Das archimedische Prinzip besagt, dass ein schwimmender Körper eine Flüssigkeitsmenge verdrängt, die seinem Gewicht entspricht.

Da der Eisberg schwimmt, wiegt er genauso viel wie das Wasser, das er verdrängt. Wenn es die gleiche Salzkonzentration wie der Ozean hätte, würde es nach dem Auftauen genau das gleiche Volumen einnehmen, das es verdrängt hat, und der Meeresspiegel würde sich nicht ändern.

Die meisten Eisberge bestehen jedoch aus nicht salzigem Wasser mit einer etwas geringeren Dichte als Meerwasser. Sobald also dieselbe Masse geschmolzen ist, nimmt sie mehr Volumen ein (gleiche Masse, weniger Dichte entspricht mehr Volumen) und der Meeresspiegel steigt … sehr, sehr leicht.

Die eine, an die Sie nicht denken: dass der Meeresspiegel ansteigt, weil das Eis, das derzeit über Land liegt, schmilzt. Wie in Rodrigos Antwort erwähnt, ändert sich beim Schmelzen des Meereises der Wasserstand nicht, und wenn das Eis aus Süßwasser hergestellt wird, gibt es eine kleine Änderung aufgrund der Nichtübereinstimmung der Dichten. Dabei wird jedoch die Tatsache ignoriert, dass es eine riesige Menge Eis in Eiskappen und Gletschern über Land gibt, und wenn dieses Eis schmilzt, wird dies zu einem Anstieg des Meeresspiegels beitragen.

Es stimmt, wenn reines Eis in reinem Wasser schmilzt, steigt der Wasserspiegel nicht. Die Ozeane sind jedoch salzig und das macht einen großen Unterschied. Wenn reines Wasser in den salzigen Ozean schmilzt, steigt der Wasserspiegel. Ihre letzte Argumentation ist die richtige Argumentation.

Diese Antwort diskutiert die Physik und die mathematischen Details hinter dem, was wir beobachten, und wendet sie dann auf die Realität an.

Mathematische Details:

Sei die Dichte von Eis und Wasser$\rho_{\text{ice}}$und$\rho_{\text{water}}$beziehungsweise.

Die Dichte von Eis ist geringer als die von Wasser und daher schwimmt Eis auf dem Wasser. Ein Teil des Eises wird untergetaucht und der Rest bleibt über der Oberfläche.

Der untergetauchte Teil des Eises ist für den Auftrieb des Wassers verantwortlich.

Lassen Sie das Gesamtvolumen des Eises sein$V_{\text{tot}}$und das Volumen des unter Wasser getauchten Eises sein$V_{\text{sub}}$.

Nach dem archimedischen Prinzip ist die Auftriebskraft des Wassers gegeben durch:

Das Gewicht des Eises ergibt sich aus:

Da das Eis auf dem Wasser schwimmt, muss die Auftriebskraft das Gewicht des Eises ausgleichen.

Nachdem das Eis geschmolzen ist, hätte sich die Eismasse in flüssiges Wasser verwandelt. Die Dichte hat sich geändert, aber die Masse nicht.

Lassen$V_{\text{new}}$sei das Volumen, das von der Eismasse in ihrer Wasserform eingenommen wird.

Schlussfolgerungen:

Gleichung vergleichen$(1)$mit gleichung$(2)$. Das wirst du merken$V_{\text{new}}$ist genau gleich$V_{\text{sub}}$.

Dieses Ergebnis kann wie folgt interpretiert werden: Das vom untergetauchten Teil eingenommene Volumen ist gleich dem Gesamtvolumen, das vom Eis in seiner Wasserform eingenommen wird.

Kurz gesagt, das Volumen unter der Meeresoberfläche hat sich durch das Schmelzen des Eises nicht verändert.

Daher hat das Schmelzen von Eis keinen Einfluss auf den Meeresspiegel.

Was wäre, wenn Eis und Wasser gelöste Salze hätten?

