In einer riesigen Höhle unter einem westantarktischen Gletscher wimmelt es nur so von Leben

Im Jahr 2016 durchgeführte Untersuchungen am unteren Kamb-Eisstrom in der Westantarktis brachten eine tief unter der Oberfläche verborgene Höhle zutage. Ende 2021 gingen Forscher genauer darauf ein.

H. HORGAN

Von Douglas Fox

21. April 2023 um 7:00 Uhr

Die Küstenebene des Kamb-Eisstroms, eines westantarktischen Gletschers, wirkt kaum wie eine Küste. Wenn Sie an diesem Ort stehen, 800 Kilometer vom Südpol entfernt, sehen Sie nichts als flaches Eis, das sich in alle Richtungen erstreckt. Das Eis ist etwa 700 Meter dick und erstreckt sich über Hunderte von Kilometern vor der Küste und schwimmt auf dem Wasser. An klaren Sommertagen reflektiert das Eis das Sonnenlicht so stark, dass es einen Sonnenbrand in den Nasenlöchern verursacht. Es mag kaum zu glauben sein, aber unter diesem Eis verbirgt sich ein schlammiges Gezeitensumpfgebiet, in dem sich ein plätschernder Fluss seinen Weg ins Meer bahnt.

Bis vor Kurzem hatte kein Mensch jemals einen flüchtigen Blick auf diese geheime Landschaft geworfen. Wissenschaftler hatten lediglich aus den schwachen Reflexionen von Radar- und seismischen Wellen auf seine Existenz geschlossen. Doch in den letzten Tagen des Jahres 2021 schmolz ein Team neuseeländischer Wissenschaftler ein schmales Loch durch das Gletschereis und senkte es in eine Kamera. Sie hatten gehofft, dass sich ihr Loch mit dem Fluss kreuzen würde, von dem sie glaubten, dass er einen Kanal bis ins Eis geschmolzen hatte – eine riesige wassergefüllte Höhle, fast hoch genug, um das Empire State Building zu beherbergen, und halb so lang wie Manhattan. Am 29. Dezember bekam Craig Stevens endlich seinen ersten Blick hinein. Es ist ein Moment, der ihm immer in Erinnerung bleiben wird.

Stevens ist physikalischer Ozeanograph am neuseeländischen National Institute of Water and Atmospheric Research in Wellington. Er verbrachte an diesem Tag 90 ängstliche Minuten in der Antarktis, wobei sein Kopf wie ein Strauß unter einer dicken Daunenjacke vergraben war, um das Sonnenlicht abzuschirmen, das sonst seinen Computermonitor verdecken würde. Dort sah er sich das Live-Video der Kamera an, als sie in das Loch hinabstieg. Eisige kreisförmige Wände rollten vorbei und erinnerten an ein kosmisches Wurmloch. Plötzlich weiteten sich die Wände in einer Tiefe von 502 Metern.

Stevens rief einem Kollegen zu, er solle die Winde anhalten, die die Kamera senkte. Er starrte auf den Bildschirm, während sich die Kamera müßig an ihrem Kabel drehte. Seine Flutlichter fielen über eine Decke aus Gletschereis – ein verblüffender Anblick –, der sich zu zarten Wellen und Wellen formte. Es ähnelte den verträumten Wellen, deren Bildung in einer Kalksteinhöhle Jahrtausende dauern könnte.

„Das Innere einer Kathedrale“, sagt Stevens. Eine Kathedrale nicht nur in ihrer Schönheit, sondern auch in ihrer Größe. Als die Winde wieder anlief, fuhr die Kamera eine weitere halbe Stunde lang durch 242 Meter sonnenloses Wasser nach unten. Von Strömungen aufgewirbelte Stücke spiegelnden Schlicks strömten wie Schneeflocken durch die schwarze Leere zurück nach unten.

Stevens und seine Kollegen verbrachten die nächsten zwei Wochen damit, Instrumente ins Leere zu senken. Ihre Beobachtungen ergaben, dass dieser Küstenfluss eine riesige, steilwandige Höhle geschmolzen hat, die bis zu 350 Meter hoch in das darüber liegende Eis eingeschnitten ist. Die Höhle erstreckt sich über mindestens 10 Kilometer und scheint sich mit jedem Jahr landeinwärts, weiter flussaufwärts, in die Eisdecke zu bohren.

Dieser Hohlraum bietet Forschern einen Einblick in das Netzwerk subglazialer Flüsse und Seen, das sich in diesem Teil der Westantarktis Hunderte Kilometer landeinwärts erstreckt. Es ist eine jenseitige Umgebung, die von Menschen kaum erforscht wurde und voller Zeugnisse der warmen, fernen Vergangenheit der Antarktis ist, als dort noch ein paar verkümmerte Bäume lebten.

