Warum wuchs der antarktische Eisschild viele Millionen Jahre früher als das Eis in der Arktis?
Die durch Gesteins-Tropfen an der Unterseite der antarktischen Platte verursachte Kontinentalhebung hob die Landmasse über einen Kipppunkt hinaus, ab dem Eis wachsen und bestehen bleiben konnte. Das zeigt eine neue Studie im Journal Science, an der auch Forschende des GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung beteiligt waren.
Eine um 5 Grad Celsius wärmere Erde, die Region um den Nordpol eisfrei – und dennoch begann sich vor 34 Millionen Jahren auf der antarktischen Landmasse ein riesiger Eisschild zu bilden. Die Arktis blieb noch weitere ~30 Millionen Jahre eisfrei. Eine neue Studie in der Fachzeitschrift „Science“ liefert nun eine Erklärung für die asymmetrische Vergletscherung der Pole. Die Antwort liegt tief im Erdmantel, wo Mantelwellen die südliche Polarregion erreichten und eine Anhebung des Kontinents verursachten. Die Bildung einer Randstufe, eines Plateaus und einer Bergregion in der Ostantarktis schuf das erforderliche Hochland, auf dem sich Schnee und Eis ansammeln und erhalten konnten.
Mantelwellen und ihre Folgen
Die Mantelwellen wurden ausgelöst, als sich die Antarktis und Afrika während des Jura vor 201 bis 143 Millionen Jahren voneinander zu lösen begannen: Mächtige Prozesse tief im Erdinneren führten dazu, dass sich ein Großteil der Landfläche der Ostantarktis über einen Zeitraum von 100 Millionen Jahren anhob, was vor 34 Millionen Jahren die Bildung der Eisschicht einleitete.
Forschende der Universität Southampton leiteten die Studie in Zusammenarbeit mit Kolleg:innen der Durham University, des GFZ Helmholtz-Zentrums für Geowissenschaften und der Universität Potsdam in Deutschland, der Universität Utrecht in den Niederlanden und der Universität Florenz in Italien.
Der Hauptautor Thomas Gernon, Professor für Geowissenschaften an der Universität Southampton, erklärt: „Die Landoberfläche der Antarktis wurde allmählich so weit angehoben, dass sich Eis dauerhaft festsetzen konnte, obwohl die umliegenden Polarmeere sowie die globalen Temperaturen überraschend warm blieben.“ Gernon ist derzeit Gastprofessor am GFZ in Potsdam.
Mitautor Sascha Brune, Leiter der Sektion „Geodynamische Modellierung“ am GFZ, fügt hinzu: „Tropfen an der Unterseite eines Kontinents können dessen Oberfläche anheben, ähnlich wie ein Heißluftballon, der an Gewicht verliert. Koordinierte Tropfvorgänge, die als ‚Mantelwellen‘ bezeichnet werden, sind ein Phänomen, das kürzlich von Thomas Gernons Team in enger Zusammenarbeit mit uns entdeckt wurde. Sie breiten sich unter Kontinenten aus, wenn tektonische Platten auseinanderbrechen, und verursachen den Ausbruch diamanthaltiger Vulkane sowie mysteriöse Phasen der Landhebung innerhalb von Kontinenten.“
Computermodelle ermöglichen genaue Rekonstruktion der antarktischen Entwicklung
Die Forschenden nutzten Computermodelle, um die Entwicklung der Oberfläche der Ostantarktis über einen Zeitraum von 100 Millionen Jahren zu rekonstruieren. Sie fanden heraus, dass ‚Mantelwellen‘ erklären, wie sich die Oberfläche der Ostantarktis allmählich hob. Als sich diese langsam wandernden Wellen unter der Ostantarktis bewegten, bildeten sie ein riesiges Hochplateau, das von den Gamburtsev-Bergen gekrönt wird. Die Simulationen des Teams zeigten, dass sich vor etwa 45 Millionen Jahren ein Großteil der ostantarktischen Landschaft über die kritische Höhe – etwa 2 km – erhoben hatte, die für die Entstehung und Ausdehnung von Gebirgsgletschern erforderlich ist, die schließlich in den ostantarktischen Eisschild übergingen.
