Meereis

Meereis kann saisonal auftreten – also im Laufe der Jahreszeiten entstehen und wieder verschwinden – oder mehrjährig und somit dauerhafter sein. Beides findet sich vor allem in den Polargebieten. Kleinere Flächen saisonalen Eises bilden sich auch in anderen Regionen wie der Ostsee oder dem Ochotskischen Meer, das von Russland bis an die Küste Japans reicht. 

Sind die Temperaturen niedrig genug, entstehen in der ozeanischen Deckschicht Eiskristalle, die wie kleine Plättchen oder Nadeln aussehen. Diese steigen an die Meeresoberfläche auf und bilden nach und nach eine Art Suppe – das sogenannte „frazil-ice“. Bei ruhiger Wetterlage ohne Seegang entwickelt sich daraus eine durchgängige, dünne Eisschicht, die „Nilas“ genannt wird. Zu Beginn ist diese Schicht noch so dünn, dass sie schwarz aussieht, weil der darunterliegende dunkle Ozean durchscheint. Mit der Zeit wird die Schicht immer dicker und heller, die Eisoberfläche bleibt regelmäßig und eben. Bei raueren Bedingungen mit Wind und Wellen bilden sich aus dem frazil-ice dagegen nicht-zusammenhängende Eisplatten, die an Pfannkuchen erinnern („Pfannkucheneis“). Diese kollidieren, schieben sich übereinander und frieren schließlich zusammen. So entsteht ebenfalls ein dicke aber an der Oberfläche unregelmäßige Eisdecke.

Da das Meereis eine geringe Wärmeleitfähigkeit besitzt, hat es eine isolierende Wirkung auf darunterliegende Wasserschichten. Die Gefrierrate des Eises wird deshalb mit zunehmender Mächtigkeit immer kleiner. Ab einer Dicke von drei Metern laufen dann die Schmelzprozesse ebenso schnell ab wie die Bildungsprozesse. Das Eis befindet sich sozusagen im „Gleichgewicht“ und die Schicht wird nicht mehr dicker. Trotzdem kann es durch dynamische Prozesse zu deutlich mächtigeren Eisansammlungen kommen. Die wenige Meter dicken Eisdecken werden durch Wind und Ozeanströmungen ständig bewegt. In Folge dieser Bewegungen brechen sie – unterstützt durch die Gezeiten und langwelligen Seegang – auseinander, so dass sich Eisschollen und dazwischen offene Wasserrinnen bilden. Die Schollen werden dann durch Wind und Strömungen über das Meer transportiert (Drift).

Vor der grönländischen und kanadischen Küste beispielsweise kommt es durch diese Drift zu einer Art „Stau“. Weil die Driftmuster zusammenlaufen (Konvergenz), wird das Eis zusammengeschoben. Dadurch können hier Eisschichten mit einer Mächtigkeit von über sechs Metern entstehen. Ähnliches passiert – deutlich seltener – auch in der Antarktis, zum Beispiel im Weddellmeer, wo das Eis im Uhrzeigersinn driftet und gegen die Antarktische Halbinsel gedrückt wird. Ist der Druck auf die Schollen durch Wind und Wasser besonders hoch, schieben sich die Platten übereinander und bilden sogenannte Presseisrücken, die in der Arktis bis zu 50 Meter dick werden können.

Die Arktis und die Antarktis sind beides polare Gebiete, weisen aber in ihrer Lage Unterschiede auf, die wiederum die Bildung und Lebensdauer vom Meereis beeinflussen. Der Arktische Ozean ist ein Ozean, welcher rundherum von Landmassen umgeben ist und nur über vergleichsweise schmale Passagen mit dem Atlantik und Pazifik verbunden ist. Das hier entstandene Meereis kann sich somit nicht beliebig weit in alle Richtungen ausbreiten und zum Teil mehrere arktische Sommer überdauern. Genau andersherum ist es in der Antarktis, wo der Kontinent vom Südpolarmeer umgeben ist. Die Meereisflächen liegen auf niedrigeren Breitengeraden, zwischen 55 und 75 Grad Süd, während sie in der Arktis direkt über den Pol verlaufen. Durch die offene Wasserfläche und die starken, den Südkontinent umrundende Winde, kann sich das antarktische Meereis weiter ausbreiten und es erreicht während der Wintermonate eine größere Ausdehnung. Allerdings schmilzt der Großteil des Eises während der Sommermonate und man findet somit weniger mehrjähriges Eis in der Antarktis. 

Ein weiterer Grund für diesen Unterschied – viel mehrjähriges Eis in der Arktis, wenig in der Antarktis – ist der Schnee. In der Arktis fällt im Winter nur wenig Schnee und dem Eis fehlt eine isolierende Schneeschicht. Es ist direkt der tiefkalten Luft ausgesetzt und wächst deshalb zu einer immer mächtigeren Eisdecke heran. In der Antarktis schneit es deutlich mehr, sodass sich eine dicke schützende Schneeschicht bildet. Das Eis kühlt weniger aus, wird nicht so dick und schmilzt im Sommer schneller.

