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Tierische Klimaforscher

Mit Hilfe von See-Elefanten versuchen Ozeanforscher das Rätsel der Antarktis-Eisschmelze zu klären. Die mit Messgeräten ausgestatteten Tiere zeigen, wie warme Wasserströmungen das Schelfeis unterspülen.

Von Friederike Meier

Bevor die Ozeanforscher auf die Idee mit den See-Elefanten kamen, standen sie vor einem Rätsel. Die Lösung, die sie nun gefunden haben, sagt auch etwas über das zukünftige Leben auf der Erde aus. 

BildDer Biss eines See-Elefanten-Bullen ist meist tödlich, deshalb müssen die Forscher sehr behutsam vorgehen, wenn sie sich den Tieren nähern. (Foto: Joachim Plötz/AWI)

Klimaforscher wissen seit ein paar Jahren, dass das Eis der Antarktis schmilzt. Sie wissen auch warum: Warmes Wasser unterspült in tieferen Meeresschichten das Schelfeis, das wegbricht und den Eismassen an Land freie Fahrt ins Meer bietet. Vor allem in der Bellingshausen- und der Amundsensee südlich des Pazifiks ist das Eis besonders fragil, wie Satellitenaufnahmen zeigten. Würde allein die kleinere Westantarktis abschmelzen, könnten sich die Ozeane um drei Meter heben. Was genau aber da unter der Eisschicht passiert, wussten die Forscher nicht.

Es gibt wenige Regionen auf der Erde, die schwieriger zu erkunden sind. Schon die Anreise auf den antarktischen Kontinent ist nicht einfach. Dann muss das Meereis überwunden und schließlich eine gigantische Fläche Hunderte Meter unter dem Eis überwacht werden. Vor allem im Winter ist das Meer mit dickem Packeis bedeckt, das Wetter ist schlecht und es herrscht Polarnacht – unmögliche Bedingungen für Messungen.

Ein halbes Jahr mit einem Sensor auf dem Kopf

Manchmal liegt die Lösung so nah, dass man sie nicht sieht. Eine Gruppe von Biologen hatte See-Elefanten schon vor Jahren mit Sendern ausgestattet, um Daten über ihr Fressverhalten und ihre Rolle im antarktischen Ökosystem zu gewinnen. Der Biologe Horst Bornemann vom Bremerhavener Alfred-Wegener-Institut (AWI) war dabei, als ein Forscherteam im Jahr 2013 auf King George Island, der größten der Südlichen Shetland-Inseln, Sensoren auf den Köpfen von See-Elefanten anbrachte. "Das Befestigen der Sensoren ist immer sehr aufregend und auch gefährlich", erzählt Bornemann. "Den Biss von so einem vier Tonnen schweren Tier überlebt man nicht."

Damit den Forschern dabei nichts passiert, werden die Robben vorher betäubt. Doch damit ist es nicht getan. "Die See-Elefanten-Kühe bilden Harems um die Bullen", sagt Bornemann. "Wenn ihr Bulle betäubt wurde, könnte ein anderer Bulle kommen und die ganze Herde durcheinanderbringen." Deshalb warten die Forscher, bis ein Bulle ganz am Rand einer Gruppe ist, oder sie versuchen mögliche Herausforderer abzulenken.

"See-Elefanten sehen sehr wenig, sie können nur Silhouetten erkennen", sagt der Biologe. "Weil ein Mensch ungefähr so groß ist wie ein zum Kampf aufgerichteter Bulle, glauben sie angegriffen zu werden und sind für eine Weile abgelenkt." Sind die Tiere dann endlich betäubt und mögliche Widersacher ferngehalten, werden die Messgeräte mit einem Kleber aus Kunstharz im Haarkleid der Robben befestigt. Das Messgerät kann maximal für die Zeit bis zum nächsten Haarwechsel auf der Robbe bleiben – nach etwa einem halben Jahr fällt es ab. "Die Tiere merken beim Schwimmen gar nicht, dass sie etwas auf dem Kopf haben, denn der Strömungswiderstand ist gering", erklärt Bornemann. "Das Messgerät ist im Vergleich zur Robbe winzig klein."

