Ergänzung 5.3: Satellitenmessungen von Meereis (4/4)

Eisdicke

Die Dicke des Meereises kann mit Hilfe von Datellitenmessungen berechnet werden. Auf Satelliten befindliche Altimeter können die Höhe des Meereises über der Wasseroberfläche messen. Dabei kann es sich um Radaraltimeter handeln, die zum Beispiel an Bord von ENVISAT oder ERS vorhanden sind oder auf dem neuen Satelliten Cryosat-2 installiert werden sollen. Mit Lidarsensoren kann auch die Höhe der Oberfläche gemessen werden. Auf dieser Seite werden wir näher darauf eingehen, wie ICESat bisher genutzt wurde, um die Dicke der Meereises in der Arktis zu messen.

Schematische Zeichnung des Messinstrumentes GLAS, das Messungen an Bord des Satelliten ICESat durchführt, während dieser die Erde umkreist.
Quelle: NASA

Was wird gemessen?

Das Instrument GLAS (Geoscience Laser Altimeter System) auf ICESat beinhaltet ein Lasersystem zur Abstandsmessung, einen GPS-Empfänger und ein System zur Lagebestimmung von Sternen. Der Laser arbeitet mit zwei Wellenlängen und sendet kurze Impulse (4 Nanosekunden) infraroten Lichts (1064 Nanometer Wellenlänge) und sichtbares grünes Licht (532 Nanometer). Die Infrarotimpulse werden genutzt, um den Abstand vom Laser zur Oberfläche zu messen. Die für die Rückkehr des Lasers von der Oberfläche benötigte Zeit wird gemessen und in den Abstand umgerechnet. GLAS kann also die Höhe des Meereises über der Wasseroberfläche messen - einen als 'Freibord' bezeichneten Abstand.

Die schematische Darstellung zeigt die geometrische Beziehung zwischen 'Freibord' (die über der Wasserlinie befindliche Eismasse), Schneehöhe, und Eisdicke. Quelle: Ron Kwok, NASA/JPL

Vom 'Freibord' zur Dicke

Auftrieb führt dazu, dass ein Bruchteil (etwa 10 Prozent) des Meereises aus dem Wasser herausschaut. Wenn die Dichte des Eises bekannt ist und man das "Prinzip von Archimedes" anwendet -- ein in eine Flüssigkeit eingetauchtes Objekt hat einen Auftrieb, der etwa so groß ist, wie das Gewicht der von dem Objekt verdrängten Flüssigkeit -- kann die Dicke des gesamten Eises berechnet werden.

Der Satellit ICESat (Ice, Cloud and land Elevation Satellite), Quelle: http://icesat.gsfc.nasa.gov/

Daten von ICESat zeigen Dünnerwerden des arktischen Eises

Wissenschaftler der NASA und der University of Washington in Seattle haben ICESat-Daten genutzt, um Dicke und Volumen der Eisbedeckung im Arktischen Ozean großflächig einzuschätzen. Ihre Untersuchungen haben ergeben, dass die Dicke des arktischen Meereises in der Zeit von Winter 2004 bis Winter 2008 dramatisch gesunken ist. Es konnte erstmals nachgewiesen werden, dass dickeres, älteres Eis, welches eigentlich die vorherrschende Art des arktischen Eises ausmacht, durch dünnes, saisonales Eis ersetzt wurde.

Das arktische Meereis wird jedes Jahr insgesamt ca. 0,17 Meter dünner, innerhalb von vier Wintern nahm die Dicke um 0,68 Meter ab. Die von dickerem, älteren "mehrjährigen" Eis bedeckte Fläche, die einen oder mehr Sommer überstanden hat, ist um 42 Prozent geschrumpft.

Die Ergebnisse der Untersuchung sind in dem untenstehenden Diagramm zusammengefasst. Weitere Informationen zu dieser Studie sind auf dieser Internetseite der NASA zu finden.

In dem Diagramm sind nur 5 Messzeitpunkte dargestellt. ICESat wurde erst 2003 von der Erde abgeschossen, der erste komplette Datensatz von Messungen des arktischen Eises wurde 2004 erstellt.

Denken Sie, dass diese Zeitreihe lang genug ist, um daraus auf Trends zu schließen?

ICESat-Messungen der Verteilung der Dicke von Meereis im Arktischen Ozean während des Winters, die Daten wurden in der Zeit von 2004 bis 2008 erfasst. Dem Diagramm sind auch allgemeine Trends hinsichtlich der Dicke von mehrjährigem und erstfährigem Wintereis zu entnehmen.
Quelle: NASA/JPL

Vor 2004 standen den Wissenschaftlern Satellitenmessungen von Flächen zur Verfügung, anhand derer sie lediglich feststellen konnten, wieviel vom Arktischen Ozean mit Eis bedeckt ist. Es gab jedoch nur lokale Messungen der Eisdicke. ICESat ermöglicht es, Änderungen der Eisdicke und des Eisvolumens zu überwachen. So können Wissenschaftler ein besseres Verständnis für die Verteilung des Eises erlangen und einen besseren Einblick darein bekommen, was an der Arktis geschieht.

Cryosat (siehe vorherige Seite) wird ebenfalls Messungen der Eisdicke durchführen. Während die räumliche Auflösung von Cryosat nicht so gut ist, wie die von ICESat, kann Cryosat durch Wolken 'blicken'.