Glacial meltwater flows into Tasermiut fjord in south Greenland...

next stop greenland

Ich bin auf eine interessante Frage gestoen, auf die ich bislang keine Antwort gefunden habe.

Warum steigt der Meeresspiegel, wenn das die Polkappen abschmelzen?

Die naheliegendste Antwort: Der Meeresspiegel steigt, weil nach dem Abschmelzen mehr Wasser in die Meere gelangt. Das stimmt aber nicht. Er steigt aufgrund der thermischen Expansion des Meerwassers (mehr dazu spהter).

Stellen Sie sich mal vor, Sie kaufen bei Ikea einen Schrank. Sie erhalten ein riesiges Paket, das nur mit Mhe in Ihren Kofferraum passt. Trotzdem wrden Sie kaum auf die Idee kommen, den Schrank erst aufzubauen und dann ins Auto zu quetschen. Der Grund ist ganz einfach: Das Schrankpaket hat eine viel geringere Dichte als der fertig aufgebaute Schrank. Es nimmt schlicht weniger Platz ein.

Eisberge sind הhnlich wie aufgebaute Ikea-Schrהnke: Sie nehmen viel mehr Platz weg als im Grundzustand (im Falle des Eisberges: im flssigen Zustand).

Wer schon mal eine Flasche Wasser im Eisfach vergessen hat, kennt das Phהnomen: Wasser dehnt sich beim Gefrieren aus. (Eigentlich schon frher, nהmlich auf Grund der Anomalie des Wassers bereits ab einer Temperatur von 4 Grad Celsius). Eine bestimmte Menge Wasser nimmt also im gefrorenen Zustand mehr Volumen als im flssigen. Oder im grצeren Mastab gesprochen: Ein gefrorener Eisberg nimmt mehr Volumen ein als ein geschmolzener. (Das liegt daran, dass Eis eine Dichte von 0,9167 g/cm^3 hat, Wasser aber eine Dichte von 1g/cm^3).

Hm…. Schauen wir uns mal dieses Foto an:

Der berwiegende Teil des Eisbergs befindet sich unter Wasser. (Das Foto ist eine Photoshop-Bearbeitung, demnach drften die Proportionen nicht ganz stimmen). Ein Teil schwimmt aber ber der Oberflהche. Der Grund dafr ist das Archimedische Prinzip:

Die Auftriebskraft eines Kצrpers in einem Medium ist genauso gro wie die Gewichtskraft des vom Kצrper verdrהngten Mediums. (wikipedia.de)

Ein Eisberg schwimmt also oben, weil eine Auftriebskraft (nach oben) der Gewichtskraft (nach unten) entgegen wirkt. Gleichzeitig verdrהngt der Eisberg aber auch Meerwasser. Nהmlich exakt so viel, wie er unter Wasser Volumen einnimmt.

Ein Gedankenexperiment

Wir fllen ein Glas bis zur Hהlfte mit Wasser und messen des Wasserspiegel. Nehmen wir mal an, er betrהgt fnf Zentimeter. Jetzt schצpfen wir aus dem Wasserglas eine kleine Menge Wasser ab und machen einen Eiswrfel daraus, den wir zurck ins Glas werfen. Aufgrund der geringeren Dichte von Eis gegenber Wasser msste der Wasserspiegel im Glas ber 5 Zentimeter ansteigen! Merke: Die Menge Wasser im Glas hat sich nicht verהndert - aber ein Teil ist nun gefroren und nimmt deshalb mehr Volumen ein. Wenn der Eiswrfel wieder abtaut msste der Wasserspiegel wieder auf 5 Zentimeter fallen.

Meine berlegung

Wenn Eis mehr Platz einnimmt als Wasser, msste doch im Falle einer kompletten Eisschmelze der Meeresspiegel sinken?! Dem ist aber nicht so. Nach einer Studie des Potsdamer Institut fr Klimafolgenforschung von 2009 steigt der Meeresspiegel bis zum Jahr 2100 zwischen 60 und 200 Zentimeter an.

Grafik aus Vermeer & Rahmstorf 2009

Der Grund fr den Anstieg ist ganz einfach und hat mich dennoch berrascht, als ich ihn zum ersten Mal gehצrt habe: Der Meeresspiegel steigt nicht, weil mehr flssiges Wasser in die Meere gelangt. Sondern weil das im Vergleich zum Eis dunklere Wasser mehr Strahlung absorbiert und sich somit stהrker ausdehnt. Im Fachjargon heit das thermische Expansion.

Was ist da jetzt so interessant daran?

1.) Das Verhהltnis Eisvolumen / thermische Expansion

Was fהllt beim Anstieg des Meeresspiegels stהrker ins Gewicht: Die thermische Expansion von erhitztem Wasser oder das grצere Volumen von Eis? Offensichtlich ja ersteres, sonst wrde der Meeresspiegel nicht ansteigen, wenn die Polkappen schmelzen. Aber bei welcher Wassertemperatur kippt der Anteil? Kurz gesagt: Wie warm muss Wasser werden, damit es mehr Volumen einnimmt als Eis?

2.) Verdrהngt ein Eisberg wirklich mehr Wasser? Oder vielleicht sogar weniger?

Der wahre Anstieg des Wasserspiegels im Glas, der durch die geringe Dichte des Eiswrfels verursacht wird, kommt erst dann zum Vorschein, wenn man den Eiswrfel vollstהndig unter Wasser drckt. Nun schwimmen Eisberge aber auf dem Wasser. Das heit, ein Teil des Eisberges verdrהngt nicht Wasser sondern Luft und ist somit nicht am Anstieg des Meeresspiegels beteiligt.

Verdrהngt ein Eisberg auf Grund seines grצeren Volumens mehr Wasser als im flssigen Zustand? Oder weniger, weil ein Teil des Eisberges ber der Wasseroberflהche liegt und damit kein Wasser verdrהngt? Oder ist der Anteil ausgeglichen, weil sonst der Eisberg sinken wrde? Ist am Ende die thermische Expansion wirklich die einzige Schubkraft, die den Meeresspiegel ansteigen lהsst?

Ich bin ehrlich gesagt berfragt. Falls jemand Abhilfe wei, her damit!

Linktipp zum steric sea level rise

PIK-Studie: Schewe Lewermann

“Oceanic warming yields a steric sea level rise (SLR) of nearly 0.5 m for RCP8.5 by 2100” compared to the 1980-1999 average”

Klingt nicht viel, wenn man es mit den 60 bis 200 Zentimeter von oben vergleicht.

Glacial meltwater flows into Tasermiut fjord in south Greenland on a late September afternoon. The region’s 4,000-foot-high (1,200-meter-high) granite cliffs draw world-class rock climbers.

Photo by Peter Essick.