Überraschende Entdeckung am westantarktischen Thwaites-Gletscher: Vulkanismus heizt das Eis von unten

Ein großer Gletscher in der Westantarktis schrumpft. Ohne lange nachzudenken wurde der Rückzug sogleich reflexhaft dem Klimawandel angelastet. Alternative Erklärungsmöglichkeiten suchte man zunächst nicht. Mit dem Klimawandel liegt man eigentlich immer richtig, dachte man sich wohl. So zum Beispiel der Deutschlandfunk am 10. Juni 2010:

Beunruhigende Vorboten: Westantarktischer Gletscherriese hat Fahrt aufgenommen
[…] Sridhar Anandakrishnan ist Eisforscher an der Pennsylvania State University. Er redet von der Amundsenbucht im Norden der Westantarktis, einem Gebiet, das etwa doppelt so groß ist wie Deutschland. Ähnlich wie ein Sandhaufen wird der Eispanzer der Antarktis ständig von seinem eigenen Gewicht in die Breite gedrückt und schiebt sich in Eisströmen wie dem Thwaites Gletscher gen Ozean. Aber seit einigen Jahren bewegen sich dieser Gletscher und einige weitere in der Amundsenbucht immer schneller und entlassen immer mehr Eis ins Meer. Anandakrishnan: “Die meisten Gletscher in der Antarktis schieben sich als Schelfeisplatten auf den Ozean hinaus. Wenn sie dabei auf Untiefen stoßen, werden sie abgebremst. Das Schelfeis wirkt also wie ein Korken im Flaschenhals. Wenn Sie es aber wegnehmen, kann der Gletscher ungehindert in den Ozean strömen. Wir vermuten dass genau das in den 90ern am Thwaites Gletscher passiert ist: durch wärmeres Ozeanwasser ist das Schelfeis geschmolzen und der Gletscher konnte sich beschleunigen.”

Vier Jahre später, am 13. Mai 2014, steigerte die Wissenschaftssendung Nano auf 3SAT den Klimaalarm am Thwaites-Gletscher sogar noch:

Kein Halten mehr: Eisschmelze in der Antarktis nicht mehr zu stoppen
Der Zusammenbruch des Eisschildes im Westen der Antarktis ist wahrscheinlich nicht mehr zu stoppen. Zu diesem Ergebnis kommen Analysen zweier Forscherteams.
Der für die Westantarktis entscheidende Thwaites-Gletscher könnte schon in 200 Jahren verschwunden sein. Spätestens in gut 1000 Jahren ist er den Berechnungen zufolge weg. Der Gletscher, der in die Amundsen-See mündet, dient als Stütze der benachbarten Eismassen. Kollabiert er, könnten weitere Gletscher rasch folgen.
Die schnelle Schmelze des Thwaites-Gletschers ergibt sich aus Computersimulationen. Der globale Meeresspiegel steige in der Folge um 60 Zentimeter, so Forscher um Ian Joughin von der Universität von Washington in Seattle. Ein komplettes Abschmelzen des westantarktischen Eisschilds als Folge des Klimawandels würde demnach zu einem Anstieg um drei bis vier Meter führen.

Was Nano damals noch nicht wusste war, dass Ian Joughin und sein Team einen wichtigen Faktor außer acht gelassen hatten: Der Untergrund unter dem Thwaites-Gletscher ist nämlich vulkanisch geprägt und an einigen Stellen ungewöhnlich heiß. Ein Teil der vormals dem Klimawandel zugerechneten Hitze stammte also aus dem aufgeheizten Erdinneren. Mit der Auslassung dieses wichtigen Umstandes war die Modellierung hinfällig.

