Presse-Information

09. August 2013
Presse-Information
Sperrfrist:
11.08. 2013, 19:00 MESZ/
13:00 US Eastern Standard Time
Greenland ice is melting - even from below
Heat flow from the mantle contributes to the ice melt.
The Greenland ice sheet is melting from below, caused by a high heat flow from the
mantle into the lithosphere. This influence is very variable spatially and has its
origin in an exceptionally thin lithosphere. Consequently, there is an increased heat
flow from the mantle and a complex interplay between this geothermal heating and
the Greenland ice sheet. The international research initiative IceGeoHeat led by the
GFZ German Research Centre for Geosciences establishes in the current online
issue of Nature Geosciences (Vol 6, August 11, 2013) that this effect cannot be
neglected when modeling the ice sheet as part of a climate study.
The continental ice sheets play a central role in climate. Interactions and feedback
processes between ice and temperature rise are complex and still a current
research topic. The Greenland ice sheet loses about 227 gigatonnes of ice per year
and contributes about 0.7 millimeters to the currently observed mean sea level
change of about 3 mm per year. Existing model calculations, however, were based
on a consideration of the ice cap and considered the effect of the lithosphere, i.e.
the earth's crust and upper mantle, too simplistic and primarily mechanical: the ice
presses the crust down due to its weight. GFZ scientists Alexey Petrunin and Irina
Rogozhina have now coupled an ice/climate model with a thermo-mechanical model
for the Greenland lithosphere. "We have run the model over a simulated period of
three million years, and taken into account measurements from ice cores and
independent magnetic and seismic data", says Petrunin. "Our model calculations
are in good agreement with the measurements. Both the thickness of the ice sheet
as well as the temperature at its base are depicted very accurately. "
The model can even explain the difference in temperature measured at two
adjacent drill holes: the thickness of the Greenland lithosphere and thus the
geothermal heat flow varies greatly in narrow confines.
What does this mean for climate modeling? "The temperature at the base of the
ice, and therefore the current dynamics of the Greenland ice sheet is the result of
the interaction between the heat flow from the earth's interior and the temperature
changes associated with glacial cycles," explains corresponding author Irina
Rogozhina (GFZ) who initiated IceGeoHeat. "We found areas where the ice melts at
the base next to other areas where the base is extremely cold."
The current climate is influenced by processes that go far back into the history of
Earth: the Greenland lithosphere is 2.8 to 1.7 billion years old and is only about 70
to 80 kilometers thick under Central Greenland. It remains to be explored why it is
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Ansprechpartner: Franz J. Ossing
so exceptionally thin. It turns out, however, that the coupling of models of ice
dynamics with thermo-mechanical models of the solid earth allows a more accurate
view of the events that are melting the Greenland ice.
Petrunin, A. G., Rogozhina, I., Vaughan, A. P. M., Kukkonen, I. T., Kaban, M. K., Koulakov,
I. & Thomas, M., “Heat flux variations beneath central Greenland’s ice due to anomalously
thin lithosphere“, Advance Online Publication, Nature Geoscience, 11. 08. 2013,
http://dx.doi.org/10.1038/ngeo1898)
Pictures in printable resolution can be found at:
http://www.gfz-potsdam.de/portal/gfz/Public+Relations/M40Bildarchiv/Bildergalerie+Eismassendynamik/130811_Basal_Ice_Greenland
http://www.gfz-potsdam.de/portal/gfz/Public+Relations/M40Bildarchiv/Bildergalerie+Eismassendynamik/130711_EisbergGroenland
http://www.gfz-potsdam.de/portal/gfz/Public+Relations/M40Bildarchiv/Bildergalerie+Eismassendynamik/130711_EisbergGroenland2
Grönlands Eis schmilzt – auch von unten
Wärmefluss aus dem Erdmantel trägt zur Eisschmelze bei.
Der grönländische Eisschild wird durch einen hohen Wärmefluss aus dem Erdmantel
in die Lithosphäre von unten angeschmolzen. Dieser Einfluss variiert räumlich sehr
stark und hat seine Ursache in einer außergewöhnlich dünnen Lithosphäre. Daraus
folgt ein erhöhter Wärmefluss aus dem Erdmantel und ein komplexes Wechselspiel
zwischen dieser geothermischen Heizung und dem grönländischen Eisschild. Die
internationale Initiative IceGeoHeat unter Leitung des Deutschen
GeoForschungsZentrums GFZ stellt in der aktuellen Online-Ausgabe von Nature
Geosciences (Vol. 6, 11. August 2013) fest, dass dieser Effekt bei der Modellierung
des Eisschildes im Klimageschehen nicht vernachlässigt werden darf.