See-Elefanten: Optimale Verbündete der Ozeanforscher

See-Elefanten können über zwei Stunden im Wasser verbringen und bis in eine Tiefe von eineinhalb Kilometern tauchen. Auch im Winter verbringen sie die meiste Zeit im Wasser. Die Biologen erwarteten, dass die See-Elefanten ins östlich von King George Island gelegene Weddellmeer schwimmen würden. Doch die Tiere schwammen in die Bellingshausensee – ein Glück für die Glaziologen und Ozeanforscher.

Ein kleines Messgerät auf dem Kopf der Tiere misst die Temperatur und den Salzgehalt des Meerwassers. "Das Tolle an den See-Elefanten ist, dass sie sogar unter dem Eis Daten sammeln können", sagt Xiyue Zhang vom California Institute of Technology in Pasadena. Zhang ist Leitautorin einer aktuellen Studie im Fachblatt Geophysical Research Letters, die die von See-Elefanten und Krabbenfresser-Robben zwischen 2007 und 2014 gesammelten Daten auswertete. "Sie können bis zu 2.000 Meter tief tauchen und verbringen auf der Suche nach Nahrung 90 Prozent ihrer Lebenszeit unter Wasser." Wenn die Tiere zum Atmen kurz auftauchen, sendet der auf ihrem Kopf befestigte Sensor seine Daten an einen Satelliten.

"Wir wissen zwar nur, wo die See-Elefanten atmen, und nicht, wo sie unter Wasser überall waren", erklärt die Forscherin. Doch auch für dieses Problem gibt es eine Lösung: Weil bekannt ist, dass die Tiere zum Luftholen ziemlich vertikal nach oben schwimmen, werden Temperatur und Salzgehalt des Wassers nur beim Auftauchen gemessen. So können die Forscher relativ sicher sein, dass die Daten auch zu dem Punkt passen, an dem die Tiere Luft geholt haben.

Warmwasserströmungen entdeckt

Mit über 20.000 solcher Datenpunkte haben die Forscher um Zhang nun einen weiteren Beweis dafür geliefert, dass sich das Eis der Antarktis durch die warmen Meeresströmungen aufwärmt. In der Bellingshausensee in der Westantarktis wiesen sie warme Wasserströmungen auf dem Kontinentalschelf am Boden des Ozeans nach. "Die umliegenden Gebiete wie die Antarktische Halbinsel und die Amundsensee sind schon ziemlich gut erforscht", erklärt Zhang. Doch obwohl es Hinweise darauf gebe, dass auch in der Bellingshausensee das Schelfeis rapide zurückgeht, hätten bisher die Daten gefehlt.

Auch konnten die Forscher nachweisen, dass tiefes Meerwasser in der Bellingshausensee Temperaturen von drei Grad über dem Gefrierpunkt hat und so das Schelfeis von unten auflösen kann. "Diese Meeresströmung auf dem Kontinentalschelf der Bellingshausensee ist Wasserströmungen ähnlich, die schon anderswo entdeckt wurden", sagt Zhang.

BildUm die Messgeräte auf den Kopf der See-Elefanten zu kleben, müssen die Kolosse zunächst betäubt werden. Auch dann können Artgenossen den Forschern noch gefährlich werden. (Foto: Joachim Plötz/AWI)

Ein weiteres wichtiges Ergebnis: Auch durch den Belgica-Graben, eine extrem tiefe Rinne im Ozeanboden, dringt warmes Wasser bis an die Küste der Antarktis vor. Es tritt auf der östlichen Seite des etwa 150 Meter breiten Grabens ein und fließt im Uhrzeigersinn durch den Graben bis an die antarktische Küste und wieder zurück. "Es ist das erste Mal, dass diese Zirkulation gemessen wurde", sagt Zhang. "Wir haben zwar keine Messpunkte direkt unter dem Schelfeis aber wir haben indirekte Hinweise, dass diese Strömung Wärme mit sich führt, die dann das Schelfeis zum Schmelzen bringt."

Dass Schelfeis schmilzt, ist zwar normal. Aber: "Es gibt ein empfindliches Gleichgewicht zwischen Schmelzen und der Bildung von neuem Eis", erklärt die Forscherin. "Das Schmelzen wird durch die globale Erwärmung beschleunigt. Trotzdem ist unsere Studie kein eindeutiger Beweis dafür, sondern nur ein weiteres Puzzleteil."

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