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Klimawandel verschiebt die Erdachse

Schmelzende Eismassen beschleunigen und verändern die Wanderung des geografischen Pols

Erdrotation
Die Rotationsachse und damit auch der geografische Pol der Erde wird auch von der globalen Eis- und Wasserverteilung beeinflusst. © AlexSava/ Getty images

Wir Menschen beeinflussen sogar die Rotationsachse unseres Planeten – zumindest indirekt. Denn die zunehmende Eisschmelze in den Polarregionen sowie regionale Grundwasser-Entnahmen verschieben das Massengleichgewicht der Erde, wie nun eine Studie nahelegt. Diese Unwucht beschleunigt vor allem seit den 1990er Jahren die Wanderung der geografischen Pole, wie Forscher im Fachmagazin „Geophysical Research Letters“ berichten.

Die geografischen Pole markieren die Lage der irdischen Rotationsachse und zeigen auch ihre Veränderungen an. Tatsächlich bewegt sich die Erdachse ständig leicht hin und her und vollführt sowohl im Jahresverlauf wie in längeren Zeiträumen leichte Pendelbewegungen. Die Ursache dafür sind zum einen Massenverlagerungen im Erdinneren, beispielsweise durch die Konvektionsströme im Erdmantel oder das langsame Zurückfedern der Erdkruste nach der letzten Eiszeit.

Zum anderen tragen Prozesse an der Erdoberfläche zur Verschiebung der Erdachse bei. Der größte Faktor ist dabei die Verteilung der irdischen Wassermassen. Das Gewicht und die Lage von Eisschilden, Gletschern, Ozeanen und unterirdischen Grundwasservorkommen beeinflusst die Massenverteilung und damit auch die „Unwucht“ unseres Planeten. An diesem Punkt kommen der Mensch und seine Eingriffe ins Erdsystem ins Spiel.

Richtungswechsel des Pols Mitte der 1990er Jahre

Welchen Einfluss der Mensch auf das Massengleichgewicht der Erde und damit die Erdachse hat, haben nun Shanshan Deng von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und ihre Kollegen neu untersucht und quantifiziert. Dafür nutzten sie zunächst Daten des Earth Rotation and Reference Systems Service (IERS), um Tempo und Ausmaß der Polwanderung seit den 1970er Jahren zu bestimmen. Über ergänzende Daten ermittelten sie dann den Einfluss der bekannten geologischen Faktoren.

Es zeigte sich: Seit Mitte der 1990er Jahre hat sich die Polwanderung deutlich verändert. Ihre Richtung wechselte von eher südlich auf östlich, gleichzeitig nahm das Tempo der Poldrift um das 17-Fache zu. „Überraschenderweise wird dieser Wechsel aber weder vom isostatischen Ausgleich der Eiszeit noch von der Mantelkonvektion verursacht“, berichten Deng und ihr Team. Auch die Einflüsse von Ozeanen und Atmosphäre erklären die beobachteten Veränderungen nicht vollständig.

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Massenverteilung
Rote Farben kennzeichnen Gebiete, die 2004 bis 2020 besonders starken Einfluss auf die Polwanderung hatten. Die Grafiken zeigen den Eisverlust (schwarz), die in die Vergangenheit extrapolierte heutige Poldrift (orange) und die tatsächliche Polwanderung vor Mitte der 1990er. © AGU/ Deng et al./ Geophysical Research Letters

Eisschmelze treibt Polwanderung

Das legt nahe, dass die Wasserverteilung der Erde eine Rolle spielt. Ob das der Fall ist und worin genau der Einfluss besteht, haben die Forschenden anhand von Daten der Satellitenmissionen GRACE und GRACE-FO ermittelt. Deren Satelliten vermessen seit 2002 das Schwerefeld der Erde und geben so auch Auskunft darüber, wie sich beispielsweise Eismassen, Grundwasservorräte oder andere hydrologische Faktoren verändert haben.

Das Ergebnis: „Die terrestrische Wasserverteilung hatte zwar schon vor den 1990ern einen leichten Einfluss auf die Polwanderung, aber seither treibt sie die Poldrift mit einer mittleren Rate von 3,26 Millimetern pro Jahr Richtung Osten“, berichten Deng und ihre Kollegen. Als größten Einflussfaktor identifizieren sie dabei den Verlust großer Eismassen durch die globale Erwärmung. Weil dadurch vor allem in der Arktis Eis verloren geht, hat sich die Wasserverteilung der Erde und damit auch die Massenbalance verschoben.

„Die beschleunigte Eisschmelze durch die globale Erwärmung ist der wahrscheinlichste Grund für den Richtungswechsel der Polwanderung in den 1990er Jahren“, sagt Deng. „Alaska, Grönland und die südlichen Anden sind die drei am stärksten vom Gletscherschwund betroffenen Gebiete und das zeigt sich auch in der hydrologischen Massenverteilung“, so die Forschenden. Dies bestätigt auch eine frühere Studie, nach der die grönländische Eisschmelze die Poldrift beeinflusst.

Grundwasser-Entnahme als Zusatzfaktor

Allerdings kann der Eisverlust allein nicht das gesamte Ausmaß der Veränderungen erklären. Es kommt ein weiterer, direkterer Eingriff des Menschen in den Wasserhaushalt hinzu, wie das Team ermittelte: die übermäßige Entnahme von Grundwasser. Sie führt dazu, dass sich viele unterirdische Wasserreservoire allmählich leeren, weil mehr entnommen wird als nachfließen kann.

„Die Daten zeigen, dass die Gebiete mit Grundwasser-Verarmung wie beispielsweise Nordindien und der Nahe Osten, die Poldrift ebenfalls signifikant antreiben“, berichten Deng und ihr Team. Auch die massive Wasserentnahmen rund um Peking oder das Abpumpen von Grundwasser für die Bewässerung in Kalifornien wirken sich auf die Verteilung des Wassermassen aus. „Das unterstreicht, dass selbst lokales Wassermanagement sich auf diese Weise bemerkbar machen kann“, kommentiert Vincent Humphrey von der Universität Zürich.

Menschlichen Einfluss entlarvt

Zwar sind die aktuell beobachteten Veränderungen der Polwanderung und Erdachse nicht stark genug, um sich auf unseren Alltag auszuwirken. Dennoch demonstrieren sie, dass auch der Mensch durch sein Tun fundamentale Eigenschaften unseres Planeten beeinflussen kann. Denn das subtile Pendeln der Erdachse geht nicht mehr nur auf rein natürliche Prozesse zurück, sondern ist auch durch anthropogene Faktoren geprägt.

„Die Studie rückt einen interessanten Fakt ins Licht, denn sie verrät uns, wie groß die von uns verursachte Massenveränderung ist: groß genug, um die Achse der Erde zu verschieben“, betont der nicht an der Studie beteiligte Humphrey. (Geophysical Research Letters, 2021; doi: 10.1029/2020GL092114)

Quelle: American Geophysical Union

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