene Strich entspricht dem 1979-2000 Mittelwert.

30 Jahre Satellitendaten sind sehr kurz. Umso wichtiger ist es daher Informationen darüber zu erhalten, wie es mit dem Meereis in der Vergangenheit (1000 Jahren, 100.000 Jahren, 1 Millionen Jahre?) aussah.
Quaternary Science Reviews präsentiert in seiner neuesten Ausgabe einen exzellenten Sammelband zum Thema Klimawandel in der Arktis. Alle Artikel sind irgendwo von Richard Alley gezeichnet und zitieren allerdings zur Verdrossenheit einiger in unserer Arbeitsgruppe herzlich wenig Artikel von europäischen Laboren. Nun ja.

Leonid Polyak und Kollegen reviewen dabei die vorliegenden Informationen, die Rückschlüsse auf die arktische Meereisverteilung in der Vergangenheit erlauben. Den direktesten Hinweis auf Meereis erlaubt die klassische Sedimentologie, d.h. Typ und Grösze des Sediments. Ab einer Korngrösze von ca. 60 μm und grösser geht man von einem Sedimenteintrag durch Eis aus. Die Kunst besteht nun gerade darin, zwischen “Ice Rafted Debris” (IRD) von Eisbergen und von Meereis zu entscheiden. Eisberge haben zumeist einen starken Klee Anteil und transportieren sogar “richtige” Steinen. Man sollte also für die Sedimentbohrungen Gegenden meiden, die sich in direkter Nähe kalbender Gletscher befinden. Tut man das richtig und mit viel Fleiss, dann erhält man so etwas wie Bild 3, welches “gröbere” meereistypische IRDs ab der Mitte des Pliozäns aufweist. Ab diesem Zeitpunkt vor ca 3 Millionen Jahren, zu dem im übrigen auch die Vereisung Grönlands begann, kann man von ganzjährlichen Meereis ausgehen. Ein zumindest sporadisches und/oder jahreszeitliches Auftreten von arktischem Meereis kann man seit etwas mehr als 40 Millionen Jahren detektieren, dem mittleren Eozän also. Wenn sich also die Prognosen einer zuerst im Sommer (2040-2070) und dann vielleicht 50-100 Jahre später auch im Winter eisfreien Arktis bewahrheiten, dann kann man wohl wirklich davon sprechen, dass die Menschheit erdgeschichtlich Grosses bewirkt hätte.

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Bild 3: Anteil grobkörnigen (>150 mu) IRDs (Ice Rafted Debris) in einer ODP Tiefenbohrung (Ocean Deep Drilling Project) im Arktischen Ozean über die letzten 6 Millionen Jahre hinweg. Zusammen mit der Bildung des Groenländischen Eisschildes vor ca. 3 Millionen Jahren wandelte sich der Arktische Ozean und wurde langsam ganzjährlich eisbedeckt. Aus Polyak et al. 2010.

Wie sieht es in den letzten paar hundert bis tausend Jahren aus? Das frühe Holozän vor ca. 10.000 Jahren war ja in arktischen Breiten deutlich wärmer (i.e.3°-4°C) als heute (siehe IPCC), was einen starken Einfluss auf insbesondere das Sommermeereis hatte. So kann man an der nördlichen Küste Grönlands (83°N, 500km nördlich der heutigen permanenten Meereisausbreitung) brandungstypische Küstenformen nachweisen, die auf eben diese Zeit des frühen Holozäns datiert sind, ein klarer Beweis für eine meereisfreie Küste auf einem Breitengrad mit ganzjähriger Meereisbedeckung unter heutigen Bedingungen. Meereisfrei war die Arktis aber nach diesen Informationen im Holozän niemals.