Das arktische Meereis erreicht seine größte Ausdehnung zum Ende des Winters, Ende Februar / Anfang März. Es bedeckt dann eine Fläche von knapp 15 Millionen Quadratkilometern, was annähernd der 1,5-fachen Fläche der USA entspricht. Während des Sommers schmilzt das Eis vor allem in den südlichen Gebieten der Arktis großflächig ab, bis es im September seine minimale Ausdehnung erreicht. Doch selbst dann misst die Fläche noch immer zwischen vier und fünf Millionen Quadratkilometern. In der Antarktis erreicht das Meereis seine maximale Ausdehnung am Ende des Südwinters, im September. Die Eisfläche ist dann rund 18 Millionen Quadratkilometer groß. Global betrachtet sind zu dieser Zeit rund zehn Prozent der Weltmeere mit Eis bedeckt. Danach schrumpft die Eisfläche wieder. Im Februar, zum Ende des antarktischen Sommers, hat das antarktische Meereis schließlich mit rund 2,5 Millionen Quadratkilometern seine geringste Ausdehnung, was ungefähr der siebenfachen Fläche Deutschlands entspricht. Das antarktische Meereis zeigt also mit etwa 15,5 Millionen Quadratkilometern eine deutlich größere saisonale Schwankung in der Ausdehnung der Eisflächen als das arktische Meereis (rund 10,5 Millionen Quadratkilometer).

Die Eisdecke der Arktis und Antarktis ist ein wichtiger Lebensraum. Ihr Gefrieren und Schmelzen bestimmt beispielsweise, ab wann und wie lange Eisbären in der Arktis auf dem Eis Robben jagen können. Zur gleichen Zeit können Floh- und Ruderfußkrebse sich an der Unterseite der Eisschollen an Eisalgen satt fressen. Die wohlgenährten Krebstiere wiederum dienen als Futter für Polardorsche, denen Robben, Seevögel und Wale nachstellen. Wenn im Sommer die Eisfläche schmilzt, verschwindet auch die Speisekammer der Untereis-Arten. Dafür dringt mehr Sonnenlicht in die obere Wasserschicht ein. Freiwasser-Algen beginnen zu wachsen, sinken ab und versorgen auf diese Weise die Lebewesen der Tiefsee mit Nahrung. Während der Eisbär in der Arktis der bekannteste Leidträger der schwindenden Eismassen ist, ist es in der Antarktis der Krill. Diese bis zu sechs Zentimeter langen garnelenähnlichen Krebstiere stellen die Hauptnahrung für alle größeren Tierarten dar. Krill ist aber vor allem im ersten Lebensjahr auf eine ausreichend große und dicke Packeisdecke angewiesen, um den mehr als neun Monate langen antarktischen Winter zu überstehen. Das Meereis bietet Schutz und ist eine wichtige Grundlage in den polaren Nahrungsketten – verschwindet das Meereis im Sommer, ist somit ein großer Teil des einzigartigen Ökosystems bedroht. 

Als Meereis bezeichnet man nur jenes Eis, das sich direkt aus gefrierendem Meerwasser bildet. Das Meer kann aber auch von sogenanntem Schelfeis bedeckt sein. Damit bezeichnet man die Ausläufer der grönländischen und antarktischen Gletscher und Eisschilde, die sich bis aufs Meer hinausschieben. Das Schelfeis liegt auf dem Meer, bleibt jedoch fest mit dem Gletscher verbunden. Diese Eismassen sind aus Schnee entstanden und bestehen damit ausschließlich aus Süßwasser. Ebenso wenig wie das Schelfeis werden Eisberge zum Meereis gezählt, die von den Gletschern und Eisschilden abbrechen und aufs Meer driften.

Meereis, das nur wenige Jahre alt wird, hat so gut wie keinen Einfluss auf den Meeresspiegel, da es sich auf dem Ozean bildet, schwimmt und in etwa so viel Wasser verdrängt, wie bei seinem Schwinden wieder frei wird. Anders sieht es bei Inlandeis aus. Schmilzt dieses teilweise über mehrere Hunderttausend Jahre an Land gebundene Eis, erhöht es die Wassermenge im Ozean und lässt den Meeresspiegel steigen.  

