Die Kryosphäre im Klimasystem

Eis und Schnee bilden zusammen die Kryosphäre. Sie beeinflussen das Klima vor allem durch die starke Reflexion von Sonnenstrahlen, besitzen aber auch einen Einfluss auf atmosphärische und ozeanische Strömungen und den Meeresspiegel.

Die Kryosphäre im Klimasystem

Eis im Klimasystem

Kryosphäre und Strahlungshaushalt

Eis- und Schneeflächen spielen eine bedeutende Rolle für den globalen Strahlungshaushalt. Von besonderer Bedeutung für die Umwandlung der einfallenden Solarstrahlung in Wärmeenergie ist das deutlich höhere Reflexionsvermögen (Albedo) von Eis und Schnee gegenüber Boden und Wasser. Während Ozean und Ackerboden bis zu 80-90% der einfallenden Sonnenstrahlen absorbieren und in Wärme umwandeln und damit eine Albedo von nur 10-20% haben, liegt die Albedo bei Eis und Schnee bei 50-90%. Bei einer sich ausdehnenden Eis- und Schneedecke erhöhen sich daher die globale Albedo und damit der Energieverlust an den Weltraum. Die dadurch bedingte Abkühlung verstärkt die Eis- und Schneebildung weiter, wodurch sich wiederum die Albedo erhöht usw. Man spricht hier von einem positiven Rückkopplungseffekt, der auch in umgekehrter Richtung ablaufen kann: Abschmelzende Eis- und Schneeflächen vermindern die Reflexion und verstärken damit die Erwärmung der Luft, des Wassers und des Bodens, wodurch der Abschmelzvorgang weiter beschleunigt wird. Derartige Rückkopplungseffekte haben offensichtlich in der Klimageschichte eine wesentliche Rolle gespielt, z.B. bei dem Wechsel von Kalt- und Warmzeiten im Pleistozän oder in der von einigen Forschern angenommenen "Schneeball-Erde"-Periode im Proterozoikum (s. Abschnitt Klimageschichte), und verstärken auch die gegenwärtige Erwärmung.

Globale Eis- und Schneebedeckung im Nord-Winter

Einfluss auf die atmosphärische Zirkulation

Die große Verbreitung von Eis und Schnee in den höheren Breiten beeinflusst direkt auch die atmosphärische Zirkulation. Aufgrund der geringen Einstrahlung an den Polkappen und der hohen Albedo bilden sich sehr kalte Hochdruck-Zellen. Die tiefen Temperaturen an den Polen und die hohen Temperaturen in den Tropen führen zu einem Ausgleichstransport von Energie im Meer und in der Atmosphäre von den niederen in die höheren Breiten. Die starken Temperaturgegensätze an den Rändern der polaren Kältehochs erzeugen Winde und Wirbel und beeinflussen die Bahnen der Tiefdruckzellen der mittleren und höheren Breiten.

Aufgrund der tiefen Temperaturen über dem Eis rund um den Nordpol (ähnlich über der Antarktis) kommt es zum Absinken von Luftmassen. Dadurch bildet sich in der Höhe über dem arktischen Meereis ein Tiefdruckgebiet. Die in das Tief einströmende Luft wird durch die Corioliskraft zu einem sich gegen den Uhrzeigersinn drehenden zirkumpolaren Wirbel, dem Polarwirbel, umgelenkt. Obwohl der Polarwirbel am Nordpol weniger stabil ist als am Südpol, verhindert er weitgehend den Luftmassenaustausch mit den niederen Breiten. So kommt es vor allem im Winter selten zum Einstrom warmer, aber ebenfalls selten zum Ausstrom kalter Luft. Damit im Zusammenhang steht auch die Ausbildung eines starken Polarjets und einer starken Nordatlantischen Oszillation. In den letzten Jahren hat sich die Meereisausdehnung im Sommer stark verringert, wodurch es im Endeffekt zu einer Schwächung des Polarwirbels kam: Warme Luft kann dann besser in das Polargebiet eindringen und kalte Luft in niedrigere Breiten ausströmen.

Kryosphäre und Ozean

Eine deutliche Erhöhung bzw. Verminderung der globalen Eis- und Schneemasse verändert den Meeresspiegel und damit auch die Grenze zwischen Land und Meer. In der letzten Kaltzeit lag der Meeresspiegel um 120 m tiefer als heute, ein totales Abschmelzen des antarktischen und grönländischen Eisschildes würde den Meeresspiegel um fast 80 m erhöhen. Heutige Schelfmeere wie z.B. die Nordsee lagen vor 20 000 Jahren trocken bzw. waren mit Eis bedeckt, heutige Tiefländer könnten künftig im Meer versinken. Das hat Einfluss auf den Energieaustausch zwischen Land und Meer, auf die Vegetationsbedeckung, die Albedo und den CO2-Kreislauf.

Ein nicht unwichtiger Zusammenhang besteht auch zwischen der thermohalinen Zirkulation des Ozeans und der Bildung von Meereis. Entstehendes Eis entzieht dem Meer Süßwasser und erhöht damit den Salzgehalt des Oberflächenwassers und dessen Dichte, wodurch das Absinken von Wassermassen z.B. im Nordatlantik, das die thermohaline Zirkulation wesentlich antreibt, verstärkt wird. Eine Verringerung der Eisbildung in dieser Region etwa durch den anthropogenen Treibhauseffekt könnte die Wasserdichte verringern und die thermohaline Zirkulation schwächen (s. Abschnitt Ozean).

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