Eine der größten Überraschungen kam, als die Kamera an diesem Tag den Boden erreichte. Stevens starrte ungläubig darauf, wie Dutzende orangefarbener Unschärfen auf seinem Monitor schwammen und hin und her schossen – ein Beweis dafür, dass es an diesem Ort, etwa 500 Kilometer vom offenen, sonnenbeschienenen Ozean entfernt, dennoch wimmelt von Meerestieren.

Sie zu sehen war „einfach ein Schock“, sagt Huw Horgan, ein Glaziologe, der früher an der Victoria University of Wellington arbeitete und die Bohrexpedition leitete.

Horgan, der kürzlich an die ETH Zürich gewechselt ist, möchte wissen, wie viel Wasser durch die Höhle fließt und wie sich ihr Wachstum im Laufe der Zeit auf den Kamb-Eisstrom auswirken wird. Es ist unwahrscheinlich, dass Kamb so schnell auseinanderfällt; Dieser Teil der Westantarktis ist nicht unmittelbar vom Klimawandel bedroht. Aber die Höhle könnte dennoch Hinweise darauf geben, wie sich subglaziales Wasser auf anfälligere Gletscher auswirken könnte.

Wissenschaftler vermuten seit langem, dass sich unter einem Großteil der Eisdecke, die die Antarktis bedeckt, eine Schicht aus flüssigem Wasser befindet. Dieses Wasser bildet sich, wenn der Boden des Eises aufgrund der aus dem Erdinneren eindringenden Wärme langsam schmilzt, mehrere Cent dick pro Jahr. Im Jahr 2007 berichtete Helen Amanda Fricker, eine Glaziologin am Scripps Institution of Oceanography in La Jolla, Kalifornien, über Beweise dafür, dass sich dieses Wasser in großen Seen unter dem Eis sammelt und schnell von einem See zum anderen überfluten kann (SN: 17.06./ 06, S. 382).

Fricker untersuchte Daten des Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESat) der NASA, der die Höhe der Eisoberfläche misst, indem er einen Laser davon reflektiert. An mehreren Stellen in der Westantarktis schien die Oberfläche auf und ab zu schwanken und sich über ein paar Jahre hinweg um bis zu neun Meter zu erheben und zu senken. Sie interpretierte diese aktiven Stellen als subglaziale Seen. Als sie ihr Wasser füllten und dann ausschütteten, hob und senkte sich das darüber liegende Eis. Frickers Team und mehrere andere fanden schließlich über 350 dieser Seen verstreut in der Antarktis, darunter ein paar Dutzend unter Kamb und seinem benachbarten Gletscher, dem Whillans Ice Stream.

In der gesamten Antarktis wurden Hunderte von subglazialen Seen gefunden. Von einigen wurden Proben entnommen (gezeigt ist Lake Whillans). Rote Kreise zeigen stabile Seen, die mit dem Eisdurchdringungsradar entdeckt wurden. Blaue Dreiecke zeigen Seen, bei denen beobachtet wurde, dass sie mindestens einmal entwässert wurden.

Die Seen stießen auf großes Interesse, weil man von ihnen erwartete, dass sie Leben beherbergen und Erkenntnisse darüber liefern könnten, welche Arten von Organismen auf anderen Welten überleben könnten – zum Beispiel tief in den eisbedeckten Monden von Jupiter und Saturn. Die Sedimentschichten in den Seen der Antarktis könnten auch Einblicke in das alte Klima, die Ökosysteme und die Eisbedeckung des Kontinents bieten. Von Russland, dem Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten finanzierte Teams versuchten, in subglaziale Seen zu bohren. Im Jahr 2013 gelang es dem von den USA geführten Team, 800 Meter Eis durchzuschmelzen und ein Reservoir namens Subglacial Lake Whillans zu erschließen. Es wimmelte von Mikroben, 130.000 Zellen pro Milliliter Seewasser (SN: 20.09.14, S. 10).

Horgan half bei der Kartierung des Lake Whillans, bevor mit den Bohrungen begonnen wurde. Doch als der See durchbrochen wurde, interessierten ihn und andere eine andere Facette der subglazialen Landschaft – die Flüsse, von denen man annahm, dass sie Wasser von einem See zum anderen und schließlich zum Meer transportieren.

Um diese versteckten Flüsse zu finden, bedarf es komplizierter Rätselraten. Ihre Fließwege werden nicht nur von der subglazialen Topographie beeinflusst, sondern auch von Unterschieden in der Dicke des darüber liegenden Eises. Wasser bewegt sich von Orten, an denen das Eis dick ist (und der Druck hoch ist), zu Orten, an denen es dünner ist (und der Druck niedriger ist) – was bedeutet, dass Flüsse manchmal bergauf verlaufen können.

Bis 2015 hatten Wissenschaftler die wahrscheinlichen Wege mehrerer Dutzend subglazialer Flüsse kartiert. Aber es schien immer noch weit hergeholt, sie genauer zu untersuchen. Die Flüsse sind enge Ziele und ihre genaue Lage ist oft ungewiss. Aber ungefähr zu dieser Zeit hatte Horgan Glück.

