Die größten Geheimnisse der Antarktis: Geheimnisse einer gefrorenen Welt

Vor hundert Jahren, an einem schönen Sommernachmittag, stießen der norwegische Entdecker Roald Amundsen und vier reisemüde Begleiter eine leuchtende Fahne an der Spitze eines spindeldürren Pfahls in das antarktische Eis und markierten damit ihren Anspruch, als erste Menschen den Fuß auf den Boden der Welt zu setzen. Der Südpol gehörte ihnen.

„Dieser Moment wird sicherlich allen von uns, die dort standen, in Erinnerung bleiben“, schrieb Amundsen in seinem Bericht über die beschwerliche Reise. Am 14. Dezember 1911, zwei Monate nachdem sie von der Küste des Kontinents aufgebrochen waren, hatten die Männer ihr Ziel erreicht – eine gefrorene Ebene von endlosem Weiß inmitten des höchsten, windigsten, kältesten, trockensten und einsamsten Kontinents der Erde.

Ein Jahrhundert, nachdem Amundsen die Fahne gehisst hatte – und damit die dem Untergang geweihte Expedition des Engländers Robert Falcon Scott um einen ganzen Monat schlug -, hat eine Explosion des technischen Fortschritts den Umfang des menschlichen Wissens über die Antarktis verändert.

Aufmerksame Satelliten segeln über den Pol; Radar und Laser haben es Wissenschaftlern ermöglicht, unter das dicke Eis zu blicken. Doch trotz der Reichweite dieser neuen Instrumente hält der Kontinent seine Geheimnisse noch immer fest. Viele Rätsel bleiben bestehen, und sie sind weitaus komplizierter und nuancierter als die unerforschte Wildnis, mit der Amundsen und Scott konfrontiert waren.

Die Forschung zeigt, dass die Antarktis ein weitaus dynamischerer Ort ist, als man sich vor einem Jahrhundert hätte vorstellen können – und dass das, was dort geschieht, dramatische Folgen für Millionen von Menschen auf der ganzen Welt haben kann.Anstatt neue geografische Entdeckungen zu machen, versuchen die Wissenschaftler nun, das Innenleben der seltsamen Kräfte zu kartieren, die in der Antarktis im Spiel sind – von den biologischen Mechanismen, die es winzigen Organismen ermöglichen, scheinbar von den Toten zu erwachen, bis hin zu den wenig verstandenen Kräften, die am Eis des Kontinents nagen – und das mit zunehmender Kraft.

Eiskönigin

Antarktika beherbergt etwa 70 Prozent des Süßwassers der Erde und 90 Prozent des Süßwassereises der Erde. Zwei gewaltige Eisschichten, die an manchen Stellen fast 4 Kilometer dick sind, bedecken etwa 99 Prozent der kontinentalen Landmasse. Einschließlich der Inseln und der schwimmenden Eisebenen ist die Antarktis rund 14 Millionen Quadratkilometer groß, etwa anderthalb Mal so groß wie die Vereinigten Staaten.

Es überrascht nicht, dass sich die meisten Forschungsarbeiten in der Antarktis auf das Eis konzentrieren – auf das, was unter dem Eis, in ihm und mit ihm geschieht.

Und es war unter dem Eis, dass die Wissenschaftler eine der drehbuchwürdigsten Entdeckungen der Antarktis machten: ein ausgedehntes Königreich aus felsigen Hängen und flüssigen Seen, das seit Jahrtausenden unter dem Eis verborgen ist.

Während einer Kartierungsexpedition im Jahr 1958 wanderte ein sowjetisches Team von der Küste aus durch das Innere der östlichen Hälfte des Kontinents und zündete alle hundert Meilen Sprengstoff, um die Dicke des Eises zu messen.

In der Mitte des ostantarktischen Eisschildes durchquerte das Team eine 3 km dicke Eisschicht, als laut Robin Bell, Geophysiker und Professor am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University, etwas Seltsames geschah.

Was ist da drunter?

„Sie fanden plötzlich dieses sehr dünne Eis in der Mitte des Eisschildes, und sie sagten: ‚Hey, hier gibt es Berge'“, sagte Bell gegenüber OurAmazingPlanet.

Große Berge. Das Team war auf das später so genannte Gamburtsev-Gebirge gestoßen, eine Reihe von steilen Gipfeln, die bis zu 3.000 Meter hoch sind und sich über 1.200 Kilometer im Inneren des Kontinents erstrecken.

