Verstehen von Gletschern und Eisschilden

Die gefrorenen Bereiche unseres Planeten – seine Gebirgsgletscher und kontinentalen Eisschilde – sind dynamisch sich entwickelnde Merkmale, die als primäre Kontrolle des globalen Meeresspiegels und der Klimaregulierung dienen. Diese massiven Eisreservoirs speichern etwa 70% des weltweiten Süßwassers. Im Kontext des modernen Klimawandels hat sich ihr Verhalten von natürlichen Vor- und Rückzugszyklen zu einem anhaltenden und beschleunigten Massenverlustmuster verlagert. Die Unterscheidung zwischen einem Gletscher und einem Eisschild ist grundlegend: Gletscher sind fließende Eiskörper, die durch Topographie begrenzt sind, während Eisschilde kontinentale Kuppeln sind, die die darunter liegende Landschaft begraben. Beide reagieren jetzt auf steigende globale Temperaturen in einer Weise, die direkte Konsequenzen für Küstengemeinden, Ökosysteme und planetare Energiebilanz hat.

Die Physik, die diese Systeme beherrscht, ist gut etabliert. Akkumulation erfolgt durch Schneefall, während Ablation durch Schmelzen, Kalben und Sublimation stattfindet. Wenn die Akkumulation die Ablation übertrifft, gewinnt der Gletscher oder die Eisdecke an Masse. Seit Jahrzehnten messen Wissenschaftler die Massenbilanz dieser Systeme - den Nettounterschied zwischen Gewinn und Verlust. Die Daten, die aus Satellitenaltimetrie, Gravitationsmessung und Feldbeobachtungen zusammengestellt wurden, zeigen einen Planeten, der Eis mit einer Beschleunigungsrate verliert. Die Folgen dieser Schmelze erstrecken sich weit über die Pole hinaus und beeinflussen alles von Wettermustern bis zur Verfügbarkeit von Wasserressourcen für Milliarden von Menschen.

Große Gletscher: Eine globale Umfrage zum Rückzug

Gebirgsgletscher, obwohl sie viel kleiner sind als die grönländischen und antarktischen Eisschilde, sind die sichtbarsten Indikatoren für den Klimawandel. Sie sind auf allen Kontinenten außer Australien zu finden und versorgen Hunderte von Millionen Menschen mit Süßwasser. Ihr Rückzug ist nahezu universell, mit wenigen Ausnahmen. Die Untersuchung bestimmter Gletscher zeigt die Mechanismen und die regionale Variabilität, die einer sich erwärmenden Welt innewohnen.

Der Jakobshavn-Gletscher und Grönlands Outlet-Gletscher

Der Jakobshavn-Gletscher in Westgrönland ist einer der am schnellsten fließenden und dynamischsten Gletscher der Erde. Er entwässert ungefähr 7% des grönländischen Eisschilds und ist seit Jahrzehnten intensiv untersucht worden. In den letzten 20 Jahren hat Jakobshavn sich beschleunigt und verdünnt, was seine Eisaustrittsgeschwindigkeit auf über 10 Kilometer pro Jahr verdoppelt. Diese Beschleunigung wird durch den Zustrom von warmem Ozeanwasser verursacht, das die schwimmende Zunge des Gletschers untergräbt und die Stützkraft verringert, die seinen Fluss ins Meer verlangsamt. Interessanterweise führte eine vorübergehende Abkühlung des Ozeanwassers im Jahr 2016 zu einer kurzen Verlangsamung und Erholung, was die Empfindlichkeit von Gezeitenwassergletschern sogar für kurzfristige ozeanographische Variabilität zeigt. Mit steigenden Meerestemperaturen ist die langfristige Flugbahn jedoch eine von anhaltendem Rückzug und Massenverlust. Jakobshavn allein trägt etwa 1 Millimeter pro Jahrhundert zum Meeresspiegelanstieg bei - ein signifikanter Betrag für einen einzelnen Gletscher.

