"Polarstern"-Crew erforscht Klimawandel 16.06.2021, 08:15 Uhr

Polarstern: Spektakuläre Entdeckung im Eis liefert erschütternde Erkenntnisse

Es war eine Jahrhundert-Expedition: Physiker Markus Rex und sein Team haben am Nordpol Dinge gesehen, die kein Mensch zuvor gesehen hat. Ihre Erforschung des Klimawandels liefert bahnbrechende Erkenntnisse.

Foto: Steffen Graupner/ MOSAiC/Alfred-Wegener-Institut

Foto: Steffen Graupner/ MOSAiC/Alfred-Wegener-Institut

Das muss das Ende der Welt sein. Und der Anfang. “Ewiges Eis” nennen wir die riesigen Regionen im Polargebiet, die schon auf Bildern faszinierend majestätisch und fast ein bisschen angsteinflößend wirken.

Markus Rex kennt die Arktis nicht nur von Bildern. Der Atmosphärenphysiker und sein Team haben die unwirkliche Welt intensiv kennengelernt. Sie haben sich auf eine Reise zum Nordpol begeben, die noch kein Mensch vor ihnen gemacht hat. Er ahnt: ewig wird dieses Eis vielleicht eben doch nicht sein.

Polarstern driftete steuerlos im Eis

Insgesamt ein ganzes Jahr waren rund 100 Wissenschaftler und Crewmitglieder unterwegs, um die Mechanismen und Auswirkungen der globalen Erwärmung zu untersuchen.

Interview mit Markus Rex
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Interview mit Markus Rex

Monatelang waren Physiker Markus Rex und sein Team auf der "Polarstern" im arktischen Eis unterwegs. Eine Jahrhundertexpedition. Im Interview erzählt er von katzenhaften Eisbären, den sichtbaren Folgen des Klimawandels und verrät, was ihn besonders auf der Reise bewegt hat.

Eine Reise ins Ungewisse: Ende September 2020 startete die Mosaic-Expedition (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) unter Anleitung des Alfred-Wegener-Instituts mit dem Eisbrecher “Polarstern” in Richtung Nordpol, um im Winter mit dem Eis zu driften und sich regelrecht einfrieren zu lassen – was in Zukunft vielleicht nicht mehr möglich wäre, aber dazu später mehr.

Die Polarstern kurz vor dem Nordpol. Foto: Alfred-Wegener-Institut / Steffen Graupner

Die Polarstern kurz vor dem Nordpol.

Foto: Alfred-Wegener-Institut / Steffen Graupner

Fast zehn Monate lang war der Eisbrecher dabei an eine riesige Eisscholle angedockt. Erstmals hatten Wissenschaftler die Möglichkeit, den gesamten Eiszyklus vom Gefrieren bis zur Schmelze zu beobachten und zu messen. Die Daten – 150 Terabyte – liefern nicht nur wichtige Erkenntnisse über das Nordpolarmeer, sondern vor allem auch über den Klimawandel.

Allein in den kommenden Jahren wird es anhand dieser Daten hunderte Fachveröffentlichungen geben, die zum Verständnis der Mechanismen hinter dem Klimawandel beitragen werden. Jetzt hat das Team erste Zwischenergebnisse präsentiert. Eine erschreckende Erkenntnis: Das arktische Eis wird immer dünner. Inzwischen sei es „kaum noch halb so dick“ wie zu Zeiten Fridtjof Nansens: Dabei ist es kaum 130 Jahre her, das der Polarforscher mit einem Segelschiff die arktischen Meere befuhr.

Ozon stellenweise nicht mehr nachweisbar

Eine weitere Entdeckung: Im April 2020 konnte das Expeditionsteam den stärksten je gemessenen Abbau der Ozonschicht in der arktischen Stratosphäre messen. Das Ozongas sei stellenweise kaum noch nachweisbar gewesen. Daraus resultiert wiederum eine erhöhte UV-Strahlung, die als Auslöser von Hautkrebs gilt und unter Umständen sogar das Erbgut in den Zellkernen schädigen kann.

Die Ergebnisse dringen auch in die Politik vor – mit direkten Auswirkungen. Bundesforschungsministerin Anja Karliczek etwa sprach von der „geschichtlichen Bedeutung dieser einmaligen Expedition.“ Die Klimaforschung werde dadurch einen neuen wichtigen Impuls erhalten.