„Es ist wirklich schwer, sich vorzustellen, dass es da unten Berge gibt. Egal, in welche Richtung man sich dreht – es ist ziemlich flach“, sagte Bell, die das Gebiet seit Jahren untersucht. Das wirklich Mysteriöse an den verborgenen Bergen sei jedoch nicht, dass sie existieren, sondern wie sie überhaupt existieren. Der unaufhaltsame Lauf der geologischen Zeit erodiert Berge (wenn wir in 100 Millionen Jahren zurückkämen, wären die Alpen verschwunden, so Bell), und die Gamburtsevs, die zwischen 900 Millionen und einer Milliarde Jahre alt sind, hätten schon vor Äonen abgetragen werden müssen.

Jüngste Forschungen deuten jedoch darauf hin, dass es sich bei den Bergen um eine Art geologischen Neuanfang handelt.

„Sie wurden vor langer Zeit geboren, aber irgendwo zwischen 100 (Millionen) und 200 Millionen Jahren erlebten sie eine Renaissance“, so Bell.

Es geschah während eines Rifting-Ereignisses, so Bell, als tektonische Kräfte während des Auseinanderbrechens von Gondwana, dem alten Superkontinent, Kontinentalmassen auseinander rissen. Zu dieser Zeit erfuhren die schweren Wurzeln der erodierten Berge offenbar eine Dichteveränderung – so als ob sich eine Tafel fester Schokolade plötzlich in das flauschige Zeug in einem Drei-Musketiere-Riegel verwandeln würde – was die Gebirgskette wieder nach oben trieb, „wie ein Rettungsring“, sagte Bell.

Wie genau diese Veränderung in den Wurzeln der Gamburtsevs vor sich ging, ist ein Rätsel.

„Das ist das Größte, worüber wir uns den Kopf zerbrechen“, sagte Bell. „Wir wissen nicht, ob das Rifting ein wenig Wärme oder Wasser hinzugefügt hat – wir wissen, dass das Rifting stattgefunden hat und aufgetaucht ist, aber wir arbeiten immer noch an der Frage, wie man diesen Phasenwechsel herbeiführt“, sagte sie.

Land der Seen

Inmitten des Gamburtsev-Gebirges liegt ein weiteres rätselhaftes Merkmal der Antarktis: Der Wostoksee – ein unberührter Süßwassersee, der unter einer 3,7 km langen Eisschicht begraben ist. Er hat etwa die Größe des Ontariosees und ist der größte der mehr als 200 flüssigen Seen, die auf dem Kontinent unter dem Eis verstreut sind.

Die Seen entstehen größtenteils, wenn die Wärme aus dem Erdkern den Boden des Eisschildes schmilzt; die dicke Eisdecke auf der Oberseite wirkt als Isolierung. Einige der Seen sind seit Hunderttausenden bis Millionen von Jahren isoliert, und die Wissenschaftler bemühen sich, Wasserproben zu sammeln; die abgeschotteten Seen könnten Bastionen für biologische Entdeckungen sein, voll von nie zuvor gesehenem mikrobiellem Leben.

Bislang ist es noch niemandem gelungen, einen antarktischen See direkt zu beproben, aber mindestens drei Projekte – ein russisches, ein britisches und ein amerikanisches Team – nehmen sich des Problems an. Die Russen am Wostok-See und die Briten am Ellsworth-See könnten bis 2012 über Proben verfügen.

Und obwohl sich das Wasser des Sees bisher der Erfassung entzogen hat, verfügen die Wissenschaftler über Proben des Eisschildes selbst, das, wie sich herausstellt, eigene biologische Geheimnisse birgt.

Wer ist da drin?

„Ich glaube, dass das gesamte Eisschild lebendig ist. Das muss erst noch bewiesen werden“, sagt John Priscu, Professor an der Montana State University, der seit 27 Jahren Feldforschung in der Antarktis betreibt.

Was bewiesen ist, so Priscu, ist, dass sich Bakterien im Eis befinden. Nach mikrobiellen Maßstäben sind es nicht viele – 300 Zellen in 1 Milliliter Eis gegenüber 100.000 Zellen im Meerwasser – aber sie sind da, in winzigen Adern aus flüssigem Wasser, die das feste Eis durchziehen und als „kleine Häuser“ dienen, so Priscu, die auch Nährstoffe enthalten, die eine hungrige Mikrobe ernähren könnten.

„Die Frage ist, ob sie dort leben. Ist es ein funktionierendes Ökosystem?“, sagte er. Im Labor haben uralte Bakterien aus 420.000 Jahre alten Eisproben, die aus einer Tiefe von mehr als drei Kilometern im Inneren des Eisschildes entnommen wurden, schnell Lebenszeichen von sich gegeben. „Wir schmelzen das Wasser, und sie wachsen“, sagte Priscu gegenüber OurAmazingPlanet.

Es ist jedoch nicht klar, ob das Eis lediglich als Konservierungsmittel fungiert und dieselben Mikroben intakt hält, bis sie eine warme Mahlzeit bekommen, oder ob eine aktive mikrobielle Gemeinschaft im Inneren des Eisschildes vor sich hin vegetiert.