Der Lambert-Gletscher: Transporteur der Ostantarktis

Der Lambert-Gletscher in der Ostantarktis ist einer der größten und längsten Gletscher der Welt, der sich über 400 Kilometer erstreckt und ungefähr 8 % des antarktischen Eisschilds entwässert. Im Gegensatz zu den schnell fließenden Austrittsgletschern der Westantarktis ist Lambert relativ stabil geblieben. Seine massive Größe und die kalten, hoch gelegenen Bedingungen seiner Akkumulationszone bieten einen Puffer gegen schnelle Veränderungen. Jüngste Satellitenstudien deuten jedoch darauf hin, dass sogar die stabileren Sektoren der Ostantarktis beginnen, auf die Erwärmung der Ozeantemperaturen zu reagieren. Das Lambert-Gletschersystem fließt in das Amery-Eisschelf und Veränderungen in der Ozeanzirkulation unter diesem Eisschelf könnten schließlich zum Rückzug der Erdungslinie führen. Die Überwachung des Lambert ist von entscheidender Bedeutung, denn wenn die Ostantarktis beginnt, mit einer signifikanten Geschwindigkeit an Masse zu verlieren, ist der potenzielle Beitrag zum Meeresspiegelanstieg immens.

Die stabile Anomalie: Perito Moreno Gletscher

Der Perito Moreno-Gletscher in Argentinien ist ein bemerkenswertes Gegenbeispiel zum globalen Trend des Rückzugs. Im südlichen patagonischen Eisfeld befindet er sich seit einem Großteil des letzten Jahrhunderts in einem Zustand des nahezu Gleichgewichts, er schreitet fort und kalbt in einem zyklischen Muster. Diese Stabilität wird auf seine einzigartigen Geometrie- und Massenbilanzeigenschaften zurückgeführt. Der Gletscher ist dick und steil, fließt aus einer Hochlagen-Akkumulationszone. Der hohe Schneefall in der Region füllt das durch das Kalben verlorene Eis auf. Die Stabilität von Perito Moreno liefert wertvolle Erkenntnisse: Sie zeigt, dass lokale Klimabedingungen, Gletschergeometrie und Kalbungsdynamik eine vorübergehende oder langfristige Stabilität schaffen können, selbst in einem wärmeren Klima. Dies ist jedoch eine Ausnahme, nicht die Regel. An anderen Orten in Patagonien erleben fast alle anderen Gletscher einen schnellen Rückzug und eine Ausdünnung, was erheblich zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt.

Der dritte Pol: Gletscher des Hindukusch-Himaphaas

Neben den bekannten Namen der Polarregionen sind die Gletscher des Hindukusch-Halaja wohl die folgenreichsten für die menschliche Bevölkerung. Diese Region, oft als dritter Pol bezeichnet, enthält das größte Eisvolumen außerhalb der Arktis und Antarktis. Diese Gletscher speisen wichtige Flusssysteme - den Indus, Ganges, Brahmaputra, Yangtze und Mekong -, die Wasser für über 1,5 Milliarden Menschen liefern. Der IPCC-Sonderbericht über den Ozean und die Kryosphäre dokumentiert, dass diese Gletscher seit den frühen 2000er Jahren mit einer Beschleunigungsrate zurückgehen. Wenn die aktuelle Erwärmung anhält, könnten bis zum Ende des Jahrhunderts bis zu zwei Drittel der Gletscher der Region verschwinden. Die unmittelbare Auswirkung wird nicht Wasserknappheit sein, sondern eher eine Zunahme der Gletscherseeausbrüche (GLOFs) als Schmelzwasseransammlungen in instabilen Moränenseen. Langfristig wird die Verringerung des Sommerschmelzwassers mit der Trockenzeit zusammenfallen, was zu einer schweren Wasserbelastung für die Landwirtschaft, Wasserkraft und Trinkwasserversorgung in Südasien führen wird.