Die geothermale Hitzeanomalie gefunden hatte eine Forschergruppe von der University of Texas at Austin um Dustin Schroeder, die ihre Ergebnisse im Juni 2014 im Fachblatt PNAS publizierten. Sven Titz berichtete am 18. Juni 2014 in der Neuen Zürcher Zeitung über die neue Studie:

Eisschmelze in der Antarktis: Vulkanismus heizt den Thwaites-Gletscher von unten
Nicht nur Eis und Kälte prägen die Antarktis, sondern auch Vulkane und ihre Hitze. Daran erinnert jetzt eine neue Studie zum Thwaites-Gletscher in der Westantarktis, einem Eisstrom, der halb so gross wie Deutschland ist. In den letzten Jahren rutschte der Gletscher, ebenso wie seine Nachbarn, immer schneller Richtung Küste. Das trug etwa zehn Prozent zum Anstieg des Meeresspiegels bei. Glaziologen sehen die Ursache der Beschleunigung darin, dass warmes Meerwasser unter die Eiszunge vordringt und das Eis schmelzen lässt. Eine neue Studie in den «Proceedings of the National Academy of Sciences» liefert jetzt genauere Zahlen zu einer Randbedingung des Schmelzens: dem Wärmestrom aus dem Erdinneren. Gemäss der Studie ist diese Wärmequelle stärker als bisher gedacht. Das Eis wird von unten mit mindestens 114 Milliwatt pro Quadratmeter geheizt, an einzelnen Stellen sogar mit 200 Milliwatt pro Quadratmeter. Der durchschnittliche Wärmefluss beträgt bei Kontinenten 65 Milliwatt pro Quadratmeter, ist also deutlich kleiner.

Weiterlesen in der NZZ.

Berichte gab es auch auf antarktis.net und wetter-center.de. Ansonsten vermied man das unbequeme Thema in der deutschsprachigen Presse. Dabei hatte sich die Wissenschaftlergruppe der University of Texas at Austin am 10. Juni 2014 durchaus Mühe gegeben, die Publikation per Pressemitteilung bekannt zu machen:

Researchers Find Major West Antarctic Glacier Melting from Geothermal Sources
Thwaites Glacier, the large, rapidly changing outlet of the West Antarctic Ice Sheet, is not only being eroded by the ocean, it’s being melted from below by geothermal heat, researchers at the Institute for Geophysics at The University of Texas at Austin (UTIG) report in the current edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences. The findings significantly change the understanding of conditions beneath the West Antarctic Ice Sheet where accurate information has previously been unobtainable.

The Thwaites Glacier has been the focus of considerable attention in recent weeks as other groups of researchers found the glacier is on the way to collapse, but more data and computer modeling are needed to determine when the collapse will begin in earnest and at what rate the sea level will increase as it proceeds. The new observations by UTIG will greatly inform these ice sheet modeling efforts.

Using radar techniques to map how water flows under ice sheets, UTIG researchers were able to estimate ice melting rates and thus identify significant sources of geothermal heat under Thwaites Glacier. They found these sources are distributed over a wider area and are much hotter than previously assumed. The geothermal heat contributed significantly to melting of the underside of the glacier, and it might be a key factor in allowing the ice sheet to slide, affecting the ice sheet’s stability and its contribution to future sea level rise.

The cause of the variable distribution of heat beneath the glacier is thought to be the movement of magma and associated volcanic activity arising from the rifting of the Earth’s crust beneath the West Antarctic Ice Sheet. Knowledge of the heat distribution beneath Thwaites Glacier is crucial information that enables ice sheet modelers to more accurately predict the response of the glacier to the presence of a warming ocean. Until now, scientists had been unable to measure the strength or location of heat flow under the glacier. Current ice sheet models have assumed that heat flow under the glacier is uniform like a pancake griddle with even heat distribution across the bottom of the ice.

The findings of lead author Dusty Schroeder and his colleagues show that the glacier sits on something more like a multi-burner stovetop with burners putting out heat at different levels at different locations. “It’s the most complex thermal environment you might imagine,” said co-author Don Blankenship, a senior research scientist at UTIG and Schroeder’s Ph.D. adviser. “And then you plop the most critical dynamically unstable ice sheet on planet Earth in the middle of this thing, and then you try to model it. It’s virtually impossible.” That’s why, he said, getting a handle on the distribution of geothermal heat flow under the ice sheet has been considered essential for understanding it.

