Die Antarktis ist weit mehr als nur eine ausgedehnte Eismasse, sondern ein geologisch komplexer Kontinent aus ausgedehnten Gletschern, zerklüftetem Grundgestein und, wie neue Forschungsergebnisse zeigen, großen Mengen an Grundwasser. EIN study veröffentlicht heute in der Zeitschrift Sciencebeschreibt eine dicke Grundwasserschicht unter der Westantarktis mit dem Potenzial, die Eisströme des Kontinents zu regieren. Die Forscher hinter der Arbeit glauben, dass dies eines von mehreren riesigen Grundwasserreservoirs unter der Antarktis sein könnte.

Das Team unter der Leitung von Chloe Gustafson, derzeit Postdoktorandin am Scripps Institute of Oceanography, reiste Ende 2018 in die Westantarktis. Bevor sie mit der abgelegenen Feldarbeit begannen – einer riskanten Expedition weit entfernt von jeder Unterstützung – verbrachten sie zwei Wochen mit der Vorbereitung in McMurdo Station, ein US-Forschungsaußenposten auf der Ross-Insel in der Antarktis. „In der Hochsaison leben dort bis zu 1.000 Menschen, es ist also manchmal wie eine kleine Kleinstadt“, erzählte mir Gustafson am Telefon. „Es gibt eine Kombüse, in der alle essen, es gibt Schlafsäle, es gibt ein Fitnessstudio, es gibt ein paar Bars.“

Neben dem Sammeln aller Zelte, Schlafsäcke, Lebensmittel, und anderen benötigten Hilfsmitteln trainierte das Team mit einem Bergsteiger, wie man Schneemobile fährt, Unterstände im Schnee gräbt und Zelte aufstellt. Nachdem sie etwas raues Wetter abgewartet hatten, flog die vierköpfige Gruppe – Gustafson, Kerry Key vom Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University, Matthew Siegfried von der Colorado School of Mines und die Bergsteigerin Meghan Seifert – zu ihrem Einsatzort: Whillans Ice Stream auf dem Eisschild der Westantarktis.

Ein Eisstrom ist eine relativ schnell fließende Strömung innerhalb einer Eisdecke. Diese Dinge können sich so schnell bewegen wie 6 Fuß pro Tag in der Antarktis, und sie machen 90 % des Eises aus, das vom Kontinent abfließt. Sie wählten Whillans Ice Stream für ihre Studie aufgrund der vorhandenen Daten, die dort bereits gesammelt wurden. 2007 hat Helen Fricker, eine weitere Mitarbeiterin dieses Projekts, beobachtete ein subglaziales Seensystem über Satellitenbilder. Im Laufe des nächsten Jahrzehnts bestätigten Forscher mithilfe von Seismologie und Bohrungen, dass es tatsächlich einen See unter dem Whillans-Eisstrom gab. „Das war sehr interessant, und wir wollten den nächsten Schritt machen und uns ansehen, was tiefer im Inneren passiert“, sagte Gustafson. „Gibt es Grundwasser?“

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Die meisten früheren Forschungen zum Whillans-Eisstrom befassten sich einfach damit, das Vorhandensein von flüssigem Wasser unter dem Eis durch flache Bohrungen zu bestätigen, aber Gustafson und ihr Team wollten wissen, wie dieses subglaziale Grundwasser tatsächlich aussah. Durch eine kurze Feldsaison eingeschränkt, brauchten sie eine effizientere Methode und entschieden sich für Magnetotellurik, eine passive geophysikalische Methode, die Gustafson als im Grunde „eine MRT der Erde durchführen“ beschrieb. Magnetotellurics verlassen sich auf die Erregung von Ionosphäre der Erde durch Sonnenwind. Diese Erregung erzeugt elektromagnetische Wellen – die Gustafson und ihr Team aufgezeichnet haben – die sich je nach Medium auf unterschiedliche Weise durch den Untergrund der Erde ausbreiten.

„Aus diesen elektrischen und magnetischen Feldmessungen können wir beginnen, okay herauszukitzeln, das ist das Signal, das von Eis kommt, dieses Signal kommt von Salzwasser, die Signale kommen von Süßwasser“, erklärte Gustafson.

Das Team hatte acht Empfänger, die sie 24 Stunden lang einen Fuß tief im Schnee vergraben würden, um diese elektromagnetischen Signale zu sammeln. Einmal am Tag gruben sie sie aus und brachten sie ein paar Kilometer weiter weg, wobei sie diesen Vorgang sechs Wochen lang immer wieder wiederholten.

