Entnimmt man Eisbohrkerne aus Gletschern oder Eisschilden, so können daraus umfangreiche Informationen über das vergangene Klima abgeleitet werden.
Zunächst fallen mit bloßem Auge helle und dunkle Streifen im Eis auf, die in ihrer Interpretation den Jahresringen von Bäumen ähneln. Dunkle Schichten entstehen im Sommer, helle im Winter. Anhand der Dicke der Streifen kann man abschätzen, wie viel Niederschlag in den einzelnen Jahren gefallen ist. In größerer Tiefe verschwimmen die Jahresschichten zunehmend, sodass sie für den Menschen nicht mehr erkennbar sind. Mithilfe spezieller Messgeräte können dann noch eingelagerte chemische Elemente gemessen werden, deren Auftreten ebenfalls jahreszeitlichen Schwankungen unterliegt.
Eine weitere Information hält das Vorkommen unterschiedlicher Isotope des Sauerstoffs in den Wassermolekülen bereit. Das Verhältnis von 16O und 18O lässt Rückschlüsse auf die Temperatur zur Zeit des Schneefalls zu.
In das Eis eingeschlossene Luftblasen konservieren die Atmosphäre zur Zeit ihrer Entstehung. Mit ihrer Hilfe kann man die chemische Zusammensetzung der heutigen Atmosphäre mit früheren Zeiten vergleichen und erhält z.B. Informationen zu Treibhausgaskonzentrationen.
Schließlich hinterlassen Vulkanausbrüche, Brände und andere Ereignisse besondere Ablagerungen im Eis. Sie helfen z.B. dabei, das Alter des Eises genau zu bestimmen und zwischen verschiedenen Bohrungen zu vergleichen.
Eisbohrkerne werden übrigens aus sehr großer Tiefe gewonnen, einzelne Bohrungen reichen mehr als 3 km in die Tiefe. Das entspricht je nach Region einem Eisalter von über 400.000 Jahren.
Von Blumen zu Zapfen. Heute geht es um Eiszapfen, wie wir sie alle im Winter von Hausdächern kennen. Wir wollen uns einmal anschauen, was es braucht, damit Eiszapfen entstehen und auf eine Besonderheit im Wachstum hinweisen, die euch vielleicht auch schonmal aufgefallen ist.
Wie die Eisblumen benötigen auch Eiszapfen eine negative Lufttemperatur zur Entstehung. Zusätzlich bedarf es aber ein Quelle für flüssiges Wasser. Hier erklärt sich auch, warum es Eiszapfen so häufig an Dächern gibt. Denn vor allem bei alten, weniger gut gedämmten Hausdächern entweicht viel Wärme über das Dach und bringt den aufliegenden Schnee zum schmelzen. Manchmal reicht auch schon die Sonnenstrahlung an einem klaren Wintertag, um das Dach genügend aufzuheizen und den Schnee darauf anzuschmelzen. Das flüssige Wasser fließt über die ebenfalls mit Schnee gefühlte Dachrinne oder einfach den Dachvorsprung hinaus und gefriert durch die kalte Umgebungsluft wieder zu Eis.
Je nach Form des Daches, den Windverhältnissen und der Fließgeschwindigkeit des Wassers entstehen nun Eiszapfen. Manchmal erst als kleiner Vorhang, der sich dann verzweigt. Manchmal auch als viele kleine Eiszapfen, die sich zu einem größeren vereinen. Der Vielfalt sind hier keine Grenzen gesetzt.
Dennoch kommt es ab einer bestimmten Größe zu einer sonderbaren Regelmäßigkeit: Der Eiszapfen entwickelt Wellen auf seiner Oberfläche, deren Kämme einen sehr gleichmäßigen Abstand von ca. 1cm zueinander haben. Wie stark diese Ringe ausgebildet sind, hängt dabei von der Menge an Verunreinigungen im Wasser ab. Vielleicht sollte man also an besonders welligen Eiszapfen lieber nicht lecken ;). Falls ihr mehr über das Wachstum von Eiszapfen wissen wollt, schaut gerne mal in dieses Paper (https://doi.org/10.1088/1367-2630/ac3cf4). Dort gibt es auch ein tolles Video dazu.