Als er ein Satellitenfoto des Kamb-Eisstroms untersuchte, bemerkte er eine Falte im pixeligen Bildteppich. Die Falte ähnelte einer langen, flachen Mulde in der Eisoberfläche, als wäre das Eis durch das Schmelzen darunter durchgefallen. Die Mulde befand sich mehrere Kilometer vom hypothetischen Verlauf eines subglazialen Flusses entfernt. Horgan glaubte, dass es die Stelle markierte, an der dieser Fluss über die Küstenebene floss und in das eisbedeckte Meer mündete.

Als Horgan und seine Begleiter im Jahr 2016 das Gebiet für ein unabhängiges Forschungsprojekt besuchten, machten sie einen kurzen Abstecher zum Oberflächentrog, um Radarmessungen durchzuführen. Tatsächlich fanden sie unter dem Eis einen Hohlraum, der mit flüssigem Wasser gefüllt war. Horgan begann Pläne zu schmieden, um es genauer zu untersuchen. Er würde in den nächsten Jahren zweimal zurückkehren, einmal, um den Fluss im Detail zu kartieren, und ein zweites Mal, um darin zu bohren. Was er vorfand, übertraf seine Erwartungen bei weitem.

Horgan und der Doktorand Arran Whiteford von der Victoria University of Wellington besuchten im Dezember 2019 den unteren Kamb Ice Stream, um den Fluss zu kartieren.

Nach Wochen auf dem antarktischen Eisschild hatten sie sich an die eintönige, flache Landschaft gewöhnt und ihre Wahrnehmung selbst für winzige Höhen und Tiefen sensibilisiert. In diesem Zusammenhang sah das Oberflächental „wie dieser riesige Abgrund aus“, sagt Whiteford, „wie ein Amphitheater“ – obwohl es nicht dramatischer geneigt war als ein wogendes Maisfeld in Iowa.

Es war eine Woche wissenschaftlicher Plackerei, bei der ich das Eisdurchdringungsradar hinter einem Schneemobil entlang einer Reihe gerader, paralleler Linien schleppte, die kreuz und quer durch die Mulde liefen, um die Form des Flusskanals unter dem Eis zu kartieren.

Horgan und Whiteford arbeiteten bis zu 12 Stunden am Tag und tauschten gelegentlich Positionen. Eine Person fuhr das Schneemobil und drückte mit dem Daumen auf den Gashebel, um eine konstante Geschwindigkeit von 8 Kilometern pro Stunde aufrechtzuerhalten. Zwei Schlitten zischten hinterher. Einer hielt einen Sender in der Hand, der Radarwellen in den darunter liegenden Gletscher abfeuerte; Der andere hielt eine Antenne, die das vom Boden des Eises reflektierte Signal empfing. Die zweite Person fuhr mit der Antenne auf dem Schlitten, den Blick auf einen wackelnden Laptop-Bildschirm gerichtet, um sicherzustellen, dass das Radar funktionierte.

Jeden Abend drängten sie sich in ihrem Zelt zusammen und überprüften ihre Radarspuren. Der Flusskanal wirkte weitaus dramatischer, als die sanfte Senke auf dem Eis vermuten ließ. Unter ihren Stiefeln befand sich eine riesige wassergefüllte Höhle mit steilen Seiten wie ein Eisenbahntunnel, 200 Meter bis zu einem Kilometer breit und bis zu 50 Prozent des Weges durch den Gletscher. Je genauer sie hinsahen, desto mehr ähnelte es einem Fluss. „Es schlängelt sich irgendwie flussabwärts“, sagt Whiteford.

Alles in allem machte Whiteford zwei einwöchige Besuche am Trog und fuhr mit dem Motorschlitten von einem anderen, 50 Kilometer entfernten Lager herüber. Das erste Mal wurde er von Horgan begleitet und das zweite Mal von einem anderen Doktoranden, Martin Forbes.

Nach seiner Rückkehr nach Neuseeland im Januar 2020 untersuchte Whiteford eine Reihe alter Satellitenbilder. Sie zeigten, dass die Bildung des Oberflächentals – und damit der Höhle – bereits vor mindestens 35 Jahren begonnen hatte, beginnend mit einem Fleck an der Mündung des Flusses, wo er in den Ozean mündete. Dieser Fleck hatte sich allmählich verlängert und reichte immer weiter landeinwärts oder flussaufwärts. Whiteford und Horgan berichteten über die Beobachtungen Ende 2022 im Journal of Geophysical Research: Earth Surface – zusammen mit ihrer Theorie über die Entstehung der Höhle.