Gathering knowledge about Thwaites Glacier is crucial to understanding what might happen to the West Antarctic Ice Sheet. An outlet glacier the size of Florida in the Amundsen Sea Embayment, it is up to 4,000 meters thick and is considered a key question mark in making projections of global sea level rise. The glacier is retreating in the face of the warming ocean and is thought to be unstable because its interior lies more than two kilometers below sea level while, at the coast, the bottom of the glacier is quite shallow. Because its interior connects to the vast portion of the West Antarctic Ice Sheet that lies deeply below sea level, the glacier is considered a gateway to the majority of West Antarctica’s potential sea level contribution. The collapse of the Thwaites Glacier would cause an increase of global sea level of between 1 and 2 meters, with the potential for more than twice that from the entire West Antarctic Ice Sheet.

The UTIG researchers had previously used ice-penetrating airborne radar sounding data to image two vast interacting subglacial water systems under Thwaites Glacier. The results from this earlier work on water systems (also published in the Proceedings of the National Academy of Sciences) formed the foundation for the new work, which used the distribution of water beneath the glacier to determine the levels and locations of heat flow. In each case, Schroeder, who received his Ph.D. in May, used techniques he had developed to pull information out of data collected by the radar developed at UTIG.

According to his findings, the minimum average geothermal heat flow beneath Thwaites Glacier is about 100 milliwatts per square meter, with hotspots over 200 milliwatts per square meter. For comparison, the average heat flow of the Earth’s continents is less than 65 milliwatts per square meter. The presence of water and heat present researchers with significant challenges. “The combination of variable subglacial geothermal heat flow and the interacting subglacial water system could threaten the stability of Thwaites Glacier in ways that we never before imagined,” Schroeder said.

Peinlich: Vier Monate nach Publikation der Schroeder-Arbeit gab man sich beim “Branchen-Magazin für alle erneuerbaren Energien“ Sonne, Wind & Wärme ahnungslos und wiederholte am 31. Oktober 2014 noch immer die veralteten Ansichten zur Schmelze des Thwaites-Gletschers, ohne die geothermale Beeinflussung zu erwähnen.

Ende des Jahres legte die US-amerikanische Forschergruppe dann in etwas veränderter Besetzung nach und publizierte im Dezember 2014 in den Earth and Planetary Science Letters eine zweite Arbeit mit ihren Funden. In der Kurzfassung der Studie schreibt die Forschergruppe um Theresa Damiani von der NOAA:

Variable crustal thickness beneath Thwaites Glacier revealed from airborne gravimetry, possible implications for geothermal heat flux in West Antarctica
[…] we prefer the hypothesis that Marie Byrd Land volcanoes are thermally-supported by warmer upper mantle. The presence of such inferred warm upper mantle also suggests regionally elevated geothermal heat flux in this sector of the West Antarctic Rift System and consequently the potential for enhanced meltwater production beneath parts of Thwaites Glacier itself. Our new crustal thickness estimates and geothermal heat flux inferences in the Thwaites Glacier region are significant both for studies of the structure of the broader West Antarctic Rift System and for assessments of geological influences on West Antarctic Ice Sheet dynamics and glacial isostatic adjustment models.

Im Vorfeld der Publikation hatte ReportingClimateScience.com am 12. Oktober 2014 bereits über die zweite Studie berichtet.

Den Vogel schoss wieder einmal die Süddeutsche Zeitung ab. Als hätte es die beiden geothermalen Studien niemals gegeben, lobte Christopher Schrader dort am 14. Januar 2015 im Rahmen der Beantwortung einer Leserfrage noch immer die tollen Modellierungskünste der Joughin-Gruppe:

[…] Wie es weitergehen könnte, haben andere Wissenschaftler per Computer betrachtet. Ian Joughin und seine Kollegen von der University of Washington haben den Thwaites-Gletscher im Rechner simuliert und konnten so zunächst die Entwicklung der vergangenen 20 Jahre nachstellen. Dieser Blick in die Vergangenheit ist ein wichtiger Test, ob das Verfahren die richtigen Ergebnisse liefert. Für die Zukunft sehen auch diese Forscher einen ungebremsten Rückzug des Eises voraus. “Wir können keinen stabilisierenden Mechanismus erkennen”, sagte Joughin im vergangenen Jahr, “alle Rückkopplungen führen dazu, dass der Gletscherrückgang sich immer weiter beschleunigt.” […]

Kein Wort zur neu entdeckten vulkanischen Hitzeanomalie unter dem Gletscher. Das ist peinlich hoch zwei. Kannte oder mochte Schrader die neuen Studien nicht?