Forschung im Eiskeller der Erde

(1)

Antarktis -

Forschung im Eiskeller der Erde

Dr.-Ing. Hans Oerter

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in der Helmholtz-Gemeinschaft (HGF)

Bremerhaven

Hans.Oerter@awi.de

(2)

60° S

Südpol

Land von Meer umgeben

Südpol liegt auf eisbedecktem Kontinent (ca. 2900 m ü.M.)

3333 km Antarktische

Halbinsel

Ost-Antarktis West-Antarktis

Arktis und Antarktis

Meer von Land umgeben

Nordpol liegt im Meer

Die Polarregionen:

Magdeburg+

Nordpol 60° N

Grönland

Meereis

Quelle: ArcGIS

Rostock

(3)

Arktis und Antarktis Die Polarregionen:

Eisbär Pinguin

foto: hans oerter, 2006 foto: hans oerter, 2007

(4)

Die Antarktis -

ein geographischer Überblick

(5)

Wie stelle ich mir die Antarktis vor ?

... Überall Pinguine?

foto: hans oerter, 1996

(6)

... oder so?

Nichts als Eis, endlose Weite, Einsamkeit, Ruhe...?

(7)

Verteilung Süßwasser der Erde

Landeis 77,1 %

Seen, Flüsse 0,6 % Grundwasser 800-4000 m,

12,4 %

Grundwasser < 800 m, 9,9 %

Exkurs: Das Eis der Erde

Landeis

Verteilung des Eises

Antarktis 85.7 %

Nordpolargebiet 12.8 %

Asien 0.7 % Europa 0.05 %

Südamerika 0.16 % Nordamerika 0.62%

Meerwasser: 97.5%

Süßwasser: 2.5%

(8)

DMSP-AVHRR Mosaik 1980-1994 ^Auflösung ^~ ^1km Fläche mit Schelfeis:

14,2 Mio km ²

ca. 98% eisbedeckt

Antarktika

Mittl. Höhe: ca. 2250 m

Mittl. Eismächtigkeit: 2078 m (gegr. Eis) Höchster Berg:

Mt. Vinson 4897 m (78°35‘S, 85°25‘W)

Mt. Vinson

Vostok

Höchster Punkt auf dem Eis:

Dome Argus 4030 m

Dome A Neumayer Station

Dome

F

Südpol

Weddellmeer

Rossmeer

Amery-Schelfeis

Ross- Schelfeis Filchner-Ronne-

Schelfeis

Westantarktis

Ostantarktis Antarktische

Halbinsel

Dome C Kohnen

DML DML:

Dronning-Maud-Land

(9)

Rostock

Größenvergleich Antarktika - Europa

Quelle: ArcGIS

(10)

Der Südpol - Scott-Amundsen base

foto: Forest Banks, IceCube project, 2005

(11)

Kottasberge, Heimefrontfjella

(12)

Höhe m über Meer

2000

0

- 3000

Westantarktis

Die Verteilung der Eismächtigkeit

Ostantarktis

4000

- 1000

Höhe m über Meer

0

Quelle: Drewry, Scott Polar Res. Inst.

(13)

Antarktische Halbinsel

(14)

Bewohner der Antarktis

fotos: hans oerter, 1995-2007

(15)

Das Meereis der Antarktis

(16)

Quelle: www.seaice.de; Institut für Umweltphysik, Universität Bremen

Saisonale Meereisausdehnung

Südwinter: 30. Sept. 2003 Südsommer: 18. Jan. 2007

60° S

(17)

Pfannkucheneis (Meereis)

(18)

(19)

(20)

foto: hans oerter, AWI

(21)

Vertikaler Dünnschnitt: Meereis

foto: AWI

(22)

Das Landeis der Antarktis

(23)

(24)

Ein Eisschild baut sich aus über

einander liegenden Jahresschichten auf.

fotos: hans oerter

(25)

Das Klima-Archiv Eis speichert Informationen zu:

Lufttemperatur

Aerosole

Gasgehalt in der Atmosphäre ^O ² ^N ² ^O

CO 2

CH 4

(26)

Ausbruch Mount Pinatubo, Philippinen, 1991

foto: NOAA

(27)

500 400 300 200 100 nss-Sulfat (ng/g) 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 -50 -48 -46 -44 -42 -40 δ

18

Ο ( ‰ )

wärmer kälter Jahre A.D.

