Es ist allgemein bekannt, dass in den kommenden Jahren zunehmende Mengen an Kohlendioxid in der Luft das Klima verändern werden, was dazu führt, dass die Eiskappen schneller schmelzen und der Meeresspiegel weltweit steigt. Eine neue wissenschaftliche Entdeckung deutet jedoch auf eine beunruhigende, völlig getrennte direkte Wirkung von Kohlenstoff auf Eis hin - eine, die überhaupt nichts mit Erwärmung zu tun hat.
Wie eine gestern im Journal of Physics D veröffentlichte Studie belegt, haben Forscher des MIT herausgefunden, dass allein das Vorhandensein erhöhter Kohlendioxidkonzentrationen Eis unabhängig von der Temperatur erheblich schwächt und die Materialfestigkeit und Bruchzähigkeit verringert. Wenn genügend Kohlendioxid in der Luft ist, können sich die Gletscher mit größerer Wahrscheinlichkeit aufspalten und brechen. Hinzu kommt, dass sich die globalen Temperaturen - insbesondere um die Pole - weiter erwärmen und die Kombination dieser beiden Faktoren dazu führen kann, dass die Eiskappen noch schneller schmelzen als von Experten vorhergesagt.
"Wenn Eiskappen und Gletscher weiterhin reißen und in Stücke brechen, würde ihre Oberfläche, die der Luft ausgesetzt ist, erheblich vergrößert, was zu einem beschleunigten Schmelzen und einer stark verringerten Deckungsfläche auf der Erde führen könnte", sagte der Hauptautor der Studie Markus Bühler. "Die Konsequenzen dieser Veränderungen müssen von den Experten noch untersucht werden, aber sie könnten zu Veränderungen des globalen Klimas beitragen."
Bühler und sein Co-Autor Zhao Qin verwendeten Computersimulationen auf atomarer Ebene, um die Dynamik der Eisstärke in Gegenwart verschiedener Kohlendioxidkonzentrationen zu bewerten. Sie fanden heraus, dass das Gas die Stärke des Eises verringert, indem es die Wasserstoffbrückenbindungen stört, die die Wassermoleküle in einem Eiskristall zusammenhalten. Insbesondere auf atomarer Ebene konkurriert das Kohlendioxid mit den gebundenen Wassermolekülen und verdrängt sie in ausreichend hohen Konzentrationen aus den Bindungen und tritt an ihre Stelle.
Die Kohlendioxidmoleküle infiltrieren ein Stück Eis an einer Außenkante und spalten es dann langsam auf, indem sie nach innen wandern, während sich ein Riss bildet. Dabei ziehen sie auch Wassermoleküle nach außen zum Rand, indem sie Bindungen mit den Wasserstoffatomen der Wassermoleküle eingehen, gebrochene Bindungen in der Kristallstruktur hinterlassen und die Festigkeit des Eises insgesamt verringern. Die Simulationen zeigten, dass mit Kohlendioxid infiltriertes Eis bis zu einem Anteil von zwei Prozent seines Volumens rund 38 Prozent weniger stark ist.
„In gewisser Weise ähnelt der durch Kohlendioxid verursachte Bruch von Eis dem Zerfall von Materialien aufgrund von Korrosion, z. B. die Struktur eines Autos, Gebäudes oder Kraftwerks, in dem chemische Substanzen an den Materialien 'nagen', die sich langsam zersetzen. ”, Sagte Bühler gegenüber Environmental Research Web . Da Gletscher normalerweise mit der Bildung kleiner Risse auseinander brechen, könnten dies nach Ansicht der Forscher zu weiteren großen Brüchen führen, wie sie kürzlich in der Antarktis aufgetreten sind und ein Fragment ergeben haben, das größer ist als New York City.
Da der Befund der erste Beweis für dieses Phänomen ist, ist es noch zu früh, um sagen zu können, um wie viel es die Eisschmelze beschleunigen wird, die über früheren Vorhersagen liegt. Es gibt jedoch mehrere Mechanismen, mit denen Experten ihre Schätzungen für den Anstieg der Eisschmelze und des Meeresspiegels angesichts eines anhaltenden Anstiegs der Treibhausgasemissionen nach oben korrigieren könnten.
Zusätzlich zu der offensichtlichen Tatsache, dass wärmere Luft und schwächeres Eis eine schnellere Schmelzrate bedeuten, spielt die Tatsache, dass die Eiskappen eine entscheidende Rolle bei der Reflektion des Sonnenlichts zurück in den Weltraum spielen. Derzeit bedecken sie etwa sieben Prozent der Erdoberfläche, reflektieren aber 80 Prozent der Sonnenstrahlen. Dies liegt daran, dass die helle weiße Farbe des Eises dazu beiträgt, das Licht effizienter zu reflektieren als bei fast jeder anderen Art von Bodenbedeckung.
Wenn durch erhöhte Kohlendioxidkonzentrationen und wärmere Temperaturen das Eis unerwartet schnell schmilzt, wird dieses hellweiße Eis durch dunkles Meerwasser ersetzt. Immer mehr Sonnenlicht würde in die Atmosphäre eindringen und dort verbleiben und dadurch immer mehr Erwärmung verursachen. Diese positive Rückkopplungsschleife könnte einer der gefürchteten „Wendepunkte“ sein, von denen Klimatologen befürchten, dass sie unser Klima auf einen unkontrollierten Weg in Richtung Unglück führen könnten.
Da sich das Papier nur mit Eis auf mikroskopischer Ebene befasst, würde der nächste Schritt darin bestehen, die Wirkung erhöhter Kohlendioxidkonzentrationen auf Eis in einer Laborumgebung zu testen, um zu überprüfen, ob die Auswirkungen des simulierten Modells zutreffen. Wenn sich an den CO2-Emissionen nichts ändert, haben wir natürlich möglicherweise die Chance zu sehen, ob diese Auswirkungen in einem viel größeren Ausmaß auftreten - in den Gletschern und Polkappen der Welt.