Dr. Thea Hincks, Senior Research Fellow an der Universität Southampton, die die Studie mitgeleitet hat, sagte: „Wir haben festgestellt, dass unsere Modelle die Entwicklung der zwei Kilometer hohen Küsten-nahen Randstufe, des erhöhten Plateaus und der Gebirge im Landesinneren realistisch abbilden können, aus denen schließlich der ostantarktische Eisschild hervorging.“
Schlussfolgerungen für die Asymmetrie zwischen Arktis und Antarktis
Die Forschung trägt dazu bei, die auffällige Asymmetrie des Polareises in der Vergangenheit zu erklären. Die Antarktis wurde vor etwa 34 Millionen Jahren vergletschert, doch große Eisschilde auf der Nordhalbkugel bildeten sich erst in den letzten etwa fünf Millionen Jahren.
Während sinkende Kohlendioxidkonzentrationen (CO2) in der Atmosphäre und der damit verbundene Temperaturrückgang weithin als Auslöser für die Vereisung der Antarktis angesehen werden, begannen sich die ersten Eisschilde zu bilden, als das Klima noch relativ mild war. Prof. Gernon erklärt: „Wenn sinkende CO2-Konzentrationen allein ausschlaggebend wären, würde man erwarten, dass die Pole symmetrischer reagieren. Stattdessen hatte die Antarktis einen erheblichen Vorsprung, da geologische Prozesse das Land auf höhere Lagen angehoben hatten, wodurch es kälter wurde.“
Die Rolle der Gebirge
Schon geringe Erhöhungen der Höhe eines Gebirges können den Unterschied ausmachen, ob Schnee im Sommer schmilzt oder bestehen bleibt und sich von Jahr zu Jahr ansammelt. Vor 50 Millionen Jahren lag der größte Teil des Gamburtsev-Gebirges unterhalb einer Höhe von 1,5 km. Doch vor 34 Millionen Jahren ragte fast die Hälfte des Gebirges über 2 km empor – hoch genug, damit Schnee und Eis das ganze Jahr über bestehen blieben, bis sie sich zu einer Eiskappe aufgebaut hatten. Das Team schätzt, dass diese Rückkopplung, der sogenannte „Eis-Albedo-Effekt“, die globalen Temperaturen um etwa 1 °C senkte. Das reichte jedoch nicht aus, um Eisschilde auf der Nordhalbkugel entstehen zu lassen, sodass die Landmassen in der Arktis aufgrund ihrer geringeren Höhenlage weitgehend eisfrei blieben.
Als die Abkühlung der Antarktis einsetzte, löste dies eine weitere Klimarückkopplung aus: Kältere Luft enthält weniger Wasserdampf, der die Erde normalerweise wie eine warme Decke umhüllt. Da die Luft trockener wurde, schwächte sich dieser isolierende Effekt ab, wodurch die Temperaturen noch weiter sinken konnten. Zusammen ermöglichten diese Rückkopplungen, dass sich die antarktische Eiskappe von den Bergen über den Kontinent ausbreitete und schließlich die Küste erreichte.
Auswirkungen auf das Verständnis von Eiszeiten
Die Studie könnte unsere Sichtweise auf die Ursprünge der Eiszeiten verändern. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Erdinnere die Voraussetzungen für die Vergletscherung von Landschaften schafft und damit bestimmt, wann und wo große Klimawandel wie die Vergletscherung der Antarktis möglich werden“, sagt Prof. Gernon. „Das ist unglaublich wichtig für das Verständnis der früherer Eiszeiten der Erde sowie zukünftiger Kipppunkte im Klimasystem.“
Bitte beachten Sie, dass dieser Text auf einer Pressemitteilung der University of Southampton basiert.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Sascha Brune
https://www.gfz.de/staff/sascha.brune/sec25
Originalpublikation:
Thomas M. Gernon et al.,Continental breakup–driven uplift instigated East Antarctic Ice Sheet formation.Science393,eadz6758(2026). DOI:10.1126/science.adz6758
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz6758
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