„Entweder befinden sie sich während dieser halben Million Jahre in einem Schwebezustand, oder sie leben sehr langsam. We don’t know that. Wir wissen es einfach nicht“, sagte Priscu.

Wer ist da draußen?

Ein weiterer Ort der biologischen Faszination ist der Ozean, der die Antarktis umgibt. „Wenn man eine Handvoll antarktischer Tiere in die Hand nimmt, kann man sie nicht mit Lebewesen aus anderen Teilen der Erde verwechseln“, sagt David Barnes, ein Wissenschaftler des British Antarctic Survey.

Barnes, der von einem Forschungsschiff vor der antarktischen Halbinsel aus sprach, sagte, eines der größten Rätsel sei: „Warum sehen wir die Arten von Tieren, die wir sehen?“

Leggische Seespinnen von der Größe eines Esstellers beherrschen die antarktischen Gewässer, doch andere Lebewesen, die in den übrigen Ozeanen der Erde vorkommen, wie z. B. Schnecken, sind seltsamerweise nicht vorhanden. Einige Lebewesen wachsen zu enormer Größe heran, während andere ungewöhnlich klein sind.

„Vieles macht Sinn. Dass Fische Frostschutzmittel entwickeln, ist eine vernünftige Sache“, sagte Barnes. „Aber warum wir diese seltsamen Tiergruppen haben und warum es einigen Tieren so gut und anderen so schlecht geht – das ist ein Teil des großen Reizes dieses Ortes. Es ist so anders. Und zu verstehen, warum das so ist und wie es funktioniert, ist eine große Herausforderung.“

„Es gibt viele Rätsel. Je mehr man über die Antarktis herausfindet, desto mehr Fragen werden aufgeworfen als beantwortet“, sagte Huw Griffiths, Meeresbiologe beim British Antarctic Survey.

Griffiths sagte, dass ein Gebiet von großem Interesse der praktisch unerforschte Ozean unter den Schelfeisen ist, die den Kontinent umgeben. Die Schelfeise sind Ausläufer von Gletschern und haben eine Dicke von mehreren hundert Metern, und sie sind kolossal. Das größte, das Ross-Schelfeis, ist 197.000 Quadratmeilen (510.680 Quadratkilometer) groß, das sind 3,7 Prozent der Gesamtfläche der Antarktis.

„Im Grunde wissen wir sehr wenig bis gar nichts darüber, was unter ihnen lebt, und die einzigen Orte, an denen wir einen Blick darauf werfen können, sind ein paar der kleineren Schelfe, die zusammengebrochen sind“, sagte Griffiths gegenüber OurAmazingPlanet.

Ein in Großbritannien hergestellter Meeresroboter, AutoSub genannt, hat 2009 bei mehreren Tauchgängen in der westlichen Antarktis einige der ersten Beobachtungen unter einem Schelfeis gemacht. Obwohl der Roboter keinen Blick auf die dort lebenden Organismen werfen konnte – er ist weder mit Kameras noch mit einem Probenahmearm ausgestattet -, lieferte er doch unschätzbare Daten für Wissenschaftler, die das sich schnell bewegende Schelfeis des Pine Island Glacier untersuchen, das in den Augen vieler Wissenschaftler als Ausgangspunkt für das größte antarktische Rätsel überhaupt betrachtet werden kann: Was passiert mit dem Eis?

Eisiges Verschwinden

Immer wieder kommen die Forscher auf diese Frage zurück. Das Eis, das am meisten Anlass zur Sorge gibt, ist das Westantarktische Eisschild, das beispiellose Veränderungen erfährt und wahrscheinlich der größte potenzielle Akteur beim künftigen Anstieg des globalen Meeresspiegels ist.

Forschungen in den letzten 25 Jahren haben gezeigt, dass das Eisschild auf klebrigen Sedimenten ruht, die Gletscher leichter abrutschen lassen können, als wenn sie über ein hartes, felsiges Bett fließen würden. Außerdem liegen große Teile des Bodens des Schelfeises unter dem Meeresspiegel – diese beiden Faktoren machen das Schelfeis besonders anfällig, so Robert Bindschadler, Glaziologe und emeritierter NASA-Wissenschaftler.

Dies alles kam für die wissenschaftliche Gemeinschaft etwas überraschend. Noch in den 1980er Jahren wurden Eisschilde nicht einmal berücksichtigt, wenn Forscher modellierten, wie sich der Klimawandel auf den Meeresspiegel auswirken könnte, sagte Bindschadler.

„Die Leute dachten: ‚Eisschilde, oh, die spielen keine Rolle – das dauert Jahrtausende'“, sagte Bindschadler.