An den Gleichungen ändert sich dadurch nichts$(1)$und$(2)$. Daher bleibt die vorherige Schlussfolgerung gültig.

Was ist, wenn das Eis aus reinem Wasser besteht und das Meer salzig ist?

Die Gleichungen$(1)$und$(2)$würde sich zu den unten angegebenen Gleichungen ändern:

Da Salzwasser dichter ist als reines Wasser,$\rho_{\text{water-pure}}$ist kleiner als$\rho_{\text{water-salty}}$.

Unter Verwendung der vorherigen Aussage und Analyse der Gleichungen kann gefolgert werden, dass der Meeresspiegel steigt, wenn ein reiner Eisblock in einem salzigen Meer schmilzt.

Was wäre, wenn das Eis aus Salzwasser und das Meer aus reinem Wasser besteht?

Da Salzwasser dichter ist als reines Wasser,$\rho_{\text{water-pure}}$ist kleiner als$\rho_{\text{water-salty}}$.

Unter Verwendung der vorherigen Aussage und Analyse der Gleichungen kann gefolgert werden, dass der Meeresspiegel sinkt, wenn ein salziger Eisblock in einem Meer aus reinem Wasser schmilzt.

Schlussfolgerungen:

1. Wenn ein Eis aus reinem Wasser in einem Ozean aus reinem Wasser schmilzt, ändert sich der Meeresspiegel nicht.

2. Wenn ein Eis aus reinem Wasser in einem Meer aus Salzwasser schmilzt, steigt der Meeresspiegel.

3. Wenn ein Eis aus Salzwasser in einem Ozean aus reinem Wasser schmilzt, sinkt der Meeresspiegel.

4. Wenn ein Eis aus Salzwasser in einem Ozean aus Salzwasser schmilzt, ändert sich der Meeresspiegel nicht.

Schmelzen von Eis und seine Beziehung zum Meeresspiegel

Von den 4 Fällen, die am Ende des mathematischen Detailabschnitts erwähnt werden, sind nur die folgenden wahrscheinlichen Szenarien auf der Erde:

1. Reines Eis schmilzt in den salzigen Ozean

2. Salziges Eis schmilzt in den salzigen Ozean

Die verbleibenden zwei Fälle sind ziemlich unwahrscheinlich, da wir keine Ozeane und Meere mit reinem Wasser (auch bekannt als Süßwasser) haben.

Das Gletschereis und die Schelfeise (diese befinden sich an Land) bestehen aus Schnee, der gefrorenes reines Wasser ist. Durch das sich erwärmende Klima (Klimawandel!) brechen große Teile dieser Süßwasserreserven ab und treiben ins Meer. Diese werden Eisberge genannt (diese schwimmen im Meer). Wenn diese Art von Eisbergen schmelzen, führen sie daher zu einem Anstieg des Meeresspiegels.

Wenn Salzwasser zu gefrieren beginnt, enthält das gebildete Eis die gelösten Salze. Wenn dieses salzige Eis im salzigen Ozean schmilzt, ändert sich der Meeresspiegel nicht.

Wenn Sie diese beiden Fälle zusammenfassen, können wir schließen, dass der Meeresspiegel aufgrund des Schmelzens von Eis entweder steigen oder gleich bleiben kann.