„Die ersten vom Alfred-Wegener-Institut präsentierten Erkenntnisse der Mosaic-Expedition machen schon deutlich, wie ernst die Lage und wie groß der Handlungsbedarf ist. Auch diese Zwischenbilanz unterstreicht, wie richtig es war, dass die Bundesregierung die Klimaziele für Deutschland nach kurzer Beratungszeit noch einmal verschärft hat“, so Karliczek. Ihr Ministerium stelle für die Strategie „Forschung für Nachhaltigkeit“ bis 2024 rund vier Milliarden Euro zur Verfügung.

„Wir unterstützen das Alfred-Wegener-Institut nun weiter, den einmaligen Datenschatz der Mosaic-Expedition auszuwerten. Denn nur, wenn wir den Klimawandel verstehen, können wir ihm mit fundierten politischen Entscheidungen entgegentreten“, kündigte die Ministerin an. „Der Grüne Wasserstoff muss der Energieträger der Zukunft in der Schwerindustrie werden. In der Mobilität müssen die CO2-armen Antriebsarten weiterentwickelt werden. Auch die Digitalisierung muss möglichst energiesparend gestaltet sein.“

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Nirgends sonst ist globale Erwärmung so spürbar wie an den Polen

Rückblick: Wohin der Weg sie führen würde, war den Teilnehmern zu Beginn der Mosaic-Expedition vorher völlig unklar: Denn die „Polarstern“ war dem Drifteis und den Kräften der Natur steuerlos ausgeliefert. „Das Eis hat mit uns das gemacht, was das Eis mit uns vorhatte. Wir hätten keine Möglichkeit gehabt, das noch irgendwie zu beeinflussen“, sagt Expeditionsleiter Rex. Und während die Forschenden an Bord Wind, Eis und Kälte trotzten, überrollte plötzlich eine Pandemie die ganze Welt.

Die Eisscholle der Polarstern. Foto: Alfred-Wegener-Institut/Lisa Grosfeld

Die Eisscholle der Polarstern.

Foto: Alfred-Wegener-Institut/Lisa Grosfeld

Blauer Wasserstoff gegen den Klimawandel

Etwa einen Monat nach seiner Rückkehr haben wir mit Markus Rex gesprochen. Es habe ein paar Tage gedauert, sich wieder einzugewöhnen, erzählt er. Viele Monate hatte er fast nur Kontakt zu den Frauen und Männern aus seinem Team. Jetzt wirkten ganz alltägliche Dinge, ein kurzes Gespräch mit der Kassiererin im Supermarkt, Smalltalk mit unbekannten Menschen, irgendwie fremd.

„Plötzlich waren überall Menschen mit Masken“

Und: “Plötzlich waren überall Menschen mit Masken”, sagt er. Als Corona akut wurde, war er selbst gerade vorübergehend an Land. “Für das Team an Bord war das eine schwierige Situation. Die Menschen waren vom Internet abgeschnitten, es gab nur häppchenweise Nachrichten und die Tagesschau, die an Bord übertragen wird.” Zudem stand die gesamte Logistik für das Projekt plötzlich auf der Kippe. “Wir mussten die Versorgung der Expedition innerhalb ganz kurzer Zeit komplett neu denken.”

Weiß bis zum Horizont – und noch weit darüber hinaus. Foto: Alfred-Wegener-Institut/Steffen Graupner

Weiß bis zum Horizont – und noch weit darüber hinaus.