Das grönländische Eisschild: Ein System in Transformation

Das grönländische Eisschild ist eine gefrorene Masse, die fast dreimal so groß ist wie Texas, mit genug Eis, um den globalen Meeresspiegel um etwa 7,4 Meter zu erhöhen. Es verliert mit einer Beschleunigungsrate an Masse – derzeit etwa 270 Milliarden Tonnen pro Jahr. Dieser Verlust wird durch zwei Hauptmechanismen verursacht: Oberflächenschmelze und Abfluss und Eisaustritt in den Ozean. In den letzten Jahren hat die Oberflächenschmelze einen zunehmenden Anteil des gesamten Massenverlusts verursacht. Warme, südliche Luftmassen haben Regen und Temperaturen über dem Gefrierpunkt in hohe Höhen über den Eisschild gebracht, was zu weit verbreiteten Schmelzeereignissen führte. 2012 und wieder 2019 erlebte praktisch die gesamte Eisschildoberfläche Schmelzen. Dies erzeugt eine Rückkopplungsschleife: Wenn die Eisoberfläche durch Staub, Ruß und Schmelzwasser dunkler wird, nimmt ihre Albedo ab, wodurch sie mehr Sonnenstrahlung absorbiert und noch schneller schmilzt.

Die dynamische Ableitung von Eis durch Austrittsgletscher ist der zweite Haupttreiber des Massenverlusts. Wenn sich das Meer erwärmen, schmelzen sie die schwimmenden Eiszungen, die das Binneneis zurückhalten. Dies reduziert die Rückbelastung, so dass Gletscher wie Jakobshavn, Helheim und Kangerlussuaq beschleunigen und dünner werden, was Eis aus dem Inneren nach unten zieht. Die Auswirkungen der Schmelze Grönlands erstrecken sich über den Meeresspiegel hinaus. Die Injektion von kaltem, frischem Schmelzwasser in den Nordatlantik hat das Potenzial, die Atlantik-Meeresströmung zu schwächen, ein wichtiges Ozeanströmungssystem, das warmes Wasser nach Norden transportiert und globale Klimamuster beeinflusst. Beobachtungen deuten darauf hin, dass sich die AMOC an ihrem schwächsten Punkt seit über einem Jahrtausend befindet und der anhaltende Schmelzwassereintrag Grönlands ist ein wahrscheinlicher Treiber dieses Trends. Eine langsamere AMOC hätte Folgen für das europäische Klima, die nordatlantischen Sturmbahnen und den Meeresspiegel entlang der US-Ostküste.

Das antarktische Eisschild: Der schlafende Riese

Das antarktische Eisschild ist bei weitem der größte potenzielle Beitrag zum zukünftigen Meeresspiegelanstieg. Es enthält genug Eis, um den globalen Meeresspiegel um etwa 58 Meter zu erhöhen. Der Eisschild ist in drei verschiedene Sektoren unterteilt: das ostantarktische Eisschild (EAIS), das kalt und relativ stabil ist; das westantarktische Eisschild (WAIS), das ein Meereseisschild ist, das auf einem Grundgestein unter dem Meeresspiegel ruht; und die antarktische Halbinsel, die sich schnell erwärmt. Die Zukunft des Eisschilds hängt weitgehend vom Verhalten der Westantarktis und der gefährdeten Sektoren der Ostantarktis ab.

Westantarktis und Meereseisschild-Instabilität

Das westantarktische Eisschild ist auf einem Gestein unter dem Meeresspiegel geerdet und fällt landeinwärts ab. Diese Geometrie macht es von Natur aus instabil. Während warmes Meereswasser unter den schwimmenden Eisschelfen zirkuliert, die an den Eisschilden vorbeiziehen, schmilzt es von unten. Wenn ein Eisschelf sich verdünnt und schwächt, verliert es seine Fähigkeit, das geerdete Eis dahinter zurückzuhalten. Die Erdungslinie – der Punkt, an dem das Eisschild auf den Ozean trifft – zieht sich landeinwärts zurück. Da das Bett bergab abfällt, setzt der Rückzugsabschnitt dickeres Eis dem Ozean aus und beschleunigt den Prozess. Dies ist der Thwaites-Gletscher, der oft als "Doomsday Glacier" bezeichnet wird, und der Pine Island-Gletscher stehen im Mittelpunkt dieser Sorge. Sie verdünnen sich und ziehen sich mit einer Beschleunigungsgeschwindigkeit zurück. Ein vollständiger Zusammenbruch des westantarktischen Eisschildes, der Jahrhunderte dauern könnte, würde den globalen Meeresspiegel um etwa 3,3 Meter anheben.

