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Lokale Wellen brechen antarktisches Meereis von innen auf
Antarktische Küstengewässer bleiben stellenweise selbst im Winter eisfrei. In solchen Wasserflächen erzeugen starke Winde Wellen, die das umgebende Meereis von innen her aufbrechen können. Messungen und Satellitendaten aus der Vincennes-Bucht zeigen, dass besonders heftige Ereignisse die Eisverteilung für mindestens eine Woche verändern.
Melbourne (Australien). An der antarktischen Küste entstehen immer wieder offene Wasserflächen, obwohl ringsum Meereis liegt. Diese sogenannten Küstenpolynjas bilden sich vor allem dort, wo kräftige ablandige Winde frisch entstandenes Eis aufs offene Meer hinausschieben und die Wasseroberfläche erneut der Kälte aussetzen.
Dadurch können solche Gebiete große Mengen neues Meereis hervorbringen und den Austausch von Wärme und Feuchtigkeit zwischen Ozean und Atmosphäre verstärken. Erklärt wurde ihre Entwicklung bisher vor allem durch Winde, Strömungen und die örtlichen Eisverhältnisse. Der Einfluss der Wellen, die sich im offenen Wasser selbst bilden, erhielt dagegen wenig Aufmerksamkeit.
Forscher der University of Melbourne um Dr. Joey J. Voermans haben nun untersucht, welche Kräfte solche Wellen auf die Eisdecke ausüben. Dafür werteten sie Daten von vier Messbojen aus, die zwischen 2021 und 2025 auf küstenfestem Eis nahe der antarktischen Casey-Station ausgesetzt worden waren.
Als sich das feste Eis bei mehreren Ereignissen vom Ufer löste, drifteten die Instrumente durch die angrenzende Vincennes-Bucht-Polynja. Dabei registrierten sie einen deutlichen Anstieg der Wellenenergie. Ein Vergleich mit Wellenmodellen und Messungen weiter draußen zeigte, dass diese Energie überwiegend von örtlich erzeugten Windwellen stammte und nicht von Dünung aus dem Südlichen Ozean.
Die vergleichsweise kurzen und steilen Wellen können das Eis an der Begrenzung der Polynja so stark verbiegen, dass es bricht. Modellabschätzungen ergaben für die größten täglich zu erwartenden Wellenhöhen einen mittleren Wert von gut einem Meter. Unter besonders ausgeprägten Bedingungen lagen die berechneten Werte bei etwa zwei Metern oder darüber.
Ist die zunächst zusammenhängende Eisfläche erst zerbrochen, entstehen kleinere und beweglichere Schollen. Wind und Wellen können diese Stücke leichter verlagern, zusammenschieben oder teilweise übereinander schieben. Damit verändert ein Wellenereignis nicht nur die Bruchkante, sondern möglicherweise auch die Verteilung des Eises in der Umgebung.
Um solche Veränderungen über längere Zeiträume zu erfassen, analysierte das Team Satellitendaten aus den Jahren 2003 bis 2022. Nach Ereignissen mit besonders hohem berechnetem Wellenbruchpotenzial nahm die Meereiskonzentration in und um die Polynja stellenweise um bis zu rund 30 Prozent ab. Die Veränderungen waren mindestens sieben Tage lang statistisch nachweisbar, während die Eiskonzentration weiter in Windrichtung zunahm.
Ein zusätzlicher Vergleich spricht dafür, dass nicht allein der starke Wind diese Verteilung erklärt. Bei ähnlich kräftigen Winden, aber einer kürzeren offenen Wasserstrecke, auf der sich nur schwächere Wellen entwickeln konnten, fehlte der großflächige Rückgang der Meereiskonzentration. Die Kombination aus Wellenbruch und anschließendem Transport der Schollen passt dagegen zu beiden beobachteten Mustern.
Die Satellitenaufnahmen zeigen nach extremen Wellenereignissen außerdem häufiger Übergänge zu aktiv entstehendem Frazil-Eis. Dabei handelt es sich um feine Eiskristalle, die sich im stark abgekühlten Wasser bilden. Wenn Wellen das zuvor geschlossene Eis zerbrechen und Wasser freilegen, kann die kalte Luft dort erneut Eis entstehen lassen.