Bedeutung des schmelzenden Eises

Der Anstieg des Meeresspiegels wird durch Prozesse bestimmt, die das Wasservolumen im globalen Ozean verändern – hauptsächlich die thermische Ausdehnung des Meerwassers und die Übertragung von Wasser aus terrestrischen Reservoirs wie Landeis und Grundwasser in den Ozean. Der Vierte Sachstandsbericht des Zwischenstaatlichen Ausschusses für Klimaänderungen (IPCC) stellte fest, dass die thermische Ausdehnung etwa ein Viertel des beobachteten Meeresspiegelanstiegs für 1961–2003 ausmachte, das Schmelzen von Landeis weniger als die Hälfte ausmachte und Änderungen in der Landwasserspeicherung machten weniger als 10 Prozent aus (Bindoff et al., 2007). Für die letzten 10 Jahre dieses Zeitraums (1993–2003) schätzte das IPCC, dass die thermische Ausdehnung und das Abschmelzen des Landeises jeweils etwa die Hälfte zum gesamten Meeresspiegelanstieg beitrugen. Die verbesserte Übereinstimmung zwischen den Schätzungen der einzelnen Beiträge und dem Gesamtanstieg des Meeresspiegels für den späteren Zeitraum wurde der Verfügbarkeit von Satellitenaltimetriedaten und anderen globalen Ozeandatensätzen sowie einer besseren Kenntnis der Prozesse zugeschrieben, die den Meeresspiegelanstieg verursachen. Nachfolgende Arbeiten haben Instrumentenabweichungen korrigiert, die Schätzungen des Beitrags der thermischen Ausdehnung zum Anstieg des Meeresspiegels reduziert und erhöhte Raten des Landeisverlusts aufgezeichnet. In der jüngsten Schätzung für 1993–2008 stieg der Beitrag des Landeises auf 68 Prozent, der Beitrag der thermischen Ausdehnung sank auf 35 Prozent und die Landwasserspeicherung trug -3 Prozent bei (Abfall des Meeresspiegels; Church et al., 2011).

Quelle: https://www.nap.edu/read/13389/chapter/5

Das Schmelzen von Eis trägt am meisten zum Anstieg des Meeresspiegels bei.

Zusätzliche Referenzen für die vorherige Erklärung:

1. Ursachen des Meeresspiegelanstiegs: Was die Wissenschaft uns sagt (2013) - www.ucsusa.org

2. Steigt der Meeresspiegel? - oceanservice.noaa.gov

3. Meeresspiegelanstieg - Beiträge - Wikipedia

Ja, wenn ein Eisberg schmilzt, erhöht sich der Meeresspiegel, aber dieser Anstieg des Meeresspiegels ist völlig vernachlässigbar . Laut diesem kürzlich erschienenen Artikel , der das Brechen des Larsen-C-Schelfeises zeigt (gilt als der größte Eisbergriss bis heute):

Ja, der Meeresspiegel wird dank des neuen Eisbergs im Südpolarmeer steigen

Wissenschaftler schätzen, dass das Schmelzen des Eisbergs den gesamten Meeresspiegelanstieg um etwa 0,1 Millimeter erhöhen wird . Im Vergleich zu dem Anstieg, den NASA und NOAA bereits messen – derzeit 3,4 Millimeter pro Jahr – mögen diese 0,1 Millimeter relativ unbedeutend erscheinen.

Wenn das Larsen-C-Schelfeis jedoch kein Schelf gewesen wäre – das heißt, es wäre an Land und nicht bereits in den Ozean der Erde gestürzt – , schätzen Klimawissenschaftler wie Gavin Schmidt von der NASA, dass die mehr als eine Billion Tonnen Eis deutlich mehr Wasser hinzugefügt hätten Meere der Erde, was zu einem Anstieg von etwa 2,8 Millimetern führt. Dies macht über 80 Prozent des Meeresspiegelanstiegs aus, der bereits jetzt jedes Jahr stattfindet.

Es gibt auch eine Grafik, die den Anstieg des Meeresspiegels mit der Zeit zeigt (ebenfalls aus demselben Artikel):

Das bedeutet wahrscheinlich, dass uns ein Anstieg des Meeresspiegels von mindestens einem Meter bevorsteht, erklärt Steve Nerem , der Leiter des Sea Level Change Teams der NASA:

„Angesichts dessen, was wir jetzt darüber wissen, wie sich der Ozean bei Erwärmung ausdehnt und wie Eisschilde und Gletscher den Meeren Wasser hinzufügen, ist es ziemlich sicher, dass wir in einen Anstieg des Meeresspiegels von mindestens 0,9 Metern eingeschlossen sind. Aber wir tun es nicht Ich weiß nicht, ob es in 100 oder 200 Jahren passieren wird.“

Auf diese Frage gibt es bereits tolle Antworten. Diese Antwort ist nur eine leicht intuitive Version von Yashas 'Antwort , die auf dieser Antwort auf eine verwandte Frage basiert: Warum ändert das Schmelzen von Eis nicht den Wasserstand in einem Behälter?