All diese Daten summierten sich zu einem wichtigen Ergebnis: Die Sedimente unter dem Whillans-Eisstrom waren voller Wasser. Dies sind Meeressedimente, die abgelagert wurden, als die Antarktis vor Millionen von Jahren ein offener Ozean war. Bei ihrer Bildgebung stellte das Team fest, dass die Sedimente zwischen einem halben Kilometer (etwa 1.600 Fuß) und 2 Kilometern (über eine Meile) dick waren. Sie haben festgestellt, Unter einer mehrere hundert Meter dicken Süßwasserschicht (verursacht durch das natürliche Abschmelzen der Gletscher) befindet sich eine Wassersäule, die mit zunehmender Tiefe immer salziger wird.

„Ein Teil dieses salzigen Grundwassers könnte ein Überbleibsel aus der Zeit sein, als diese Sedimente ursprünglich abgelagert wurden“, schlug Gustafson vor. „Ein Teil des Salzes im Grundwasser könnte aber auch aus Zeiten stammen, als der Eisschild gewachsen ist, sich dann aber wieder zurückgezogen hat und Meerwasser eingedrungen ist.“

Dies war bisher alles hypothetisch, und die Forscher sagen, dass sie die ersten sind, die Magnetotellurik verwenden, um das subglaziale Grundwasser tatsächlich abzubilden.

„Die wissenschaftliche Gemeinschaft weiß seit einiger Zeit, dass sich unter einem Großteil der Eisdecke der Westantarktis eine dicke Schicht Meeressedimente befindet, aber wir wissen nicht viel darüber, wie die Eisdecke durch tiefes Grundwasser beeinflusst wird, wie die neue Studie zeigt ist salzhaltig“, schrieb Poul Christoffersen in einer E-Mail. Christoffersen, der das neue Papier als „faszinierend“ bezeichnete, ist Glaziologe am Scott Polar Research Institute der Universität Cambridge und war nicht an diesem Projekt beteiligt. Er fuhr fort: „Die neue Studie zeigt auch, dass das Süßwasser, das durch das Schmelzen am Boden der Eisdecke entsteht, mehrere hundert Meter in das Grundwassersystem eingedrungen ist, seit sich die Eisdecke gebildet hat, und dass Salz und gelöste Stoffe wahrscheinlich auch in die basale Drainage der Eisdecke geflossen sind System.“

Das Grundwasser unter dem Eisstrom könnte eine entscheidende Rolle dabei spielen, wie der Strom Eis zum Meer transportiert. „Ich habe diese Analogie: Eisströme sind wie Rutschen und Rutschen“, sagte Gustafson. „Wenn Sie also Wasser auf einem Slip-and-Slide haben, können Sie ziemlich schnell rutschen. Aber wenn es weniger Wasser oder kein Wasser gibt, wirst du nicht sehr weit rutschen.“

Brad Lipovsky vom College of the Environment der University of Washington wiederholte Gustafsons Beschreibung. Er sagte mir in einem Telefonat: „Auf den ersten Metern unter dem Gletscher steuern die dortigen Eigenschaften auf direktem Weg, wie schnell das Eis fließt: [if] Ihr Gletscher sitzt auf einem Haufen nassen Lehms, es ist rutschiger und das Eis fließt schneller.“

Diese Ergebnisse haben potenzielle Auswirkungen auf den Rest des Kontinents. Gustafson sagte, dass unter Eisströmen in der ganzen Antarktis verschiedene Taschen mit subglazialem Grundwasser gefunden werden könnten. „Es gibt Beobachtungen aus der umliegenden Antarktis, die darauf hindeuten, dass diese Sedimente darunter vorhanden sind [other] Eisströme“, sagte sie. „Ich würde wetten, dass diese Grundwasserleiter überall in der Antarktis verbreitet sind.“

Während Gletscher nur 10 % der Erde bedecken, machen die Gletscher in der Antarktis 85 % dieser Bedeckung aus. Je nachdem, wie sich dieses Grundwasser verhält, könnte es dazu beitragen, dass Eis schneller oder langsamer in den Ozean fließt. Die Forscher gehen davon aus, dass, wenn das System stabil ist, Grundwasser in den Südlichen Ozean abfließt, da mehr Schmelzwasser in die Sedimente eindringt. Aber wenn die Eisströme unter den steigenden Temperaturen des Klimawandels an Masse verlieren würden, könnte ihr verringerter Druck auf die Sedimente unter ihnen dazu führen, dass mehr Grundwasser an die Oberfläche steigt, was die Basis des Stroms weiter schmiert und erhöhts Geschwindigkeit, die die Zukunft der Eisbedeckung des Kontinents bedroht.