In anderen Teilen der Antarktis, wo der Eisschild über die Küste hinausragt, haben Wissenschaftler herausgefunden, dass die Unterseite des Eises oft durch eine schwimmende Schicht aus kälterem, frischerem Schmelzwasser von der Meereshitze isoliert ist. Diese Schutzschicht ist manchmal nur ein paar Meter dick. Horgan und Whiteford vermuten jedoch, dass die Turbulenzen des in den Ozean fließenden subglazialen Flusses diese Schutzschicht aufwirbeln und dazu führen, dass Meerwasser – das einige Zehntel Grad wärmer ist als das subglaziale Wasser – aufgewirbelt wird und mit dem Eis in Kontakt kommt. Dadurch entsteht direkt an der Flussmündung ein Bereich konzentrierter Schmelze, wodurch ein kleiner Hohlraum entsteht, in den warmes Meerwasser weiter eindringen kann.

Auf diese Weise, sagt Horgan, liegt der Schwerpunkt des Schmelzens darin, „im Laufe der Zeit zurückzutreten“. Und die Höhle gräbt sich nach und nach immer weiter flussaufwärts ins Eis.

Whiteford verwendete eine andere Reihe von Satellitenmessungen – die die Geschwindigkeit maßen, mit der die Eisoberfläche im Laufe der Zeit sank – um zu bestimmen, wie schnell das Eis in der Höhle darunter schmolz. Auf dieser Grundlage schätzte er, dass das Eis (derzeit 350 bis 500 Meter dick über dem Kanal) am stromaufwärtigen Ende der Höhle um 35 Meter pro Jahr schmolz und dünner wurde. Das ist eine astronomische Rate. Es ist das 135-fache dessen, was 50 Kilometer südwestlich der Höhle gemessen wurde, wo das Eis auf dem Ozean schwimmt. Die Wassertemperatur dürfte an beiden Standorten ähnlich sein. Doch die durch den Fluss verursachten Turbulenzen übertragen die Wärme des Wassers viel effizienter in das Eis.

Horgan glaubt, dass die Höhle von Kamb ihre dramatische Höhe auch einem anderen Faktor verdankt. Gletscher in diesem Teil der Westantarktis fließen im Allgemeinen mehrere hundert Meter pro Jahr. Daher würde sich die Schmelze, die ein darunter fließender Fluss über Jahre oder Jahrzehnte hinweg verursacht, normalerweise über eine lange Eisschicht verteilen. Dies würde eher einen flachen Kanal als eine tiefe Spalte erodieren. Aber Kamb ist ein Sonderling. Vor rund 150 Jahren kam er aufgrund des zyklischen Wechselspiels von Schmelzen und Gefrieren an seiner Basis fast vollständig zum Stillstand. Mittlerweile kriecht er nur noch etwa 10 Meter pro Jahr vorwärts. Dadurch konzentriert sich die Schmelze Jahr für Jahr an nahezu derselben Stelle.

Im Jahr 2020 war das alles noch Spekulation. Aber wenn Horgan und seine Kollegen zurückkehren, in die Höhle bohren und Instrumente hineinlassen könnten, könnten sie bestätigen, wie sie entstanden ist. Durch die Untersuchung des Wassers, der Sedimente und der daraus fließenden Mikroben konnten sie auch viel über die riesige subglaziale Landschaft der Antarktis lernen.

Der westantarktische Eisschild bedeckt eine Fläche, die dreimal so groß ist wie das Einzugsgebiet des Colorado River, das sich über Arizona, Utah, Colorado und Teile von vier weiteren Bundesstaaten erstreckt. Bisher haben Menschen nur einen winzigen Teil dieser Unterwelt beobachtet, der kleiner als ein Basketballfeld ist – dargestellt durch mehrere Dutzend schmale Bohrlöcher, die über die Region verstreut sind und in denen Wissenschaftler etwas Schlamm vom Boden geholt oder manchmal mit einer Kamera herabgelassen haben.

Horgan wollte unbedingt mehr erkunden. Da Neuseeland bereits Bohrlöcher durch das auf dem Ozean treibende Eis schmelzen ließ, schien die Bohrung in diesem Küstenfluss ein natürlicher nächster Schritt zu sein.

Am 4. Dezember 2021 trafen zwei PistenBullys mit Raupenketten an dem Ort ein, den Horgan und Whiteford zwei Jahre zuvor besucht hatten. Die Traktoren waren 16 Tage lang von der neuseeländischen Scott Base am Rande des Kontinents aus unterwegs und rasten über tausend Kilometer schwimmendes Eis, während sie einen Schlittenkonvoi voller 90 Tonnen Lebensmittel, Treibstoff und wissenschaftlicher Ausrüstung zogen. Der Konvoi stapfte zum flussaufwärts gelegenen Ende des Tals und hielt an.

Arbeiter errichteten ein Zelt von der Größe eines kleinen Flugzeughangars und montierten darin eine Reihe von Warmwasserbereitern, Pumpen und einen Kilometer Schlauch – eine Maschine namens Heißwasserbohrer. Mit Schaufeln und einer kleinen maschinellen Schaufel schütteten sie 54 Tonnen Schnee in einen Tank und schmolzen ihn. Anschließend spritzten die Arbeiter das heiße Wasser durch den Schlauch und schmolzen damit ein schmales Loch, nicht breiter als ein Teller, durch 500 Meter Eis – und hinunter durch die gewölbte Decke der Höhle.