Was mit dem Wasserstand passiert, nachdem das Eis vollständig geschmolzen ist, analysieren wir für vier verschiedene Fälle, die sich aus der unterschiedlichen Beschaffenheit von Eis und Wasser ergeben:

• Fall 1: Eis aus reinem Wasser schwimmt auf reinem Wasser
• Fall 2: Eis aus reinem Wasser, das auf Salzwasser schwimmt
• Fall 3: Eis aus Salzwasser, das auf reinem Wasser schwimmt
• Fall 4: Eis aus Salzwasser, das auf Salzwasser schwimmt

Bei der Analyse aller vier Fälle habe ich einen Zwischenschritt mit der Bezeichnung (c) mit einem „imaginären Behälter“ hinzugefügt. Dieser Behälter wird eingeführt, um den Grund für den Unterschied in den Wasserständen in den Fällen 2 und 3 herauszustellen. Dies macht keinen Unterschied in den Fällen 1 und 4.

In Schritt (b) wird der imaginäre Behälter hinzugefügt, ohne das System zu stören. Dann lässt man das Eis innerhalb des Behälters schmelzen. Nach dem Schmelzen kann der Wasserstand im Inneren des imaginären Behälters derselbe sein wie außerhalb. Dann wird in Schritt (d) der imaginäre Behälter entfernt. Oder stellen Sie sich der Einfachheit halber vor, dass allein der imaginäre Behälter auf irgendeine Weise verschwindet. Das Wasser, das sich zunächst innerhalb des gedachten Behälters befand, vermischt sich nun mit dem Wasser außerhalb und der Wasserstand des Bechers stellt sich ins Gleichgewicht. Die horizontale grüne Linie stellt den anfänglichen Wasserstand im Becher dar. Abbildung 1 ist für die Bequemlichkeit des Lesers kommentiert.

Betrachten wir zunächst Fall 1, in dem ein Stück Eis aus reinem Wasser in einem Becherglas auf reinem Wasser schwimmt. Nach dem archimedischen Prinzip ist die Auftriebskraft auf dem Eis gleich dem Gewicht der von ihm verdrängten Flüssigkeit. Hier ist das Volumen der vom Eis verdrängten Flüssigkeit (Wasser) gleich dem Volumen des untergetauchten Eises (beschriftet mit Teil 2). Das Gewicht des Eises, Teile 1 und 2 zusammen, ist gleich dem Gewicht des Wassers mit einem Volumen, das Teil 2 entspricht. Wenn das Eis der Volumenteile 1 und 2 schmilzt, nimmt das erhaltene Wasser nur ein Volumen ein, das dem von Teil 2 entspricht. Dies liegt daran, dass Eis eine geringere Dichte als Wasser hat. Das Nettoergebnis ist, dass der Wasserstand im Becher gleich bleibt.

Wie am Anfang der Antwort erwähnt, basiert diese Erklärung auf dieser Antwort . Lassen Sie uns dies nun auf andere Fälle ausdehnen. Als nächstes auf unserer Liste steht Fall 2, bei dem ein Stück Eis aus reinem Wasser auf Salzwasser schwimmt. Wir wissen, dass Salzwasser dichter ist als reines Wasser. Die gleiche Eismasse verdrängt also weniger Salzwasser. Oder mit anderen Worten, das eingetauchte Volumen ist geringer als im vorherigen Fall. Das Gewicht des Salzwassers von Band Teil 2 ist nach dem archimedischen Prinzip gleich dem Gewicht des Eises. Aber wenn wir das Eis in dem imaginären Behälter schmelzen lassen, nimmt das gewonnene Wasser mehr Volumen ein als Teil 2. Dies liegt daran, dass reines Wasser eine geringere Dichte als Salzwasser hat. Hier hilft uns der imaginäre Behälter, den Unterschied zu erkennen.