Eiskern B32, Kohnen-Station

1258±5

Krakatau, 1884 Tambora, 1816 Kuwae, 1453±3 Rabaul, 546±17 181±22

Awu, 1640

Sulphat- und δ ¹⁸ O-Gehalt im 150-m Eiskern B32 bei Kohnen

(28)

Kohnen

Dome C

Vostok Dome A Dome F

Law Dome

Talos D.

Taylor D.

Siple D.

Byrd Siple St.

Dyer Pl.

B15 Berkner Is.

Südpol

layout: w. rack, h. oerter, AWI

EPICA-DML,

2774m, >300 ka

JARE

3029m, >1000 ka ?

Russl., F, US

3600m, 420 ka

China, ^geplant

EPICA-DC,

3270m, 890 ka

I, F, D, UK Weddellmeer

Rossmeer Antarktische

Halbinsel

Eiskerntief- bohrungen in

der Antarktis

(29)

Wie bohrt man einen tiefen Eiskern?

Logistik und Bohrtechnik

(30)

10° W 0° 10°E

20°W 30°W

74°S 72°S 70°S 68°S

74°S 72°S 70°S

76°S

3000 2500

2000 1500

1000 500

500 1000 1500 2000

2500 3000

Neumayer

SANAE IV

Troll

Wasa

Kottas

Camp DML05

Amundsenisen

Wegenerisen

Brunt- schelfeis

Riiser-

Schelfeis

Larsen-

Heimefrontf.

Kirwanv.

H.U.Sverdrupf.

Dronning-Maud-Land

Ritscherflya

Weddellmeer

^Ekström-_schelfeis

Jutulstraumen

0 km 500

SANAE

Hall

III

ey

Nowolaserewskaja

Meer Schelfeis Inlandeis, gegründetes Eis 2000 Höhenlinie Aufsetzlinie Großbritannien

Traversenrouten: Schweden Deutschland Norwegen

Kohnen Kohnen

(31)

10° W 0° 10°E

20°W 30°W

74°S 72°S 70°S 68°S

74°S 72°S 70°S

76°S

3000 2500

2000 1500

1000 500

500 1000 1500 2000

2500 3000

Neumayer

SANAE IV

Troll

Wasa

Kottas

Camp DML05

Amundsenisen

Wegenerisen

Brunt- schelfeis

Riiser-

Schelfeis

Larsen-

Heimefrontf.

Kirwanv.

H.U.Sverdrupf.

Dronning-Maud-Land

Ritscherflya

Weddellmeer

^Ekström-_schelfeis

Jutulstraumen

0 km 500

SANAE

Hall

III

ey

Nowolaserewskaja

Meer Schelfeis Inlandeis, gegründetes Eis 2000 Höhenlinie Aufsetzlinie Großbritannien

Traversenrouten: Schweden Deutschland Norwegen

Kohnen Kohnen

foto: j. köhler, 2005

(32)

Novolazerewskaja Airfield, Antarktis

(33)

Landung bei Kohnen-Station, Antarktis

Basler BT67 (DC-3)

(34)

W er k statt

Gener ator

Schneeschmelz e

2 Schla fr äume á 4 P er s.

Sa nitär conta iner K üche Messe Funk, PC, e-ma il

Kohnen-Station

75°S, 0 °E, 2882 m

Zum Bohr

en

(35)

W er k statt

Gener ator

Schneeschmelz e

2 Schla fr äume á 4 P er s.

Sa nitär conta iner K üche Messe Funk, PC, e-ma il

Kohnen-Station

fotos: hans oerter, 2006

(36)

Im Eiskeller: der Bohrturm

(37)

Das Bohrgerät

Hüllrohr

Kernrohr & Bohrkrone Bohrturm

Motor & Elektronik Antitorque

innen: Chips-Kammer

(38)

Erste Inspektion des frischen Kerns

(39)

Sägen auf 1-Meter-Stücke

(40)

Di-electric Profiling (DEP)

(41)

Verpacken der Kerne

(42)

Beladen des Flugzeuges

(43)

Twin-Otter von British Antarctic Survey (BAS)

(44)

Probenzuteilung aus dem Eiskern

33 x 33 mm

15 mm 24 mm

54 mm 44 mm

55 mm

98mm

10 mm Dünnschnitte

CFA δ ¹⁸ O

10 Be Archiv

Gase,

Staub

(45)

Lufttemperatur

Kohlendioxid (CO 2 ) Methan

Das geöffnete Klimaarchiv:

(46)

Daten von Thermometern (rot)

und von Baumringen, Korallen, Eiskernen sowie historischen Aufzeichnungen (blau)

Änderung der Lufttemperatur

Abweichung der T emperatur (°C) vom Mittel der Jahr e 1961-1990

Mittel 1961-1990

+ 0.4 °C

global

+ 0.7 °C

Nordhem.