Dieses 3D-Rendering zeigt die Form der Höhle, basierend auf Radarspuren. Wissenschaftler gehen davon aus, dass es von der Küste zurückgegraben wird, da ein Fluss, der unter dem Eis fließt, auf den Ozean trifft und dort das Wasser aufwirbelt. Die 2D-Darstellung zeigt, wie ein grober Querschnitt an einer Stelle aussehen könnte, mit Eis darüber und Erde darunter.

Der Anblick der Tiere in der Höhle löste bei Horgan, Stevens und den anderen Leuten im Lager sofort Begeisterung aus. Aber diese ersten Bilder waren verschwommen, sodass die Menschen nicht wussten, was die orangefarbenen, hummelgroßen Tiere tatsächlich waren.

Als nächstes senkten die Arbeiter ein Instrument in das Bohrloch, um die Wassertemperatur und den Salzgehalt in der Höhle zu messen. Sie stellten fest, dass die oberen 50 Meter Wasser kälter und frischer waren als das, was darunter lag – was bestätigte, dass am Boden Meerwasser einströmte und oben eine schwimmfähigere Mischung aus Salz- und Süßwasser ausfloss. Die Höhle, sagt Stevens, „funktioniert ganz wie eine Flussmündung.“

Aber diese Messungen gaben auch ein Rätsel auf: Das Wasser oben in der Höhle war nur etwa 1 Prozent weniger salzig als das Meerwasser unten, was darauf hindeutet, dass die Menge an Süßwasser, die durch den Fluss floss, „ziemlich gering“ war, sagt Stevens. Es ähnelt einem flachen Bach, in dem ein kleines Kind planschen könnte. Er und Horgan bezweifelten, dass die durch diesen kleinen Fluss verursachten Turbulenzen selbst über 35 Jahre hinweg die gesamte Höhle – etwa einen Kubikkilometer Eis – zum Schmelzen bringen könnten.

Eine wahrscheinliche Antwort lieferte eine Reihe von Proben, die vom Boden der Höhle gesammelt wurden. Gavin Dunbar, Sedimentologe an der Victoria University of Wellington, ließ einen hohlen Plastikzylinder in das Loch hinab, in der Hoffnung, einen Kern zu bergen. Als er und die Doktorandin Linda Balfoort den Zylinder wieder hochhoben, stellten sie fest, dass er mit schokoladigem Schlamm gestreift und gefüllt war – ein seltsamer Anblick in dieser Welt aus reinem Weiß, in der über Hunderte von Kilometern hinweg kein Fleckchen Fels oder Erde zu sehen ist.

Als Dunbar und Balfoort die Kerne Monate später in Neuseeland röntgten und analysierten, wurden ihre Besonderheiten offensichtlich: Sie waren anders als alles, was Dunbar jemals in diesem Teil der Welt gesehen hatte.

Jeder Kern, den Dunbar jemals vom Meeresboden in der Nähe dieses Teils der Antarktis gesehen hatte, bestand aus einem chaotischen Durcheinander von Sand, Schlick und Kies – einem Material namens Diamict, das sich bildete, als die Eisdecke über den Meeresboden vordrang und sich zurückzog und ihn wie ein Pflüger und Mischer pflügte und vermischte Rototiller. Aber in diesen Kernen sahen Dunbar und Balfoort deutliche Schichten. Bänder aus grobem, kiesigem Material waren mit Schichten aus feinem, schlammigem Schlamm durchsetzt.

Dieses abwechselnde Muster ähnelte Proben aus steilen Meeresbodenschluchten vor der Küste Neuseelands, wo Erdbeben manchmal Unterwasser-Erdrutsche auslösen, die viele Kilometer bergab fegen. Bei jeder Überschwemmung wird eine einzelne Schicht klumpigen Materials abgelagert.

Dunbar glaubt, dass möglicherweise in den letzten Jahrzehnten etwas Ähnliches unter dem Kamb-Eisstrom passiert ist. Eine Reihe schnell fließender Ströme ergossen sich durch den Flusskanal und trugen große Kiesbrocken von irgendwo flussaufwärts mit sich, die sich später auf dem Höhlenboden niederließen. „Jede dieser [groben Schichten] stellt Minuten bis Stunden der Sedimentablagerung dar“, die während einer einzelnen Überschwemmung stattfand, sagt er. Und die feinen, schlammigen Schichten hätten sich zwischen den Überschwemmungen, als der Fluss langsam dahinfloss, über Jahre oder Jahrzehnte hinweg abgelagert.

Diese subglazialen Überschwemmungen könnten erklären, wie dieser kleine Fluss eine so große Höhle geformt hat, sagt Stevens. Diese Überschwemmungen könnten 100- bis 1.000-mal so groß gewesen sein wie die während der Feldsaison 2021–22 gemessenen Durchflussraten.