In (c) sehen wir, dass der Wasserstand im Inneren des imaginären Behälters höher ist als außerhalb. Wenn wir also den imaginären Behälter in Schritt (d) entfernen, steigt der Wasserstand im Becherglas.

Kommen wir nun zu Fall 3, wo ein Stück Eis aus Salzwasser auf reinem Wasser schwimmt. Da das Eis aus Salzwasser dichter ist als das Eis aus reinem Wasser, verdrängt es im Vergleich zum reinen Eis mehr Wasser. Auch hier entspricht das Gewicht des Eises gemäß dem Prinzip von Archimedes dem Gewicht des reinen Wassers von Volumenteil 2. Aber dieses Mal, wenn das Eis schmilzt, nimmt das gewonnene Salzwasser ein geringeres Volumen ein als das von Teil 2.

In (c) sehen wir, dass der Wasserstand im Inneren des imaginären Behälters geringer ist als außerhalb. Wenn wir den imaginären Behälter in Schritt (d) entfernen, sinkt der Wasserstand im Becherglas. Der letzte Fall in unserer Analyse ist ein Stück Eis aus Salzwasser, das auf Salzwasser schwimmt. Dieser Fall ist dem Fall 1 sehr ähnlich und das Niveau bleibt unverändert.

Bisher haben wir uns mit auf dem Wasser schwimmenden Eisstücken in einem Becher beschäftigt . Die hier erzielten Ergebnisse gelten, skaliert, für Eisberge , die auf Ozeanen schwimmen . Wie Yashas beschrieben hat, wissen wir aus unserer Erfahrung, dass Meerwasser salzig ist, und daher sind nur die Fälle 2 und 4 möglich. Wenn also Eisberge schmelzen, muss der Meeresspiegel entweder steigen oder gleich bleiben.

Der Hauptbeitrag zum Anstieg des Meeresspiegels ist jedoch nicht auf das Schmelzen von Eis , das auf dem Wasser schwimmt , zurückzuführen, sondern auf das Schmelzen von Eis auf Land , das nicht schwimmt. Das ist, als würde man Wasser in eine Tasse Wasser gießen. Diese Tatsache wird in Nilay Ghoshs Antwort gut erklärt .

Abgesehen von der Salz-/Süßwasser-Diskussion. Wenn alles schwimmende Eis (die Zukunft für die nördliche Eiskappe sieht düster aus) geschmolzen ist, wird weniger Strahlung von der Sonne zurück in die Atmosphäre reflektiert. Mehr Strahlung wird vom Wasser absorbiert, das den Platz des Eises einnimmt. Dies wiederum führt zu einer leichten Erwärmung der Ozeane. Da die durchschnittliche Temperatur des Oberflächenwassers auf der Erde etwa 17 Grad Celsius beträgt (siehe hier ), wird sich das Wasser leicht ausdehnen und einen etwas höheren Meeresspiegel verursachen.
Noch wichtiger ist, dass einige Organismen in den Meeren und Ozeanen (insbesondere dort, wo das Wasser nicht zu tief ist), die sehr empfindlich auf die Wassertemperatur reagieren, nicht genug Zeit haben, sich anzupassen, da die Wassertemperatur leicht erhöht wird (Evolution ist ein langsamer Prozess) und leiden unter den Folgen.

Und was noch wichtiger ist, ist das Eis, das die Landmassen bedeckt. Gletscher schmelzen und bewegen sich mit beunruhigender Geschwindigkeit. Wasser, das aus diesem Eis kommt , wird den Meeresspiegel erheblich ansteigen lassen.