Warum der Antarktis-Eisschild früher wuchs als das der Arktis

Unter kilometerdickem Eis liegt in der Ostantarktis eine Landschaft, die eher an ein verschüttetes Hochgebirge erinnert als an eine flache Polarwüste. Dort ragen die Gamburzew-Berge aus dem Untergrund, verborgen unter dem Antarktis-Eisschild. Diese alte Bergwelt könnte erklären, warum der Kontinent viel früher vereiste als die Arktis.

Ein internationales Team unter Leitung der University of Southampton beschreibt im Fachjournal Science, warum die Antarktis schon vor rund 34 Millionen Jahren einen gewaltigen Eisschild ausbildete. Damals war die Erde etwa fünf Grad wärmer als heute. Eigentlich klingt das nach einer Welt, in der riesige Eismassen kaum dauerhaft bestehen können.

Warum der Antarktis-Eisschild so früh wuchs

Bisher galt vor allem sinkendes Kohlendioxid in der Atmosphäre als Auslöser der antarktischen Vereisung. Doch dieser Faktor allein erklärt nicht, warum die Südhalbkugel so früh zufror. Wäre der CO₂-Rückgang der einzige Motor gewesen, hätten beide Pole ähnlicher reagieren müssen. Große Eisschilde auf der Nordhalbkugel entstanden aber erst rund 20 bis 25 Millionen Jahre später.

Die neue Arbeit ergänzt diese Klimageschichte um einen geologischen Mechanismus. Als Afrika und Antarktika im Jura auseinanderbrachen, begannen tief im Erdinneren Prozesse, die die Ostantarktis über viele Millionen Jahre anhoben. Aus tieferem Gelände wurden Hochflächen, ein steiler Geländesprung an der Küste und Gebirge im Landesinneren.

Das Erdinnere hob die Landschaft langsam an

„Die Landoberfläche der Antarktis wurde nach und nach so weit angehoben, dass Eis dauerhaft Fuß fassen konnte, obwohl die umliegenden Polarmeere und auch die globalen Temperaturen überraschend warm blieben“, erklärt Hauptautor Thomas Gernon von der University of Southampton. Gemeint ist ein langer geologischer Vorlauf. Die entscheidende Hebung begann weit vor der eigentlichen Vereisung.

Das Team arbeitete mit Computermodellen, die die Entwicklung der Landschaft über etwa 100 Millionen Jahre nachzeichneten. Dabei taucht ein Begriff immer wieder auf: Mantelwellen. Das sind langsame Bewegungen im Erdmantel, die nach dem Auseinanderbrechen von Kontinenten unter der Erdkruste entlangwandern können. In Ostantarktika drückten sie die Oberfläche allmählich nach oben.

Ab zwei Kilometern blieb Schnee liegen

Für Schnee und Eis zählt jeder Höhenmeter. Vor etwa 50 Millionen Jahren lagen große Teile der Gamburzew-Berge noch unter 1,5 Kilometern. Bis vor 34 Millionen Jahren erreichte fast die Hälfte des Gebirges mehr als zwei Kilometer Höhe. Damit überschritt die Landschaft die Schwelle, an der Schnee den Sommer überstehen und sich Jahr für Jahr ansammeln konnte.

Guy Paxman von der Durham University beschreibt die Bedeutung der Höhe so: „Die Topografie ist grundlegend wichtig für Vereisung. Die Lufttemperaturen können um bis zu ein Grad Celsius pro 100 Höhenmeter sinken.“ In einer ohnehin kühler werdenden Welt machte dieser Unterschied aus zeitweise schneebedeckten Bergen dauerhafte Eiszentren.

© United States Geological Survey Der Byrd-Gletscher fließt schnell durch das Transantarktische Gebirge – vom Polarplateau zum Ross-Schelfeis. In der Infrarotaufnahme markieren rote Flächen freiliegendes Gestein; laut Forschern half die Hebung der Berge, den Eisschild wachsen zu lassen. © United States Geological Survey

Kleine Gletscher verbanden sich zu einem Eisschild

Aus einzelnen Gebirgsgletschern wurden regionale Eiskappen. Diese wuchsen später zusammen und formten den Ostantarktischen Eisschild. Thea Hincks von der University of Southampton berichtet: „Wir haben festgestellt, dass unsere Modelle die Entwicklung des zwei Kilometer hohen Küstengeländesprungs, des erhöhten Plateaus und der Berge im Landesinneren realistisch erfassen können.“ Diese Landschaft lieferte die Startfläche für das Eis.

Mit wachsender Eisfläche begann ein weiterer Effekt. Helles Eis wirft Sonnenlicht stärker zurück als dunkler Boden oder Wasser. Philip Goodwin von der University of Southampton erklärt: „Als sich der Eisschild ausdehnte, reflektierte seine helle Oberfläche mehr Sonnenlicht zurück ins All und kühlte die Region weiter ab.“ Laut Berechnungen senkte dieser Eis-Albedo-Effekt die globale Temperatur um etwa ein Grad Celsius.

Die Arktis hatte den Höhenvorteil nicht

Dieses zusätzliche Grad reichte jedoch nicht, um auch die Nordhalbkugel großflächig vereisen zu lassen. Dort fehlten zur damaligen Zeit ausgedehnte Hochlagen wie in der Ostantarktis. Viele Landmassen im arktischen Raum lagen niedriger. Schnee schmolz deshalb leichter wieder ab, bevor daraus dauerhaftes Eis entstehen konnte.

Der Ostantarktische Eisschild ist heute die größte Eismasse der Erde. In ihm steckt genug gefrorenes Wasser, um den Meeresspiegel bei vollständigem Abschmelzen um etwa 52 Meter steigen zu lassen. Seine Entstehung hing der neuen Studie zufolge nicht allein an fallenden CO₂-Werten. Erst die angehobene Landschaft machte den Kontinent hoch und kalt genug, damit das Eis seinen Vorsprung gegenüber der Arktis bekam.

Kurz zusammengefasst:

Der Antarktis-Eisschild entstand vor rund 34 Millionen Jahren, obwohl die Erde damals deutlich wärmer war als heute.
Der Grund lag nicht allein im sinkenden CO₂-Gehalt: Gebirge und Hochplateaus in der Ostantarktis hoben sich über Millionen Jahre so stark an, dass Schnee dauerhaft liegen bleiben konnte.
Weil der Norden damals keine vergleichbar hohen Landflächen hatte, vereiste die Antarktis viel früher als die Arktis.

Übrigens: Nicht nur Gebirge und Hochplateaus prägen das Klima der Antarktis, auch die Tiefsee rund um den Kontinent wirkt wie ein gewaltiger Regler. Sedimentkerne zeigen, wie antarktisches Bodenwasser am Ende der letzten Eiszeit CO₂ aus der Tiefe freisetzte und die Erwärmung verstärkte – mehr dazu in unserem Artikel.