Mittel 1961-1990

1000 AD 1500 2000 AD

1800 AD 1930 2000 AD

(47)

Antarctic ice core records: Vostok and EPICA CO ₂ , CH ₄ and D D

Petit et al., 1999 (Vostok), Siegenthaler et al., 2005 (Dome C - CO₂), Spahni et al., 2005 (Dome C - CH₄), EPICA community members, 2004 (DD)

180 210 240 270 300

CO

2

(ppmv)

-450 -420 -390

Cold Warm

D D ice (‰)

300 400 500 600 700

0 200 400 600 800

Age / kyr BP CH

4

(ppbv)

EPICA Dome C data Vostok (black) and Dome C (blue) data

Vostok (black) and Dome C (blue) data

EPICA data are plotted on EDC2, Vostok data on GT4 timescale

100 300 500 700

heute

vor 1850 AD

heute 375

(48)

Der Kohlenstoffkreislauf

Quelle: IPCC Report 2007

(49)

Eröffnung Ausstellung “Antarktis - hitzefrei für Pinguine”, Zoo Rostock, 20. Juni 2007

49 Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre

Messung an Luftproben

seit 1958

Summary for Policymakers IPCC WGI Fourth Assessment Report

(23.5 [22.0 to 25.0] GtCO ₂ ) per year in the 1990s, to 7.2 [6.9 to 7.5] GtC (26.4 [25.3 to 27.5] GtCO ₂ ) per year in 2000–2005 (2004 and 2005 data are interim estimates). Carbon dioxide emissions associated with land-use change are estimated to be 1.6 [0.5 to 2.7] GtC (5.9 [1.8 to 9.9] GtCO ₂ ) per year over the 1990s, although

these estimates have a large uncertainty. {7.3}

FIGURE SPM-1. Atmospheric concentrations of carbon dioxide, methane and nitrous oxide over the last 10,000 years (large panels) and since 1750 (inset panels). Measurements are shown from ice cores (symbols with different colours for different studies) and atmospheric samples (red lines). The corresponding radiative forcings are shown on the right hand axes of the large panels. {Figure 6.4}

Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers

Zeit (Jahre vor 2005) _heute

Messung an Eisproben

49

(50)

Was sind Ursachen für die Erwärmung ?

“Orbital forcing”

Treibhausgase

(51)

Sonne

23.5°

Erde

Erdschiefe Exzentrizität

Präzession

4. Jan. 3. Juli

Erdumlaufbahn Erdumlaufbahn

22-24.5°

(23.000 Jahre)

(100.000 Jahre) (41.000 Jahre)

“Orbital forcing”

(52)

50 40 30 20 10 0

x10

-3

-800 -700

-600 -500

-400 -300

-200 -100

0 Kilo-Jahre vor heute (1950 A.D.) 25.0

24.0 23.0 22.0

-40 -20 20 40 0

x10

-3

500 480 460 440 420 400

Exzentrizität

Schiefe

Präzession

Einstrahlung (W/m

²

) 65° N, Juli

65° S, Januar

Quelle: Berger & Loutre (1991), Quatern.Sci.Rev, 10(4)

Die Sonneneinstrahlung ändert sich mit der Zeit

100 ka

41 ka

23 ka

(53)

Treibhausgase

CO 2

CH 4

N 2 O

Erde

Atmospäre

-18°C +15°C ?

Quelle: IPCC 2007

(54)

Lufttemperatur

18cm 38cm

23cm

51cm

(55)

Treibhausgase oder Änderung Erdumaufbahn?

Quelle: IPCC, Climate Change 2007: The Physical Basis, Summary for Policy Makers (www.ipcc.ch)

(56)

Gletscher und Eiskappen

Grönland Antarktis

Meerespiegelerhöhung und Ursachen

Summe Modell:

Summe Messung:

Differenz:

2.8 ±0.7 3.1 ±0.7 -0.3 ±1.0

(100%)

Ozean - Ausdehnung durch Erwärmung

1993-2003

mm pro Jahr

57.1%

1.6 ±0.5

0.21 ±0.35 7.5%

27.5%

0.77 ±0.22

(57)

Forschung im Eiskeller der Erde

Antarktis -