Eisblumen an den Fenstern kennen die meisten von uns wahrscheinlich allenfalls aus Erzählungen von früher. Heutzutage treten sie in unseren Wohnungen kaum noch auf. Aber warum?
Sie entstehen oft nachts, wenn es draußen kalt wird. Die Luft im Schlafzimmer ist durch die Atmung der schlafenden Menschen recht feucht. Diese Feuchtigkeit wird sichtbar, wenn sie sich als Wassertröpfchen an der Fensterscheibe niederschlägt. Alte Fenster, die nur aus einer einzelnen Glasscheibe bestehen, kühlen sehr stark aus, sodass ihre Temperatur unter 0°C sinken kann. Dann gefriert die Feuchtigkeit, entweder vom Fenster oder direkt aus der Luft, und zeigt sich als Eisblume auf der Scheibe. Ähnlich wie bei Schneeflocken (dazu haben wir euch letztes Jahr im Januar etwas erzählt) entstehen sechseckige Eiskristalle, die sich zufällig in verschiedensten Formen anordnen. Die dabei entstehenden Muster sind vielfältig und wie zwei Schneeflocken immer unterschiedlich.
Heutzutage sind Fenster in der Regel doppelt oder sogar dreifach verglast, sodass sie wärmeisolierend sind und die Kälte draußen halten. Damit bleibt die innerste Scheibe zu warm, um die Feuchtigkeit gefrieren zu lassen. Gänzlich ausgestorben ist die Eisblume allerdings nicht, man kann sie gelegentlich noch an Autoscheiben oder in sehr alten Gebäuden beobachten.
Hast du dich schon Mal gefragt wie die Titanic eigentlich mit einem Eisberg kollidieren konnte? Woher kam diese Eismasse die einfach im Meer herum schwamm? Tatsächlich wird vermutet, dass der Ursprung dieses Eisbergs in einem Fjord von Grönland lag. Das Leben eines Eisbergs fängt nämlich dort an wo Gletscher ins Meer fließen bzw. beim Schelfeis. Wenn ein Gletscher „kalbt“ bricht Eis von der Kante ab. Dieses Eis hat ein niedrigere Dichte als das flüssige Wasser und schwimmt somit auf dem Wasser. Der größte Teil ist allerdings unter der Wasseroberfläche. Somit kann es sehr gefährlich für die Schifffahrt sein da diese Eismassen nicht umsonst Berge heißen. So wird der Eisberg mit dem die Titanic 1912 kollidierte, auf 2 Megatonnen geschätzt. Interessanterweise wurde dieses Ereignis von dem warmen und feuchten Jahren die voran gingen geprägt. So wird angenommen, dass die Gletscher geschwächt waren und dadurch mehr Eisberge entstanden. Eisberge können mehrere Jahre leben bis sie entweder schmelzen oder zerbrechen. So hat der Titanic Eisberg vielleicht noch andere Schiffe in Not gebracht… Heutzutage werden Eisberge aber durch diverse Messmethoden ausfindig gemacht um die Gefahr zu reduzieren. Z.b. durch Radare oder Satellitenbilder.