Ein anderer interessanter Proxy sind die Knochen von einstmals im Eis gefangenen Buckelwalen. Buckelwale, gerade erst wieder zur Jagd freigegeben (Glückwunsch an Japan und Norwegen), habe eine starke Affinität zur Meereiskante. Es wird wohl spekuliert, dass nur da sie einigermaszen vor ihrem gröszten natürlichen Räuber geschützt sind, den Killerwalen. Ganz verstehe ich das Argument nicht. Warum soll ein Killerwal keine Buckelwale an der Meereiskante verspeisen? Aber die Mädchen durfte man ja schliesslich auch nicht mehr am Mal abschlagen. Was weiss ich schon von den Jagd- und Essgewohnheiten der Killerwalen. In jedem Fall folgen die Buckelwale wohl dem Meereis im jahreszeitlichen Gang und migrieren so wohl stets einige 100km nord- bzw. südwärts. Dumm wie der Buckelwal aber ist, lässt er sich dabei aber regelmässig im Herbst von der schnell zufrierenden Arktis überraschen und endet dann in irgendwelchen Buchten vom Meereis regelrecht auf den Strand gedrückt. Der Vorteil des “An-der-Meereiskante-abhängen-und-irgendwie-vorm-Killerwal-geschützt-sein” muss wahrlich riesig sein, wenn die Art sich jedes Jahr ein solches selbstverschuldetes Massaker leisten kann. Für den Paleoklimatologen ist dieses Verhalten aber ein Segen. Man muss nur noch die Knochen der Buckelwale einsammeln und 14C datieren und schon weiss man, wann es an einem bestimmten arktischen Küstenstreifen Meereis gegeben hat und wann nicht.

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Bild 4: Anzahl von Buckelwal Knochen eines bestimmten Alters in verschiedenen Bereichen der kanadischen Arktis. Die hohe Zahl von Buckelwalen zu Beginn des Holozaens (Maximum der sommerlichen Einstrahlung lag bei ca 11. Kilo Jahren vor heute)
deutet möglicherweise auf eine freie NordWest Passage hin.

Bild 4 zeigt die Häufigkeit von Buckelwalknochen in erschiedenen Sektoren der kanadischen Arktis. Gerade zu Beginn des Holozäns (8-11 Kilo Year BP) hat es anscheinend sehr vielen Buckelwalen den Garaus gemacht. Sie stiessen sehr weit in den Norden vor und liessen sich dann besonders häufig im Winter schockgefrieren. Die starke Sommereinstrahlung zu dieser Zeit (Präzession!) wird wohl der Hauptgrund für diese meereisfreien Sommer gewesen sein. Abkühlung und/oder Meeresströmungen führten dann (6-8 kyr BP) zu deutlich mehr Eis, so das weniger Buckelwale im westlichen Teil der kanadischen Arktis verendeten. Hier wird auch deutlich, dass das soo einfach mit dem Meereis auch wieder nicht ist. Schliesslich gilt auch diese Zeitspanne (6-8kyr BP) in der Arktis noch als sehr warm und doch stiess das Meereis verstärkt in die Beaufort See vor. Meereströmungen, die die Drift des Eises in und aus der Arktis kontrollieren, sind auch ein wichtiger Faktor.

Im nächsten Kapitel werde ich von den Rekonstruktionen der Meereis-Bedeckung für die letzten 1000 Jahre berichten, warum alle so sehr auf IP25 hoffen und was das eigentlich ist. Bis dann.

Kommentare (19)

  1. #1 pseudonym
    August 17, 2010

    Ich verstehe nicht den Zusammenhang zwischen den verschiedenen Anteilen an Korngrößen, die typischerweise durch Eisberge bzw. Meereis transportiert werden, und den Schlussfolgerungen auf eine eisbedeckte Arktis.

    Wenn Sedimente > 60mu sind, geht man von Eistransport aus, entweder Meereis oder Eisberge. In Abbildung 3 sieht man den Anteil für noch grobkörnigeren Sediments > 150 mu. Die werden aber auch noch, wenn ich das richtig verstanden habe, durch Meereis transportiert? D.h. die Abbildung unterscheidet nicht zwischen dem Eintrag durch Meereis und Eisberge? Warum will man den Eintrag überhaupt unterschheiden?

