Wissenschaftler haben im Fachblatt Science eine Erklärung dafür vorgelegt, warum die Antarktis vor rund 34 Millionen Jahren in einer etwa fünf Grad wärmeren Welt als heute verglacierte. Langsame Mantelwellen hoben das ostantarktische Innere über mehr als 100 Millionen Jahre an und schufen so die notwendigen Höhenlagen für dauerhaftes Eis.
Tektonische Prozesse und der Beginn einer neuen Klimära
Die geologischen Archive zeichnen das Bild einer tiefgreifenden Reorganisation des globalen Klimas. Am Übergang vom Eozän zum Oligozän vor rund 34 Millionen Jahren breitete sich ein kontinentales Eisschild über der Ostantarktis aus, während die globale Durchschnittstemperatur noch etwa fünf Grad Celsius über dem heutigen Niveau lag. Im Gegensatz dazu blieb die Arktis für fast weitere 30 Millionen Jahre weitgehend eisfrei.
Ein sinkender atmosphärischer Kohlendioxidgehalt gilt in der Klimaforschung als zentraler Auslöser für diesen Wandel. Doch die Asymmetrie zwischen den beiden Polen wirft seit Langem Fragen auf. Eine internationale Studie zeigt nun, dass tektonische Kräfte im Erdinneren dem südlichen Kontinent einen entscheidenden Vorsprung verschafften. Der Prozess nahm seinen Anfang, als sich die Antarktis und Afrika während der Jurazeit vor 201 bis 143 Millionen Jahren voneinander zu trennen begannen.
Langsame Mantelwellen formen das ostantarktische Hochplateau
Um die geologischen Veränderungen zu rekonstruieren, nutzten Forscher der University of Southampton, der Durham University, des GFZ Helmholtz-Zentrums für Geoforschung, der Universität Potsdam, der Universität Utrecht und der Universität Florenz komplexe Computer- und Energiebilanzmodelle. Die Simulationen verdeutlichen, dass sogenannte Mantelwellen die Landschaft über mehr als 100 Millionen Jahre hinweg schrittweise anhoben.
Antarktis‘ Erdoberfläche wurde schrittweise so weit angehoben, dass Eis einen dauerhaften Fußabdruck gewinnen konnte, selbst während die umgebenden polaren Ozeane sowie die globale Temperatur überraschend warm blieben. Thomas Gernon, Professor für Erdwissenschaften an der University of Southampton
Die Forscher erklären die Mantelwellen als Phänomen, das nach dem Aufbrechen tektonischer Platten unter den Kontinenten wandert. Die Dehnung der dichten Kruste führte dazu, dass schweres Material an der Unterseite der Platte in koordinierten Tropfen abriss. Der Verlust dieses dichten Materials ließ die Erdoberfläche darüber ähnlich wie ein entlastetes Gewicht aufsteigen.
Die entscheidende Rolle der Gamburtsev-Berge
Vor rund 45 Millionen Jahren hatten weite Teile Ostantarktis eine kritische Schwelle überschritten. Große Regionen kletterten über eine Höhe von zwei Kilometern. Diese topografische Veränderung veränderte den jährlichen Schneebudgethaushalt grundlegend. Lufttemperaturen sinken je 100 Meter Höhengewinn um bis zu ein Grad Celsius ab.
Topographie ist für die Vergletscherung von fundamentaler Bedeutung. Lufttemperaturen können für jeden gewonnenen 100 Höhenmeter um bis zu 1ºC sinken. Guy Paxman, Royal Society University Research Fellow an der Durham University und Mitautor der Studie
Vor 50 Millionen Jahren lagen die meisten Gipfel des heute unter dem Eis begrassenen Gamburtsev-Gebirges noch unter 1,5 Kilometern Höhe. Bis vor 34 Millionen Jahren ragten fast die Hälfte der Bergkette über die Marke von zwei Kilometern hinaus. In diesen Höhen überlebte der Schnee den Sommer und reichert sich von Jahr zu Jahr an.
Rückkopplungseffekte und das Anwachsen des ostantarktischen Eisschildes
Sobald sich eine permanente Eisfläche bildete, setzte ein starker Albedo-Effekt ein. Die helle Oberfläche reflektierte einen größeren Teil der Sonneneinstrahlung in den Weltraum zurück und kühlte die Region weiter ab. Die Simulationen der Forscher zeigen, dass dieser Prozess die globale Temperatur um etwa ein Grad Celsius senkte.
Wir fanden heraus, dass unsere Modelle die Entwicklung der zwei Kilometer hohen Küstenstufe, des erhöhten Plateaus und der Binnengebirge realistisch abbilden können, wodurch schließlich das ostantarktische Eisschild gesät wurde. Thea Hincks, Senior Research Fellow an der University of Southampton und Co-Leiterin der Untersuchung
Die Ostantarktische Eiskappe gilt heute als das größte Eisschild der Erde. Nach Angaben aus der Studie enthält sie ausreichend gefrorenes Wasser, um den globalen Meeresspiegel bei einem vollständigen Abschmelzen um etwa 52 Meter ansteigen zu lassen.
Wenn sinkende CO2-Werte allein gehandelt hätten, würde man erwarten, dass die Pole symmetrischer reagieren. Stattdessen errang die Antarktis einen großen Startvorsprung, weil geologische Prozesse das Land auf höhere Erhebungen gehoben und es dadurch kälter gemacht hatten. Thomas Gernon, Professor an der University of Southampton
Der Klimafphysiker Philip Goodwin von der University of Southampton unterstrich, dass die Ausweitung des Eisschildes die Region durch den reflektierten Sonneneinfall weiter stabilisierte. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass die irdische Klimageschichte nicht allein von atmosphärischen Gasen gesteuert wird, sondern auch vom langsiken Puls der tektonischen Prozesse im Erdinneren.
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