Bisher existierten nur recht grobe Vorstellungen davon, wie der Untergrund unter dem oft kilometerdicken Eispanzer der Antarktis aussieht. Doch jetzt haben zwei internationale Wissenschaftler-Gruppen unabhängig voneinander ein detailliertes Bild davon gezeichnet, was sich unter dem Eis verbirgt: Dabei hatten die Forscher des Projekts „BedMachine-Antarctica“ um Mathieu Morlighem von der University of California in Irvine die Topographie im Blick, also die Landoberfläche mit ihren Höhen, Tiefen und Unregelmäßigkeiten. Dagegen hatten Wissenschaftler der Universitäten Kiel und Delft, Niederlande, sowie des British Antarctic Survey die tiefe Kruste und den oberen Erdmantel unter dem vereisten Kontinent im Visier.

Diese Abbildung zeigt die Konturen des Felsuntergrundes und der Eisströme unter dem Eisschild der Antarktis, die durch das BedMachine-Kartierungsprojekt sichtbar gemacht wurden. © University of California - UCI
Diese Abbildung zeigt die Konturen des Felsuntergrundes und der Eisströme unter dem Eisschild der Antarktis, die durch das BedMachine-Kartierungsprojekt sichtbar gemacht wurden. © University of California - UCI

Das BedMachine-Team präsentiert im Fachjournal „Nature Geoscience“ die bisher genauste Karte der Topographie der antarktischen Küstenregionen. Zudem berichtet es über eine spektakuläre Entdeckung: Unter dem Denman-Gletscher in der Ost-Antarktis reicht ein eisgefüllter Graben bis zu 3,5 Kilometer unter den Meeresspiegel. Das ist Weltrekord: Bisher ist an Land weltweit kein tieferer Einschnitt bekannt.

Andere Landformen, die das Team neu entdeckt oder zumindest neu dimensioniert hat, sind zwar weniger aufsehenerregend. Doch auch sie sind bedeutsam. Denn die Buckel und Senken unter dem Eis können darüber entscheiden, ob ein Gletscher auch bei steigenden Temperaturen einigermaßen stabil bleibt oder ob er durch den Klimawandel sehr rasch verschwinden könnte.

Das BedMachine-Team hat zahlreiche neue Messdaten, meist gewonnen mit Radargeräten vom Flugzeug aus, in seine topographischen Untersuchungen integriert. Vor allem aber hat es das Gesicht der Landschaft zwischen den Messstrecken nicht mehr einfach hochgerechnet, sondern mit verbesserten Computermodellen simuliert.

Basis für die neuen Erkenntnisse der zweiten Forschergruppe um die Kieler Geowissenschaftler Folker Pappa und Jörg Ebbing über den inneren Aufbau der Antarktis waren dagegen spezielle Daten eines Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Wie die Wissenschaftler in dem Fachjournal „Journal of Geophysical Research: Solid Earth“ schreiben, bestätigte sich, dass unter der Antarktis die Tiefe des Übergangs zwischen Erdkruste und dem darunter befindlichen Erdmantel enorm unterschiedlich ist. „Unter der geologisch gesehen jungen Westantarktis ist die Erdkruste mit etwa 25 Kilometern vergleichsweise dünn, und der Erdmantel ist bereits in weniger als 100 Kilometern Tiefe zähflüssig. Ostantarktika hingegen ist ein Schild mit dicker Kruste, das über eine Milliarde Jahre alt ist. Hier hat das Mantelgestein noch in über 200 Kilometern Tiefe feste Eigenschaften“, berichtet Folker Pappa.

Der Aufbau der Erdkruste und des Erdmantels unter der Antarktis. © ESA/Planetary Visions
Der Aufbau der Erdkruste und des Erdmantels unter der Antarktis. © ESA/Planetary Visions

Ansonsten erlaubt die Auswertung der Gravitationsgradienten-Daten des Satelliten den Geowissenschaftlern, die Dicke der Erdkruste insbesondere in der Ostantarktis genauer als bisher zu bestimmen. In der Ostantarktis gibt es nur wenige seismische Messstationen, auf deren Daten meist die bisherigen Erdmodelle beruhen. Die neuen Informationen über die Krustendicke sind wesentlich für die Abschätzung des Wärmeflusses aus dem Erdinneren. Dieser bestimmt maßgeblich die Schmelzraten an der Eisschildbasis und damit die Fließgeschwindigkeiten der Gletscher.

Die Darstellung der tiefen 3D-Erdstruktur unter der Antarktis ermöglicht außerdem neue Erkenntnisse darüber, wie der Kontinent auf aktuelle und vergangene Veränderungen der Eisschilde reagiert und sie beeinflusst. Dazu muss man wissen: In größerer Tiefe herrschen höhere Temperaturen, sodass sich Gesteine zähflüssig verhalten können. Das Gewicht des Eises drückt die festen Gesteinsmassen in den zähflüssigen Erdmantel. Schmelzen allerdings die Eisschilde ab, lässt auch der Druck auf das Festland nach, und die Erde hebt sich in diesem Gebiet.

Quellen: Alfred-Wegener-Institut (AWI), Christian-Albrechts-Universität zu Kiel