Foto: Alfred-Wegener-Institut/Steffen Graupner

  • Vorbereitungszeit der Expedition: 10 Jahre
  • Gesamtdauer: 389 Tage
  • Budget: 140 Millionen Euro
  • Teilnehmende: Pro Fahrtabschnitt waren rund 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie weitere Crewmitglieder an Bord
  • Internationale Expedition: Rund 70 Forschungsinstitute aus 20 Ländern waren an der Expedition beteiligt.
  • Größe der Drift-Scholle: Anfangs maß sie etwa 2,5 mal 3,5 Kilometer. Teilweise war die Scholle nur 30 Zentimeter dünn, im massiven Kern mehrere Meter dick. Nach 300 Tagen war die Scholle in der sommerlichen Arktis nur noch etwa einen mal einen Kilometer groß  und zerbrach schließlich mit einem lauten Knall.
  • Eine Strecke von 3400 Kilometern legte die „Polarstern“ im Zickzackkurs auf ihrer Drift zurück. Dabei legte der Eisbrecher bis zu 25 Kilometer am Tag zurück. Je nach Wetter manchmal aber nur knapp einen Kilometer am Tag.
  • Eisbären: Über 60 Eisbären haben die Forscher auf der Scholle beobachtet. „Das ist tatsächlich ein großartiges Gefühl“, sagt Expeditionsleiter Markus Rex. „Eisbären sind so majestätische Tiere. Man kann es ihnen ansehen, dass sie die Könige dieses Lebensraums sind. Sie wiegen mehr als eine halbe Tonne, bewegen sich aber dennoch grazil. Sie durchschwimmen die Eisrinnen ohne Mühe. Bei der Beobachtung denkt man tatsächlich an Katzen. Und es ist traurig, wenn man daran denkt, dass der Lebensraum dieser Tiere bedroht ist.“
  • Die „Polarstern“ ist ein Rekordschiff: Im Februar erreichte der Eisbrecher eine Position von 88°36‘ Nord – 156 Kilometer entfernt vom Nordpol. Nie zuvor war ein Schiff im Winter so weit nördlich.
  • Eisige Temperaturen: Der tiefste Wert wurde am 10. März gemessen. Da fiel die Temperatur auf minus 42 Grad. Wegen des starken Windes fühlte sich das aber wir minus 65 Grad an.
  • Die Forscher waren während der schwarzen Polarnacht im Eis: Rund 150 Tage lang kam die Sonne nicht mehr über den Horizont.
  • Equipment: 70 Tonnen Ausrüstung wurden auf dem Eiscamp auf der Scholle ausgebracht. Allein 5000 Meter Stromkabel wurden verlegt.
  • Die Expeditionsteilnehmer nahmen Messungen in bis zu 4,3 Kilometern Meerestiefe vor. Auch Wetterballons mit Messgeräten ließen sie steigen, die in Höhen von bis zu 36 Kilometern stiegen. Die Geräte an den Ballons maßen dort Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windrichtung und -geschwindigkeit.
  • Mehr als 1000 Eisbohrkerne gewannen die Forscher aus dem Meereis.
  • Zwei Polarflugzeuge begleiteten die Expedition mit Messkampagnen.

Das Team musste zwei Monate länger im Eis bleiben, der geplante Austausch der Mitglieder fiel aus – und das in einer Phase, in der die Forscher nicht immer genau wussten, wie es ihren Familien zuhause gerade geht.

Die Arbeit an Bord habe das Team zusammengeschweißt. Der Alltag sei “weniger merkwürdig gewesen, als Sie sich das vielleicht vorstellen”, sagt Rex. Es gab Spieleabende, mal ein gemeinsames Feierabendbier an der Eisbar oder eine Runde Schwimmen im integrierten Bad. 150 Terabyte an Daten haben die Forscher mit zurückgebracht. Mit ihnen können die Mechanismen und Auswirkungen nun deutlich besser verstanden werden. Was der Physiker schon jetzt aber mit Sicherheit sagen kann: Ewig wird das Eis in der Arktis nicht sein.

Expeditionsleiter Markus Rex: „In wenigen Jahrzehnten wird Arktis eisfrei sein“

“Die Arktis stirbt. In wenigen Jahrzehnten, vielleicht in 20 Jahren, wird die Arktis in den Sommermonaten eisfrei sein, wenn der Klimawandel weiter voranschreitet.” Und nicht nur im Sommer: “Wenn wir die Emissionen von Treibhausgasen nicht massiv in den Griff bekommen, kann es laut manchen Prognosen sein, dass sogar das Eis in den Wintermonaten nicht mehr komplett zufriert.” Der mögliche Kipppunkt, an dem irreparabel die Arktis irreparabel verändert wird und nicht mehr zufriert, stehe „unmittelbar bevor“, so Rex. Die Folge wäre eine Kettenreaktion, durch die die globale Erwärmung immer weiter befeuert wird.