Wie bei einem Eisberg der Großteil seiner Masse unter dem Meer verborgen ist, so passiert auch ein Großteil des Schmelzens der Eisschilde unter dem Meeresspiegel. Sowohl der grönländische als auch der antarktische Eisschild münden in viele Ausflussgletscher, die ins Meer führen. Im besonders kalten Norden Grönlands sowie rund um die Antarktis bilden diese Gletscher schwimmende Eiszungen bzw. Eisschelfe auf dem Meer. Diese Eismassen sind mehrere 100 m dick und mehrere 10 km bis mehrere 100 km breit bzw. lang. Das Meerwasser, das dieses Schelfeis in bis zu 1000 m Tiefe unterspült ist typischerweise wärmer als der Gefrierpunkt, denn dieser liegt bei salzigem Meerwasser bei rund –2 °C. Somit führt er Ozean Wärme an das Eis heran, das dadurch zu schmelzen beginnt. Das salzarme Schmelzwasser ist leichter als das Wasser des Ozeans und steigt deshalb entlang der geneigten Eiszunge nach oben. Es entsteht eine schnelle Strömung unter dem Eis, die durch Reibung zu noch mehr Wärme und Schmelzen führt. Dieses Schmelzen unter dem Meeresspiegel ist ein wichtiger Teil des Massenverlusts der Eisschilde. Bei manchen Gletschern ist der Ozean für rund 90 % des Schmelzens verantwortlich. Das führt dazu, dass Eisschelfe instabil werden und auseinanderbrechen. Dies hat zur Folge, dass große Mengen Eis von den Eisschilden ins Meer nachrutschen können, wodurch der Meeresspiegel überall auf der Welt ansteigt. Forschende gehen davon aus, dass bereits der Kollaps eines einzigen Gletschers, dem Thwaites-Gletscher in der Antarktis, ausreichen würde, um den Meeresspiegel global um 65 cm ansteigen zu lassen. Dieser Gletscher ist etwa so groß wie Großbritannien und gilt zur Zeit als besonders instabil.
Wenn man an die Bilder und Filme des Grönländischen und Antarktischen Eisschildes denkt, dann kommen einem Wörter wie gigantisch, enorm oder massiv in den Kopf. Diese Eisschilde sind so riesig, dass wir uns das gar nicht wirklich vorstellen können. Doch trotz oder gerade wegen ihrer Größe unterliegen auch sie Veränderungen. Im Laufe eines Jahres verlieren die Eisschilde je nach Wetter etwas von ihrer Masse oder sie gewinnen neue Masse hinzu. Am Ende des Jahres kann man den Verlust und den Gewinn miteinander ins Verhältnis setzen und erhält so die Massenbilanz des Eisschildes.
Massenzuwachs entsteht immer dann, wenn es auf den Eisschild schneit. Dieser Schnee lagert sich auf dem Eisschild ab und verdichtet durch sein Gewicht die darunter liegenden Schneeschichten. Diese wandeln sich dann im Laufe der Zeit erst in Firn und dann in Eis um.
Durch sein Eigengewicht fließt der Eisschild dann bergab in Richtung Meer.
Dort wo es das Gelände zulässt, fließt der Eisschild über seine Ausflussgletscher ins Meer. Hier kann er durch das sogenannte Kalben von Eisbergen an Masse verlieren. Aber nicht nur festes Eis sorgt für einen Massenverlust. Vor allem im Sommer hat es auch auf den Eisschilden über 0° Celsius und es kommt zu Schmelzprozessen. Es bilden sich Schmelztümpel und -flüsse auf dem Eis, die auch wieder ins Meer fließen.
In den letzten Jahren haben beide Eisschilde enorm an Masse verloren. Bis 2018 verlor der grönländische Eisschild bereits über 3000 Gigatonnen Eis (The IMBIE Team, 2020) und der antarktische bis 2017 über 5000 Gigatonnen (Rignot et al., 2019). Auch dies ist ein Zeichen des Klimawandels, denn die erhöhte Lufttemperatur sorgt für mehr Eisschmelze im Sommer und eine verlängerte Schmelzperiode. Veränderte Ozeanströmungen destabilisieren zudem noch die Ausflussgletscher und es kommt vermehrt zu großen Abkalbungen.
Während in Deutschland der Schnee fast überall wieder geschmolzen ist, bleibt anderswo das Eis ganzjährig bestehen. Solche Eiskappen gibt es sowohl in hohen Gebirgen als auch in hohen Breiten, in der Nähe des Nord- und Südpols. Dort befinden sich die beiden größten Eiskappen, die als Eisschilde bezeichnet werden: der Grönländische Eisschild und der Antarktische Eisschild. Obwohl diese Eismassen weit von uns entfernt sind, sind sie aufgrund ihrer immensen Größe wichtig für das globale Klima, also auch für das Klima in Deutschland.