Die kontinentalen Eisschilde spielen im Klima eine zentrale Rolle. Wechselwirkungen
und Rückkopplungsprozesse zwischen Eisfläche und Temperaturanstieg sind
komplex und bis heute Forschungsgegenstand. Der grönländische Eisschild verliert
jährlich rund 227 Gigatonnen an Eis und trägt damit pro Jahr etwa 0,7 Millimeter
zur aktuell beobachteten mittleren Meeresspiegeländerung von rund 3 mm pro Jahr
bei. Bisherige Modellrechnungen beruhten jedoch auf einer Betrachtung der
Eiskappe und berücksichtigten den Effekt der Lithosphäre, also der Erdkruste und
des oberen Mantels, zu stark vereinfacht und vornehmlich mechanisch: das Eis
drückt aufgrund seines Gewichts die Kruste nach unten. GFZ-Wissenschaftler
Alexey Petrunin und Irina Rogozhina koppelten nun ein Eis/Klima-Modell mit einem
thermomechanischen Modell für die Lithosphäre Grönlands. „Wir haben das Modell
über einen Simulationszeitraum von drei Millionen Jahre laufen lassen und dabei
Messungen aus Eisbohrkernen und unabhängigen magnetischen und seismischen
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Daten berücksichtigt“, so Petrunin. „Unsere Modellrechnungen stimmen sehr gut
mit den Messungen überein. Sowohl die Mächtigkeit des Eisschilds als auch die
Temperatur an seiner Basis werden sehr genau abgebildet.“
Das Modell kann sogar den Temperaturunterschied erklären, der an zwei nah
beieinander liegenden Bohrlöchern gemessen wurden: die Dicke der grönländischen
Lithosphäre variiert auf engem Raum sehr stark und damit auch der geothermische
Wärmefluss.
Was bedeutet das für die Klimamodellierung? „Die Temperatur an der Basis des
Eises und damit die gegenwärtige Dynamik des grönländischen Eisschildes ist
Resultat der Wechselwirkung zwischen dem Wärmefluss aus dem Erdinneren und
der Temperaturänderungen, die mit den Eiszeit-Zyklen einhergehen“, erklärt KoAutorin Irina Rogozhina (GFZ), Initiatorin von IceGeoHeat. „Wir finden Bereiche, in
denen das Eis an der Basis schmilzt direkt neben anderen Gebieten, wo die Eisbasis
extrem kalt ist.“
Das aktuelle Klima wird also auch durch Prozesse beeinflusst, die weit in die
Erdgeschichte zurückreichen: die grönländische Lithosphäre ist zwischen 2,8 und
1,7 Milliarden Jahre alt und ist unter Zentral-Grönland nur etwa 70 bis 80 Kilometer
mächtig. Warum sie so außergewöhnlich dünn ist, muss noch erforscht werden. Es
zeigt sich aber, dass die Kopplung von Modellen der Eisdynamik mit
thermomechanischen Modellen der festen Erde einen präziseren Blick in die
Vorgänge erlaubt, die das grönländische Eis zum Schmelzen bringen.
Petrunin, A. G., Rogozhina, I., Vaughan, A. P. M., Kukkonen, I. T., Kaban, M. K., Koulakov,
I. & Thomas, M., “Heat flux variations beneath central Greenland’s ice due to anomalously
thin lithosphere“, Advance Online Publication, Nature Geoscience, 11. 08. 2013,
http://dx.doi.org/10.1038/ngeo1898)
Abb. in druckfähiger Auflösung finden sich unter:
http://www.gfz-potsdam.de/portal/gfz/Public+Relations/M40Bildarchiv/Bildergalerie+Eismassendynamik/130811_Basal_Ice_Greenland
http://www.gfz-potsdam.de/portal/gfz/Public+Relations/M40Bildarchiv/Bildergalerie+Eismassendynamik/130711_EisbergGroenland
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