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Das Antlitz unseres Planeten würde sich damit für immer verändern. Die unmittelbaren Folgen: Je mehr Eis schmilzt, desto schneller erwärmt sich die Atmosphäre. Denn die weißen Flächen projizieren Sonnenstrahlung größtenteils zurück ins All, dunkle Wasserflächen hingegen absorbieren sie. “Am Nordpol selbst haben wir völlig erodiertes, von dunklen Schmelztümpeln durchlöchertes Eis gefunden. Da wird einem auch nochmal auf einer ganz anderen als der rationalen Ebene bewusst und sichtbar, dass das Eis verschwindet, wenn der Klimawandel so weiter geht.”

150 Terabyte an Daten und Tausende Proben aus der Arktis

Jetzt werden die Unmengen an Daten ausgewertet. Über das gesamte Jahr haben die Forscher mehr als 100 Klimaparameter beobachtet und gemessen und zig Proben von Aerosolen aus der Atmosphäre, Eis und Wasserproben mitgebracht.

Ein Beispiel für die Messungen der Forscher:

  • Für das Verständnis der Klimaerwärmung ist die Energiebilanz der Eisoberfläche ganz wesentlich.
  • Die Oberfläche wird wärmer, wenn die Bilanz nicht mehr ausgeglichen ist.
  • Markus Rex erklärt es so: „Das ist wie bei der Herdplatte zuhause. Die hat erst einmal die Temperatur der Küche, aber sobald Sie die einschalten und Energie zuführen, wird sie immer wärmer.“
  • In der Polarregion spielen unter anderem Therme wie die Einstrahlung der Sonne und die Absorption der solaren Einstrahlung an der Oberfläche eine Rolle, aber auch die Wärmestrahlung der Wolken, der Aerosole und der Atmosphäre tragen zur Energiebilanz der Oberfläche bei. Dazu kommen die Wärmeleitung durch Schnee und Eis und die Einflüsse von Verwirbelungen in der Atmosphäre und die Wärmestrahlung der Oberfläche selbst.
  • Alle diese Therme haben die Forscher ganz genau gemessen, um die Energiebilanz an der Oberfläche zu charakterisieren: Ein Schlüssel für das Verständnis des Klimasystems. „Und das ist nur ein winzig kleiner Aspekt von unserem gesamten Messprogramm“, so Markus Rex.

Die größte Arktis-Expedition aller Zeiten war nur möglich dank der „Polarstern“. Kaum ein anderer Eisbrecher hätte den extremen Bedingungen standgehalten. Dabei ist das Schiff bereits über 40 Jahre alt, 2027 soll die „Polarstern“ in Rente gehen. Markus Rex wird dann vielleicht mit Wehmut an seine Pionierleistung zurückdenken. Man entwickle eine tiefe Bindung zu so einem Schiff, sagt er. “Wenn man in der Schwärze der Polarnacht im Eis unterwegs ist bei Minus 40 Grad und schwerem Sturm und weiß, dass man hier nicht lange überleben kann, aber am Horizont den Lichtpunkt der Polarstern sieht, dann überkommt einen ein warmes Gefühl.”

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Polarstern wird zum Zuhause

Immer haben sich die Forscher mit einem der Bord-Helikopter hinaus aufs Eis gewagt, um Messgeräte zu warten und Proben zu sammeln. „Wenn man mit dem Helikopter Polarstern anfliegt, welche klein inmitten der unendlich scheinenden Eisflächen liegt, die sich noch 1000 Kilometer über den Horizont hinaus erstrecken, dann ist das so, als würde man nach Hause kommen.“

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Ein Beitrag von:

  • Peter Sieben

    Peter Sieben ist Content Manager und verantwortlicher Redakteur für ingenieur.de. Nach einem Volontariat bei der Funke Mediengruppe war er mehrere Jahre als Redakteur und Politik-Reporter in verschiedenen Ressorts von Tageszeitungen und Online-Medien unterwegs. Er schreibt über Forschung, Politik und Karrierethemen.

  • Sarah Janczura

    Sarah Janczura

    Sarah Janczura ist Content Manager und verantwortliche Redakteurin für ingenieur.de. Nach einem Volontariat mit dem Schwerpunkt Social Media war sie als Online-Redakteurin in einer Digitalagentur unterwegs. Sie schreibt über Technik, Forschung und Karrierethemen.

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