In den vergangenen 30 Jahren hat sich die Meereisbedeckung in der Arktis deutlich verändert. Vor allem im September ist ein signifikanter Rückgang der vom Meereis bedeckten Fläche zu beobachten. Die Erwärmung des arktischen Ozeans und der Atmosphäre führen dazu, dass das Eis im Frühjahr schneller schmilzt und sich im Herbst später bildet. Die Ausdehnung des arktischen Meereises erreichte im September 2012 ihr bisher beobachtetes Allzeit-Minimum. Damals lag der Wert bei 3,6 Millionen Quadratkilometern. Ergebnisse von Klimamodellierungen deuten darauf hin, dass die Veränderungen ein Anzeichen für die globale Klimaerwärmung sind, die sich aller Voraussicht nach noch verstärken wird. Auch die Dicke des Meereises hat signifikant abgenommen. In den 1960er-Jahren war der größte Teil des Meereises im Sommer noch circa 3,0 Meter dick. In den 1990ern waren es noch über 2,0 Meter, in den vergangenen Jahren nur noch circa 0,9 Meter.

Die Ausdehnung des Meereises in der Antarktis ist von Region zu Region sehr unterschiedlich. Während die Meereisfläche in der Amundsensee und der Bellingshausensee im Westen der Antarktis stark abnimmt, nimmt sie zum Beispiel im Rossmeer zu. In der Summe stieg die Meereisausdehnung in der Antarktis in den vergangenen Jahrzehnten leicht an. Allerdings waren in jüngster Zeit extrem geringe Eisausdehnungen in der Antarktis zu beobachten. Im Februar 2023 wurde die bisher geringste Eisausdehnung in der Antarktis gemessen. Warum das so ist, kann bislang nicht mit Sicherheit beantwortet werden. Derzeit geht man davon aus, dass eine starke natürliche Variabilität sowie Veränderungen des Windes mögliche Ursachen sind. Einen Beitrag könnte auch der verstärkte Abfluss von Schmelzwasser vom Land in die Ozeane leisten, das im Meer gefriert. In der Fachwelt werden die verschiedenen Ursachen aktuell intensiv diskutiert und es wird mit Spannung erwartet, wie sich die Entwicklung in den kommenden Jahren fortsetzt.

Durch den Rückgang des Meereises wird der Arktische Ozean zunehmend ökonomisch interessant. Über die Nordost- und Nordwestpassage, die den Pazifik und den Atlantik nördlich der Kontinente verbinden, können länger eisfrei bleibende Gebiete kürzere Distanzen zwischen den Weltmärkten ermöglichen. Zudem spielt auch der innerarktische Verkehr in Verbindung mit Ressourcenabbau in dieser Region eine immer bedeutendere Rolle. Ein Anstieg der Schifffahrt in der Arktis kann aber zu Umweltbelastungen führen, deren Folgen schwer abzuschätzen sind. Auch eine große Zahl von Meeressäugern und Zugvögeln könnten während ihrer Wanderbewegung vom zunehmenden Schiffsverkehr beeinträchtigt werden. Die meistdiskutierten Umweltrisiken sind die Einführung invasiven Arten, Risiken durch Ölverschmutzung, reguläre Austritte von Ab- und Grauwasser, zusätzliche Emissionen durch den Schiffsverkehr und Störgeräusche. 

Um zu erforschen, wie stark das Meereis in Arktis und Antarktis im Zuge des Klimawandels schrumpft, ermitteln Forschende sein Volumen. Dazu benötigen sie möglichst genaue Informationen über die Eisfläche und die Eisdicke. Während sich Ausdehnung und Dicke der Meereisfläche in der Arktis vom Satelliten aus gut vermessen lässt, ist die Dickenmessung in der Antarktis wegen der anderen Schneeauflage weitaus schwieriger. Für möglichst präzise Abschätzungen kombinieren Forschende deshalb meist mehrere Messverfahren, die sich gut ergänzen: Der EM-Bird ist zum Beispiel ein Gerät, das die Eisdicke bestimmen kann. EM ist dabei eine Abkürzung für den sperrigen Begriff "aerogeophysikalisches elektromagnetisches (EM) Induktionsverfahren im Frequenzbereich". Der Bird wird von einem Flugzeug oder Helikopter an einem Seil abgelassen und in geringer Höhe über die Eisfläche geführt. Er macht sich die Tatsache zunutze, dass Salzwasser leitfähiger als Meereis ist, und kann somit den Abstand zwischen Eisoberseite und Eisunterseite messen. Hinzu kommt ein Boden-EM, das mit einem Schlitten über das Eis gezogen wird. Zusätzlich kommt ein Untereis-Sonar zum Einsatz. Dabei handelt es sich um eine auf dem Meeresboden verankerte akustische Sende- und Empfangseinheit, die den Abstand zum Meereis misst. Wenn das Eis wächst oder schmilzt, verändert sich seine Dicke und damit auch der Abstand zum Sonar. Darüber hinaus messen Forschende bei Expeditionen auf das Meereis auch heute noch die Eisdicke mit dem klassischen Bohren von Eiskernen. Die Bohrungen sind eine wichtige Referenz, um die Genauigkeit der anderen Verfahren zu überprüfen.