    Auf ScienceDirect ist leider nur ein Abstract von dem Polyak Review-Artikel verfügbar. Ich habe den kompletten Artikel hier im Netz gefunden.

    Verstehe es aber auch dort nicht so richtig.

    “During glacial periods sedimentation in the Arctic is interpreted to be predominantly iceberg-derived due to low sealevels, and thus exposure of shallow continental shelves, and huge ice-sheet fronts surrounding the Arctic Ocean. […] During interglacials, exemplified by the modern conditions, contribution of icebergs to sediment transport and deposition in the Arctic is limited and plays a significant role only in areas proximal to calving glaciers […]. In contrast, the role of sea ice during interglacials is greatly enhanced in the Arctic by the availability of broad and shallow continental shelves, the major sites of sea ice formation.”

    Ich verstehe das so, dass man nur in Zwischeneiszeiten die für Meereis typischen Korngrößen in den Sedimenten entdecken kann. Was macht man mit den Eiszeiten im Pleistozän? Wird da die eisbedeckte Arktis einfach angenommen? Und wie kann eigentlich man auf ganzjährige und nicht nur jahreszeitliche Bedeckung schließen?

  2. #2 Georg Hoffmann
    August 18, 2010

    @pseudonyme

    Ich glaube, es ist ziemlich safe, zu schlussfolgern, dass dort, wo es Seeeis im Sommer gibt, auch welches im Winter ist und dort, wo es Seeeis in einer zwischeiszeitlichen Warmzeit gibt, auch welches in den zugehörigen Eiszeiten gibt.

    Grundsaetzlich ist es interessant zwischen Eisbergen und Seeeis zu unterscheiden. Seeeis bildet sich ausschliesslich wenn es kalt genug ist, das Kalben von Eisbergen koennte aber aus einer ganzen Reihe von Gruenden stattfinden und unter anderem genau dann, wenn es waermer wird.

    Ich glaube die Unterscheidung zwischen nur Wintereis oder eben ganzjaehrigen EIs wird hauptsaechlich ueber eine Analyse der Ausbreitung der Seeeis-Indikatoren gemacht. Gibt es zu einem Zeitpunkt X (im Paper wird die Zeit um 13-14 Mill. Jahre genannt) nur Eisindikatoren in der Naehe der Kueste und eben nicht im zentralen arktischen Ozean, dann schliesst man eben “nur” auf Winterseeeis.

    Die offenen Fragen/Unsicherheiten bei den IRD scheinen mir hauptsächlich
    1) Unterscheidung Eisberg/Seeeis
    2) Ist die Arktis erstmal massiv eisbedeckt , bewegt sich die ganze Masse und EIsberge in ihr immer langsamer. Das hat einen EInfluss auf den Sedimenteintrag. So scheinen die Max/Min im waehrend des Pleistoicene nicht dem zu ensprechen, was wir ueber das Klima wissen (Max. des IRD EIntrags zwischen 1-2 Mill), wahrscheinlich weil es eben einen Transport-Anteil in dem Ganzen gibt.

    Auf 1) antwortet vielleicht IP25.

  3. #3 pseudonym
    August 18, 2010

    @Georg Hoffmann: danke! Ich glaube, ich habe es einigermaßen kapiert.

    IP25 ist natürlich ein fieser Teaser. Schon der vielversprechende Name. Das ist die hohe Kunst, die Leser auf dem Blog zu halten! I will stay tuned.

  4. #4 Franz Nörgel
    August 19, 2010

    oje Hoffmann:

    “…In diesem Jahr war insbesondere die Hudson Bay sehr früh eisfrei, was beim diesjährigen Winter (Link) mit Temperaturanomalien bis zu +4°C im entsprechenden Teil Kanadas/Hudson Bay auch nicht wirklich erstaunlich ist…”

    Welche Station haben sie denn genommen?

    Eagl, das DJF Mittel beträgt dort so an die -20°C.

