E11 Skalen, Kopplungen und globale Dynamik

Thema

Die Kryosphäre ist über ein breites Spektrum an Zeitskalen hinweg aktiv: von Prozessen, die innerhalb weniger Stunden ablaufen, wie die Bildung von Meereis oder das Ablösen einer Lawine, bis hin zu Prozessen, die sich über Millionen von Jahren erstrecken, wie Eiszeitzyklen oder die langsame Anpassung der Erdkruste unter dem Gewicht von Eis.

Am langsameren Ende dieses Spektrums stellen die durch die Erdumlaufbahn bedingten Eiszeit- und Warmzeitzyklen die größte Variabilitätsamplitude in der Kryosphäre dar. In den letzten 800.000 Jahren wiederholten sich diese Zyklen mit einer dominanten Periode von etwa 100.000 Jahren. Innerhalb jedes Zyklus schwankte das globale Eisvolumen zwischen etwa 50 Millionen Kubikkilometern während des Eiszeitmaximums und etwa 25 Millionen Kubikkilometern während der Warmzeiten. Dies führte zu globalen Temperaturschwankungen zwischen vier und acht Grad Celsius und Meeresspiegelschwankungen von bis zu 120 Metern. Die Erdumlaufbahn allein wirkt lediglich als Taktgeber und gibt den Rhythmus dieser Zyklen vor. Die Verstärkung durch die Rückkopplungen von Kohlendioxid, Albedo und Meeresströmungen verwandelt diesen bescheidenen orbitalen Rhythmus in solch enorme Schwankungen von Eis, Temperatur und Meeresspiegel.

Am anderen Ende desselben Spektrums befinden sich Kipppunkte in der Kryosphäre: Erwärmungsschwellenwerte, ab denen bestimmte Elemente der Kryosphäre innerhalb menschlicher Zeiträume irreversibel kollabieren können – viel schneller als die zuvor beschriebenen Eiszeitzyklen. Die bisher kritischsten Kipppunkte sind der grönländische Eisschild mit einem Schwellenwert von etwa 1,5 bis 2 Grad globaler Erwärmung, der westantarktische Eisschild mit einem ähnlichen Schwellenwert und der arktische Permafrost, dessen beschleunigter Abbau bereits im Gange ist. Sobald die globale Erwärmung einen dieser Schwellenwerte überschreitet, treibt die interne Rückkopplung des kryosphärischen Systems selbst die Zustandsänderung voran, unabhängig davon, ob die äußere Kraft, die die Überschreitung verursacht hat, noch aktiv ist.

Die glaziale isostatische Hebung beschreibt die Reaktion der Erdkruste und des Erdmantels auf Veränderungen der Eislast. Diese Reaktion vollzieht sich über lange Zeiträume: Zieht sich das Eis aus einer Region zurück, hebt sich die Erdkruste dort langsam an, da der zähflüssige Mantel darunter allmählich in den vom Eis hinterlassenen Raum zurückfließt. In Skandinavien und Kanada erreicht diese Hebung nach der letzten Eiszeit noch heute Raten von fünf bis zehn Millimetern pro Jahr. Sie beeinflusst die mit Pegeln gemessenen Meeresspiegelstände und die Stabilität der noch vorhandenen Eisschilde, da sich mit dem Anstieg des Grundgesteins auch deren schwimmende Basislinie verschiebt. Zudem kann sie geologische Verwerfungen reaktivieren, die lange Zeit inaktiv waren. So schließt sich der Kreis zwischen den Zeiträumen von Stunden und den Millionen von Jahren, mit denen diese Beschreibung der Kryosphäre begann.

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