Die Daten erzählen eine ganz andere Geschichte: „Die Beobachtungen der letzten 10 Jahre zeigen, dass sich die Eisschilde viel dramatischer verändern, sowohl in Bezug auf das Ausmaß der Veränderungen als auch auf die Zeitskala, als wir Experten es je für möglich gehalten haben“, so Bindschadler. „

Nun, da die Wissenschaftler wissen, dass schnelle Veränderungen stattfinden, versuchen sie herauszufinden, wie es dazu kommt – und alles deutet darauf hin, dass der Ozean der Schuldige ist.

„Ich denke, die kritischste Wechselwirkung ist die zwischen Ozean und Eis“, sagte Bindschadler gegenüber OurAmazingPlanet. „Das ist sicherlich diejenige, die alle Alarmglocken läuten lässt, wenn man sich die jüngsten Veränderungen der Eisschilde ansieht.

Das liegt daran, dass sich die meisten Vorgänge unter den Schelfeisen abspielen, jenen riesigen Ebenen aus schwimmendem Eis, die sich an die Ränder des Kontinents schmiegen. Satelliten und andere Beobachtungsinstrumente können keinen detaillierten Blick auf das werfen, was unter ihnen passiert.

„Wir wissen schon seit einiger Zeit, dass relativ warmes Wasser unter einige dieser Schelfeisflächen gelangt. Was wir noch nicht wissen, ist, wo genau, wie oft und wie variabel der Zugang ist“, sagt Stan Jacobs, Ozeanograph am Lamont-Doherty Earth Observatory der Columbia University.

„Was diesen Zugang kontrolliert und wie er sich mit der Zeit verändert, ist eine andere Frage“, so Jacobs gegenüber OurAmazingPlanet.

Forscher wissen, dass Schelfeis als riesige Türstopper für Gletscher fungieren. Wenn das Schelfeis dünner wird oder ganz zusammenbricht, beschleunigen die Gletscher und schütten mehr Wasser in den Ozean, wodurch der Meeresspiegel steigt.

Jetzt machen sich Bindschadler und andere Forscher auf den Weg, um einige der ersten Temperaturdaten unter dem Schelfeis des Pine Island Glacier, dem Auslass eines der größten und sich am schnellsten bewegenden Gletscher der Antarktis, zu sammeln, in der Hoffnung zu verstehen, was darunter passiert.

„Je mehr Messungen wir bekommen, desto mehr Fragen haben wir“, sagt Bindschadler. „

Das übergeordnete Ziel für Bindschadler und viele andere Antarktisforscher ist es, den Modellierern genügend Daten zur Verfügung zu stellen, damit sie herausfinden können, wie sich das antarktische Eis in den kommenden Jahrzehnten verändern wird und wie sich diese Veränderungen auf den Rest der Welt auswirken werden.

Wenn das westantarktische Eisschild vollständig schmelzen würde, würde dies nach einigen Schätzungen den durchschnittlichen globalen Meeresspiegel um 5 Meter anheben. Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass dies in den nächsten Tausenden von Jahren geschieht, hat der Eisschild in den letzten zwei Jahrzehnten zunehmend an Masse verloren, und die Gletscher, die als Abfluss ins Meer dienen, werden immer schneller. Selbst vergleichsweise kleine Veränderungen an den drei Eisschilden der Welt (Grönland, Ostantarktis und Westantarktis) hätten dramatische Auswirkungen. Eine Veränderung des Volumens um 1 Prozent würde den Meeresspiegel um etwa 65 Zentimeter ansteigen lassen, so Bindschadler.

Um die Daten zu erhalten, die die Modellierer benötigen, muss man immer noch in winzigen Zelten auf windgepeitschten Eisebenen schlafen und lange im ewigen Tageslicht des antarktischen Sommers arbeiten.

„Wir sind immer noch Entdecker“, sagte Priscu. „Die frühen Entdecker wie Scott und Shackleton mussten die Grenzen der menschlichen Existenz erforschen, aber jetzt erforschen wir die Grenzen des Lebens im Allgemeinen. Wir haben wichtige globale Hypothesen – wir haben in 100 Jahren viel erreicht – aber wir haben noch einen weiten Weg vor uns, und wir müssen noch viele Fragen beantworten.“

Dieser Artikel wurde von OurAmazingPlanet, einer Schwesterseite von LiveScience, bereitgestellt. Erreichen Sie Andrea Mustain unter [email protected]. Folgen Sie ihr auf Twitter @AndreaMustain. Folgen Sie OurAmazingPlanet auf Twitter @OAPlanet und auf Facebook, um die neuesten Nachrichten aus den Bereichen Geowissenschaften und Exploration zu erhalten.