Bei Eisschilden handelt es sich um riesige Vergletscherungen, die in mehrere Gletscher münden, wie z. B. dem Thwaites-Gletscher in der Antarktis oder dem Petermann-Gletscher im Norden von Grönland. Viele dieser Gletscher fließen ins Meer, wo sie im Kontakt mit dem Ozean sind.
Eisschilde sind nicht zu verwechseln mit Meereis, das weite Teile des arktischen Ozeans, insbesondere den Nordpol, ganzjährig bedeckt und auch in der Ostsee vorkommt. Meereis bildet sich durch gefrierendes Meerwasser, weshalb es Salz enthält. Gletscher hingegen entstehen aus gefrorenem Süßwasser, das z. B. in Form von Schnee auf Grönland und die Antarktis fällt.
Außertropische Stürme – großflächig, langanhaltend und gar nicht mal so selten.
Eins vorweg: der Begriff außertropische Stürme dient als Abgrenzung zu den Tropischen Wirbelstürmen, die wir euch nächste Woche vorstellen. Gemeint sind damit Tiefdruckgebiete, die in den mittleren Breiten entstehen und z.B. vom Atlantik nach Europa ziehen. Sturm- oder Orkanhochs gibt es übrigens nicht.
Sturm ist in Deutschland eher ein Phänomen des Winterhalbjahres und dafür gibt es zwei Hauptgründe. Zum einen hängt die Intensität von Tiefdruckgebieten (zugegebenermaßen über einige Umwege) vom Temperaturunterschied zwischen subtropischen und polaren Breiten ab, der im Winter größer ist als im Sommer. Zum anderen haben Tiefdruckgebiete im Winter eine südlichere Zugbahn als im Sommer, sodass ihre Sturmfelder häufiger nach Mitteleuropa ausgreifen, während sie im Sommer eher die Regionen weiter im Norden beeinflussen.Der stärkste Wind ist meistens an der Südflanke eines Tiefdruckgebiets zu finden. Dort addieren sich die westliche Strömung, die dort durch die Zirkulation um das Tief entsteht und seine i.d.R. östliche Verlagerung. Besonders stürmisch wird es dann in hohen Lagen, weil der Wind in höheren Luftschichten mangels Reibung noch stärker ist als am Boden.Starke und großräumige Sturmtiefs können mir ihrem Sturmfeld größere Regionen gleichzeitig erfassen, z.B. ganz Deutschland und Teile seiner Nachbarländer und mehrere Stunden, manchmal sogar Tage lang anhalten. Die kräftigsten Stürme bringen meist Windgeschwindigkeiten zwischen ca. 90 und 120 km/h (Windstärke 9 bis 12), vereinzelt und an besonders exponierten Stellen wie z.B. den Nordseeinseln oder hohen Bergen wurden auch schon Werte zwischen 150 und 200 km/h gemessen.
Wer im Winter gern durch Wälder streift hat sie vielleicht schon einmal gesehen: Die Eiswolle. Es handelt sich dabei um eine seltene Form von Eis, in welcher die Kristalle in feinen Härchen wie weißes Fell aus morschem Holz herausragen. Das Besondere an Eiswolle ist, dass die Form des Eises so eigentlich nicht existieren sollte. Sehr langgestreckte Eisstrukturen würden sich unter normalen Umständen durch den Prozess der Rekristallisation zu gröberen Formationen verbinden. Bei Eiswolle wird die Rekristallisation aber durch einen organischen Stoff verhindert, welcher wahrscheinlich von einem winteraktiven Pilz im Totholz stammt. Dabei könnte es sich um Exidiopsis effuse handeln, denn dieser wurde bisher in allen Eiswolle tragenden Holzproben gefunden. Wie genau die feinen Härchen entstehen, ist aber noch nicht vollständig geklärt. Wahrscheinlich wird bei Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt eine Kettenreaktion in Gang gesetzt, in der Wasser an der Holzoberfläche gefriert und dabei gleichzeitig Flüssigwasser aus den porösen Holzfasern zieht. Bei Vorhandensein des Pilzes bilden sich dann anstatt einer üblichen Eiskruste viele kleine Eisfasern, welche die Eiswolle bilden.
