POTSDAM / LONDON (IT BOLTWISE) – Eine neue Studie im Journal Science liefert eine geologische Erklärung dafür, warum sich der antarktische Eisschild deutlich früher bildete als das Eis in der Arktis. Im Zentrum stehen sogenannte Mantelwellen aus dem Erdmantel, die den Kontinent rund um den Äquator der Kälte-Winde nachhaltig anhoben. Dadurch entstand ein Hochland, in dem Schnee ganzjährig erhalten blieb, bis sich Gebirgsgletscher zum Eisschild entwickelten. Die Arbeit zeigt zudem, wie stark Höhe, Eis-Albedo und weitere Rückkopplungen zusammenwirken.
Wer sich die Klimageschichte der Erde ansieht, stößt auf einen auffälligen Bruch: Vor rund 34 Millionen Jahren begann die Antarktis einen großen Eisschild auszubauen, während große Teile der Arktis erst später, deutlich vor weniger als fünf Millionen Jahren, ähnlich große Eisflächen entwickelten. Der neue Erklärungsansatz geht dabei über klassische Faktoren wie CO2-Abnahme hinaus. Forschende verknüpfen in der Veröffentlichung im Journal Science die zeitliche Asymmetrie der Vereisung mit tiefgreifenden Prozessen im Erdinneren und zeigen, wie Geologie den Klimatakt vorgibt, statt ihn nur passiv zu begleiten.
Konkret beschreibt die Studie einen Mechanismus, bei dem Tröpfchen bzw. Materialflüsse an der Unterseite der antarktischen Platte eine Kontinentalhebung auslösen. Diese Anhebung bringt das Land über einen Kipppunkt: Sobald die Höhe hoch genug ist, schmilzt Schnee im Sommer nicht mehr vollständig, sondern sammelt sich Jahr für Jahr an. Was wie eine einfache Schwelle klingt, ist in Modellen allerdings hochgradig gekoppelt an Geometrie, Höhenverteilung und Eisphysik. Die Forschenden argumentieren daher, dass Mantelwellen – langsam wandernde Strömungs- und Spannungsfronten im Mantel – den Kontinent über lange Zeiträume systematisch emporhob und damit die Voraussetzung für dauerhaftes Eis schuf.
Damit wird auch die historische Bühne klarer. Laut Arbeit wurden die Mantelwellen dann angestoßen, als sich Antarktis und Afrika während des Jura vor etwa 201 bis 143 Millionen Jahren voneinander zu lösen begannen. Über einen sehr langen Zeitraum von rund 100 Millionen Jahren hob sich ein Großteil der Ostantarktis, bevor vor etwa 34 Millionen Jahren die Bildung des Eisschilds einsetzte. Der technische Kern der Studie liegt in einer Reihe von Computermodelle-Rekonstruktionen: Die Forschenden simulierten die Entwicklung der Oberfläche über diese Dimensionen und stellten den Zusammenhang zwischen Mantelwellen, Hebung und einer späteren Glazialbedeckung her. Als Vergleichsrahmen dient dabei die geowissenschaftliche Standardpraxis, Ergebnisse mit unabhängigen Datensätzen zu validieren, wie sie auch in großen Bewertungsprozessen der Klimaforschung etwa durch den IPCC-Kontext gestützt werden.
Eine besonders anschauliche Rolle spielt dabei das Relief der Ostantarktis. Die Modelle zeigen, dass sich aus den langsam wandernden Wellen ein riesiges Hochplateau formte, das von den Gamburtsev-Bergen „gekrönt“ wird. Entscheidend ist die Höhe: Etwa 45 Millionen Jahre vor der Bildung des Eisschilds habe sich ein großer Teil der Landschaft über eine kritische Schwelle von ungefähr 2 km erhoben. Diese Größenordnung ist plausibel, weil sie in der Eis-Entstehung häufig als operationaler Punkt auftaucht, an dem Gebirgsgletscher nicht nur existieren, sondern in einen Zustand übergehen, in dem sie in Richtung Eisschild „durchwachsen“ können. Dr. Thea Hincks beschreibt sinngemäß, dass die Simulationen die Abfolge aus Randstufe, Plateau und Gebirgsregion realistisch nachzeichnen können.