    Für die Eisblindung im Winter ist es realtiv wurscht, ob -15 od. -19°C und wenn es heuer so viel wärmer war, müsste es ja auch etwas mehr Schneefall gegeben haben, welcher sich am Eis akkumuliert und das Auftauen im Frühjahr eher verzögern müssen.

    Wo sie all ihre “Weisheiten” herzaubern ist sagenhaft. Ich sags immer wieder, sie mögen mit Modellen recht gut vetraut sein, aber stellenweise fehlt es ihnen an trivialem meteorologischen Verständnis.

  5. #5 Georg Hoffmann
    August 20, 2010

    @Noergel
    Ich habe keine besondere Station angeschaut, sondern die verlinkte GISS Anomalien.

    Woher haben Sie denn den Schneefall in der Hudson Bay. Ach das denken Sie sich so… Na denn.

    Natuerlich ist die Temperatur ein entscheidender Faktor bei der Eisbildung in Seen. Das gilt insbesondere fuer die Great Lakes und die Hudson Bay (wo also Zirkulation keine wichtige Rolle spielt). Die Temperatur im See wird per Temperaturdiffusion bestimmt und 4 Grad Unterschied machen eben einen Unterschied in der Eisdicke.

    Die Hudson Bay war eben 14 Tage frueher als normal eisfrei und das war wesentlich fuer das obige Signal (Bild 2) verantwortlich. Dafuer brauch es nur relativ kleiner Aenderungen in der Eisdicke. In sehr vielen Studien werden daher das Datum des Zufrierens und des Auftauens von Seen als Proxy fuer die Wintertemperaturen genommen. Wenn Sie schon nicht nachdenken koennen, das werden Sie doch noch selber ergoogeln koennen?

  6. #6 Franz Nörgel
    August 20, 2010

    Hoffmann,

    in der Regel versuche ich zuerst zu denken, dann zu googeln. Könnten sie sich auch angewöhnen…

    Ich habe mal eine Station in der Region angeklickt:
    http://data.giss.nasa.gov/work/gistemp/STATIONS//tmp.403719130007.1.1/station.txt

    Was auf den ersten Blick auffällt und meine Schätzung unterstützt ist, dass die Wintermonate um -20°C lagen, etwas über dem Mittel, März und April jedoch sehr mild waren, ca. +10 bzw. +5°C über Normal. Da muss man nicht lange rechnen, das fällt sofort auf, siehe auch:
    http://data.giss.nasa.gov/work/gistemp/STATIONS//tmp.403718440000.1.1/station.txt

    Ich bin mir sicher und wahrscheinlich jeder andere Leser auch, dass das außergewöhnlich milde Frühjahr zu mehr als 90% an der frühen Schmelze verantwortlich war und nicht der um -20°C statt -24°C kalte Winter und ich hoffe, dass auch sie sich ausnahmsweise mal belehren lassen.

    Der Niederschlag lag im Winter über dem Durchschnitt und anhand der heurigen NHK Scheebedeckung (verdammt viel) und den Temps um -20°C um die Hudsonbay kann man davon ausgehen, dass am Eis, welches sich dort im November zu bilden beginnt, mehr Schnee akkumuliert wurde als üblich. Reicht das, od. wollen sie es ganz genau wissen, dass ihre “Verwunderung” völlig absurd ist?
    http://www.crh.noaa.gov/ncrfc/?n=sproutlookcurrent

  7. #8 Franz Nörgel
    August 20, 2010

    na also, Hoffmann lernt dazu.

  8. #9 kai
    September 19, 2012

    franz nörgel

    “Ich bin mir sicher und wahrscheinlich jeder andere Leser auch, dass das außergewöhnlich milde Frühjahr zu mehr als 90% an der frühen Schmelze verantwortlich war und nicht der um -20°C statt -24°C kalte Winter und ich hoffe, dass auch sie sich ausnahmsweise mal belehren lassen”

    ich bin absolut der gleichen meinung, allerdings lagen die verhältnisse im jahre 2012 ganz anders, gott sei dank!

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