Niemand weiß, wann diese Ereignisse stattfanden, aber Wissenschaftler, die Satelliten zur Untersuchung subglazialer Seen einsetzen, haben mindestens einen Kandidaten entdeckt. Im Jahr 2013 spuckte ein 20 Kilometer stromaufwärts der Höhle gelegener See namens KT3 schätzungsweise 60 Millionen Kubikmeter Wasser aus – genug, um 24.000 olympische Schwimmbecken zu füllen.

Wissenschaftler würden gerne wissen, ob diese Flut tatsächlich durch diese Höhle geflossen ist. „Es wäre extrem cool, dies flussaufwärts mit dem Seesystem zu verbinden“, sagt Matthew Siegfried, Glaziologe an der Colorado School of Mines in Golden, der einen der Berichte zur Dokumentation der Flut von 2013 mitverfasst hat.

Die Untersuchung des Abflusses dieses Flusses könnte auch andere Fragen zur subglazialen Landschaft flussaufwärts beantworten. „Der überwiegende Teil unseres Wissens über subglaziale Seen stammt aus Oberflächenbeobachtungen aus dem Weltraum“, sagt Siegfried. Aber diese Satellitenaufzeichnungen des auf und ab schaukelnden Eises erlauben nur indirekte Schätzungen darüber, wie viel Wasser durchfließt. Es ist beispielsweise möglich, dass viel Wasser durch die Seen fließt, auch wenn sich das darüber liegende Eis nicht bewegt.

Wissenschaftler könnten auch etwas über die subglaziale Landschaft erfahren, indem sie die flussabwärts geschwemmten Sedimente untersuchen. Als Dunbar und seine Kollegen das grobe Material ihrer Kerne untersuchten, fanden sie es voller mikroskopisch kleiner Fossilien: glasige Schalen von Meereskieselalgen, nadelförmige Nadeln von Meeresschwämmen und gekerbte und stachelige Pollenkörner von Südbuchen. Diese Fossilien stellen die Überreste einer wärmeren Welt vor 15 bis 20 Millionen Jahren dar, als in Teilen der Antarktis noch einige Bestände verkümmerter, strauchiger Bäume wuchsen. Damals befand sich im westantarktischen Becken ein Meer und kein Eisschild, und dieser Schutt setzte sich auf dem schlammigen Boden ab. Diese alten Meeresablagerungen liegen einem Großteil des westantarktischen Eisschildes zugrunde, und die wenigen bisher gebohrten Bohrlöcher deuten darauf hin, dass die Mischung der Fossilien von Ort zu Ort unterschiedlich ist. Diese Mischungen könnten Hinweise darauf geben, wie sich die Strömung von Flüssen im Laufe der Zeit verändert.

Die Nuancen dessen aufzudecken, was in der Höhle passiert, „ist umwerfend cool“, sagt Christina Hulbe, Glaziologin an der University of Otago in Dunedin, Neuseeland, die diese Region der Antarktis seit fast 30 Jahren erforscht. „Das ist der Abfluss eines riesigen Flusssystems, wenn man darüber nachdenkt.“

Durch die Untersuchung des Wassers konnten Wissenschaftler die Menge an organischem Kohlenstoff und anderen Nährstoffen abschätzen, die aus dem Fluss in den eisbedeckten Ozean fließen. Die Landschaft unter der Eisdecke scheint reich an Nährstoffen zu sein, die in einer ansonsten ausgehungerten biologischen Wüste Oasen des Lebens ernähren könnten.

Auch wenn die Höhle weiter in den Kamb-Eisstrom vordringt, gefährdet sie nicht unbedingt die Stabilität des Gletschers. Dieser Teil der Küste der Westantarktis gilt nicht als gefährdet, da sein flaches Meeresgrund ihn vor den tiefen, warmen Meeresströmungen schützt, die in anderen Regionen für einen schnellen Eisverlust sorgen. Aber an vielen anderen Stellen entlang der Küste ergießen sich subglaziale Flüsse, darunter auch einige – wie der Thwaites-Gletscher, etwa 1.100 Kilometer nordöstlich von Kamb – wo sich das Eis schnell zurückzieht (SN: 11.03.23, S. 8).

Thwaites und nahegelegene Gletscher haben seit 1992 zusammen über 2.000 Kubikkilometer Eis abgeworfen. Wenn sie zusammenbrechen, könnten sie den globalen Meeresspiegel letztendlich um 2,3 Meter ansteigen lassen. Fernerkundungsstudien haben über ein Dutzend niedrige, flache Schildvulkane unter diesem Teil der Eisdecke dokumentiert. Es wird angenommen, dass der erhöhte geothermische Wärmefluss, selbst von inaktiven Vulkanen, ein starkes Schmelzen unter der Eisdecke verursacht. Durch dieses Abschmelzen entstehen große Mengen subglazialen Wassers, was diese Gletscher noch anfälliger für den vom Menschen verursachten Klimawandel machen könnte.