Für die asymmetrische Vereisung ergibt sich daraus ein mehrstufiges Rückkopplungsbild. Zwar wird in der Fachwelt häufig CO2-Abnahme als Auslöser genannt, doch die Studie argumentiert: Wenn allein CO2 die Steuerung wäre, müssten die Pole eher symmetrisch reagieren. Stattdessen liefert die Hebung einen „Vorsprung“ für die Antarktis, weil das Land auf höheren Ebenen kälter ist und Schnee länger überlebt. Die Forschenden führen außerdem den Eis-Albedo-Effekt ein: Als der größte Teil der Gamburtsev-Berge später über 2 km emporragte, blieb Schnee ganzjährig stabil, bis sich Eis aufbauen konnte. Diese Eisoberfläche reflektiert mehr Sonnenenergie; die Modelle schätzen dafür eine Abkühlung um etwa 1 °C. Zusätzlich schwächte eine abgekühlte Atmosphäre den Wasserdampf-„Deckeneffekt“, wodurch weitere Temperaturabfälle begünstigt wurden.
Aus wissenschaftlicher Sicht ist das nicht nur eine Erklärung für die Vergangenheit, sondern auch eine Vorgabe für zukünftige Modellierung. Professor Thomas Gernon formuliert sinngemäß, dass die Antarktisoberfläche so weit anstieg, dass sich Eis dauerhaft festsetzen konnte, während umliegende Polarmeere und die globalen Temperaturen dennoch überraschend warm blieben. Genau diese Diskrepanz zwischen „globalem Mittel“ und „lokalem Einsetzen“ ist in Klimamodellen schwer zu behandeln, weil Wechselwirkungen zwischen Geodynamik, Orographie und Eisdynamik oft getrennt betrachtet werden. Für die Praxis bedeutet das: Wer Kipppunkte im Klimasystem untersuchen will, muss stärker als bisher berücksichtigen, dass das Erdsystem geologische Voraussetzungen schafft, bevor die klimatische Auslösung überhaupt möglich wird.
Die Studie kommt zudem aus einem Umfeld, in dem daten- und modellgetriebene Arbeit für die Methodik zentral ist. Entsprechend betrifft die Industry- und Forschungspraxis weniger den „Produktlaunch“ als die Frage, wie Teams ihre Modellierungs-Workflows aufsetzen: Versionierung von Geodynamik-Simulationen, reproduzierbare Pipeline-Setups und die saubere Verknüpfung von Parametern wie Hebungsraten, Oberflächenhöhe und Eiswachstumslogik. Auch regulatorisch bzw. datenschutzrechtlich ist das relevant, allerdings auf einer anderen Ebene: Transparenz darüber, welche Eingangsdaten verwendet und wie Modellannahmen dokumentiert werden, ist ein Kern der wissenschaftlichen Integrität. In der Folge können andere Teams die Ergebnisse nachprüfen und weiterentwickeln, ohne dass sensible, personenbezogene Daten eine Rolle spielen müssen.
Im Ausblick dürfte die Arbeit vor allem drei Dinge beschleunigen. Erstens werden geologische Prozesse im Erdsystem vermutlich stärker als „Trigger-Vorbedingungen“ für Klimaschwellen in Forschungsfragen integriert, statt nur als Hintergrundrauschen. Zweitens zeigt die Kombination aus langzeitiger Hebung und regionalen Höhenunterschieden, dass schon scheinbar kleine Reliefverschiebungen große klimatologische Konsequenzen haben können. Drittens erhöht die Plausibilisierung durch quantitativ begründete Modellläufe den Druck, Unsicherheiten in der Parametrisierung offener zu diskutieren. In der kommenden Forschung ist damit zu rechnen, dass künftige Untersuchungen Kipppunkte sowohl aus der Manteldynamik- als auch aus der Eis- und Atmosphärenkopplung heraus neu „kalibrieren“ werden – mit direkten Konsequenzen für Prognosen darüber, wann und wo große Klimaänderungen überhaupt starten können.
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