Horgan glaubt, dass die Erkenntnisse der Wissenschaftler in Kamb unser Verständnis darüber verbessern könnten, wie sich subglaziale Flüsse auf die anderen, sich schnell verändernden Küstenlinien der Antarktis auswirken.

Aber die eindrucksvollste Entdeckung, die in Kamb gemacht wurde – in rein menschlicher Hinsicht – könnten die verschwommenen, orangefarbenen Tiere sein, die am Boden der Höhle herumschwärmen. Stevens machte einige Tage später einige klarere Bilder und identifizierte sie vorläufig als garnelenartige Meereskrebse, sogenannte Flohkrebse. So viele von ihnen hier zu sehen, sagt Stevens, „das hatten wir wirklich nicht erwartet.“

Es ist bekannt, dass Mikroben, wie sie zuvor unter der Eisdecke im subglazialen Lake Whillans gefunden wurden, auch unter rauen Bedingungen überleben. Aber Tiere sind eine andere Sache. Der tiefste Meeresboden der Erde liegt nur 10 bis 11 Kilometer vom Sonnenlicht entfernt und die Tierwelt ist an diesen Orten im Allgemeinen rar. Aber die Tiere in der Höhle gedeihen 500 Kilometer vom nächsten Tageslicht entfernt, abgeschnitten von der Photosynthese, die den Großteil des Lebens auf der Erde antreibt.

Die Amphipoden und ihr unterstützendes Ökosystem müssen von einer anderen Nahrungsquelle leben. Aber was? Beobachtungen in der Kamb-Eishöhle liefern zusammen mit denen an zwei anderen abgelegenen Bohrlöchern, die in den letzten Jahren gebohrt wurden, einige verlockende Hinweise.

Im Jahr 2015 durchbohrten Forscher das Eis an einer anderen Stelle 250 Kilometer von der Höhle entfernt, wo der Whillans-Eisstrom aus seinem Bett abhebt und schwimmt. An dieser Stelle liegt ein dünner Streifen Meerwasser, nur 10 Meter tief, unter 760 Metern Eis. Ein ferngesteuertes Fahrzeug (ROV) schickte aufgenommene Bilder von Fischen und Flohkrebsen durch das Loch.

John Priscu, ein mikrobieller Ökologe an der Montana State University in Bozeman, der an den Bohrungen vor Ort beteiligt war, glaubt, dass der Gletscher selbst dieses Ökosystem erhält. Die unteren 10 Meter Eis sind mit Schlamm gefüllt, der viele Kilometer flussaufwärts am Bauch des Gletschers gefroren war. Der Schlamm war an seinen jetzigen Standort geschleppt worden, als der Gletscher 400 Meter pro Jahr nach vorne sickerte. Während das ROV herumfuhr, regneten ständig Teile dieser schlammigen Trümmer herunter, die freigesetzt wurden, als die Unterseite des Eises langsam schmolz. Diese Trümmer sind reich an organischer Substanz – den verrottenden Überresten von Kieselalgen und anderem Phytoplankton, die vor Millionen von Jahren, als die Welt wärmer war, auf den Boden sanken.

„Diese Flohkrebse schwärmen von den Partikeln“, sagt Priscu. „Sie spüren, dass organisches Material aus diesem Basaleis herausfällt.“ Oder vielleicht fressen sie die Bakterien, die auf diesen organischen Stoffen leben.

Da sich der Kamb-Eisstrom kaum bewegt, ist der Vorrat an schmutzigem Eis, der sich in Richtung Meer bewegt, gering. Aber der Fluss, der in die Eishöhle fließt, könnte dieselben subglazialen Nährstoffe liefern, die auch im schmutzigen Eis zu finden sind. Schließlich kann der Weg des Wassers durch eine Reihe subglazialer Seen bis zur Flussmündung Jahre oder Jahrzehnte dauern. Während dieser Zeit nimmt der Fluss Nährstoffe aus den organisch reichen subglazialen Sedimenten auf.

Als Wissenschaftler 2013 Bohrungen im subglazialen Lake Whillans durchführten, stellten sie tatsächlich fest, dass das Wasser darin honigfarben war – voller lebenswichtiger Eisen-, Ammonium- und organischer Stoffe. „Was diese Seen auspumpen, könnte eine konzentrierte Nährstoffquelle für Ökosysteme entlang der dunklen Küste sein“, sagt Trista Vick-Majors, eine mikrobielle Ökologin an der Michigan Technological University in Houghton, die an den Bohrungen am Lake Whillans beteiligt war. Sie schätzt, dass die subglazialen Flüsse, die unter Kamb und den benachbarten Gletschern hervorfließen, jedes Jahr 56.000 Tonnen organischen Kohlenstoff und andere Nährstoffe an diesen Küstenabschnitt liefern könnten.

Kürzlich, im Dezember 2019, bohrte ein neuseeländisches Team unter der Leitung von Horgan und Hulbe nur 50 Kilometer von der Kamb-Höhle entfernt durch das Eis, an einer Stelle, an der der Kamb-Eisstrom auf dem Ozean schwimmt. Es gibt dort kein schmutziges Eis und keine Flussmündungen in der Nähe. Das Gebiet ähnelte einer ausgehungerten Meeresbodenwüste; Es wurde von einzelligen Mikroben bevölkert, die wenig Nahrung hatten, und es waren nur wenige Anzeichen von Tieren zu sehen – nur ein paar Grabspuren auf dem schlammigen Boden. Priscu sieht in diesem Ort eine Ausnahme, die beweist: Subglaziale Nährstoffe sind die entscheidende Energiequelle in dieser dunklen Welt unter dem schwimmenden Eis, unabhängig davon, ob sie an der Unterseite von Gletschern nach vorne geschleppt werden oder durch subglaziale Flüsse ausgeschüttet werden.

Die in der Kamb-Eishöhle gesammelten Schlamm- und Wasserproben könnten eine neue Gelegenheit bieten, diese Theorie zu testen. Craig Cary, ein mikrobieller Ökologe an der University of Waikato in Neuseeland, analysiert die DNA dieser Proben. Er hofft herauszufinden, ob die Mikroben in der Höhle zu taxonomischen Gruppen gehören, von denen bekannt ist, dass sie sich von Ammonium, Methan, Wasserstoff oder anderen chemischen Energiequellen ernähren, die aus den subglazialen Sedimenten stammen. Das könnte Aufschluss darüber geben, ob solche Quellen ausreichend mikrobielles Wachstum ermöglichen, um die dort beobachteten Tiere zu ernähren.

Das Team muss außerdem die Fließgeschwindigkeit des subglazialen Flusses messen, der in die Höhle strömt, da diese die Nährstoffversorgung bestimmt. Stevens überwacht dies weiterhin dank einer Reihe von Instrumenten, die in der Höhle zurückgelassen wurden.

Als am 11. Januar 2022 das Lager abgebaut wurde, pumpten Arbeiter noch mehr heißes Wasser in das Bohrloch, wodurch es auf mehr als 35 Zentimeter erweitert wurde – und eine gefährliche Falle entstand. Stevens und seine Kollegen legten Klettergurte an, befestigten Sicherungsseile und näherten sich ein letztes Mal dem Loch. Sie senkten eine Reihe von Zylindern in der Größe von Kartuschenpistolen in das Loch. Diese Geräte messen weiterhin die Temperatur, den Salzgehalt und die Wasserströmungen in der Höhle und senden die Daten 500 Meter über ein Kabel an einen Sender, der sie einmal täglich per Satellit nach Hause sendet. Diese Daten werden Aufschluss darüber geben, wie sich die Strömung des Flusses im Laufe der Zeit verändert. Mit etwas Glück könnten die Instrumente sogar eine durchströmende subglaziale Flut erkennen.

„Das wäre einfach herausragend“, sagt Horgan. Viele Jahre lang musste er sich damit begnügen, diese Flüsse und Seen undeutlich durch die Umrisse des Wassers auf Radar- und Satellitenbildern zu erkennen. Dies sei „eines der ersten Male, dass wir an einer Flussmündung stehen und es beobachten müssen.“

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Eine Version dieses Artikels erscheint in der Science News-Ausgabe vom 22. April 2023.

BE Schmidt et al. Heterogenes Schmelzen in der Nähe der Erdungslinie des Thwaites-Gletschers. Natur. Bd. 614, 16. Februar 2023, S. 471. doi: 10.1038/s41586-022-05691-0.

A. Whiteford et al. Schmelzen und Wiedergefrieren in einem Basalkanal des Schelfeises an der Erdungslinie des Kamb-Eisstroms in der Westantarktis. Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Erdoberfläche. Online veröffentlicht am 31. Oktober 2022. doi: 10.1029/2021JF006532.

R. Dziadek et al. Aus aeromagnetischen Daten abgeleiteter hoher geothermischer Wärmefluss unter dem Thwaites-Gletscher in der Westantarktis. Kommunikation Erde und Umwelt. Online veröffentlicht am 18. August 2021. doi: 10.1038/s43247-021-00242-3.

Vick-Majors et al. Biogeochemische Konnektivität zwischen Süßwasserökosystemen unter der westantarktischen Eisdecke und der Meeresumwelt unterhalb des Eises. Globale biogeochemische Kreisläufe. Online veröffentlicht am 26. Februar 2020. doi: 10.1029/2019GB006446.

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Douglas Fox ist ein freiberuflicher Journalist mit Sitz in Nordkalifornien. Er wurde von der National Science Foundation finanziert, um von November 2019 bis Januar 2020 in die Antarktis zu reisen.

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