Thwaites Gletscher und das Potenzial für einen schnellen Zusammenbruch

Der Thwaites-Gletscher ist der Brennpunkt der Internationalen Thwaites-Gletscher-Zusammenarbeit, einer der intensivsten wissenschaftlichen Feldkampagnen, die jemals in der Antarktis durchgeführt wurden. Jüngste Untersuchungen haben ergeben, dass sich der Gletscher nicht nur entlang seiner Erdungslinie zurückzieht, sondern auch durch warmes Wasser, das tief in sein Inneres reicht, untergraben wird. Der Gletscher verliert derzeit mit einer Beschleunigungsrate an Masse, was etwa 4% des globalen Meeresspiegelanstiegs ausmacht. Eine kürzlich veröffentlichte Modellierungsstudie, die in Nature Geoscience veröffentlicht wurde, legt nahe, dass ein Prozess, der als Marine Ice Cliff Instability (MICI) bekannt ist, zu einem sehr schnellen Rückzug führen könnte, sobald das Eisschelf verloren ist. Eisklippen, die an der Vorderseite eines Gletschers freigelegt werden, können unter ihrem eigenen Gewicht zusammenbrechen, wenn sie etwa 90 Meter hoch sind, höhere Klippen hinter sich aufdecken und eine Kettenreaktion des Zusammenbruchs verursachen. Dieser Mechanismus ist noch nicht vollständig durch Beobachtungen eingeschränkt, aber wenn er funktioniert, könnte er die Projektionen des Meeresspiegelanstiegs für das

Ostantarktis: Eine wachsende Sorge

Die Ostantarktis wird seit langem als die stabile, kalte und weitgehend inerte Komponente des Eisschilds angesehen. Während sie weitaus stabiler bleibt als die Westantarktis, haben jüngste Beobachtungen Anzeichen einer Verwundbarkeit identifiziert. Der Totten-Gletscher, der ein massives Becken entwässert, das mehreren Metern Meeresspiegelanstieg entspricht, wird von unten durch warmes Wasser geschmolzen, das seine Erdungslinie erreicht. Wenn der Totten-Gletscher sich signifikant zurückziehen würde, würde er das gesamte Aurora-Subglazialbecken herunterziehen. Die Stabilität der Ostantarktis hängt von der Gesundheit der Eisschelfe ab, die sie umgeben, insbesondere das Ross-Eisschelf und das Filchner-Ronne-Eisschelf. Wenn sich das Meer erwärmt, werden diese Eisschelfe wahrscheinlich dünner, was möglicherweise eine Reaktion auslöst, die der in der Westantarktis beobachteten Reaktion ähnelt. Die volle Reaktion der Ostantarktis auf anhaltende Erwärmung bleibt eine der größten Unsicherheiten in den Meeresspiegelprojektionen.

Die globalen Auswirkungen einer schmelzenden Kryosphäre

Der Eisverlust durch Gletscher und Eisschilde ist kein Problem, das weit entfernt von der Polarschicht liegt, sondern hat direkte und kaskadierende Folgen für den gesamten Planeten, die bereits spürbar sind und sich mit der anhaltenden Erwärmung noch verschlimmern werden.

Meeresspiegelanstieg und Küstenanfälligkeit

Die direkteste Folge der Gletscher- und Eisschildschmelze ist der Anstieg des Meeresspiegels. Der globale mittlere Meeresspiegel ist seit 1880 um etwa 21 Zentimeter gestiegen und die Anstiegsrate beschleunigt sich. Der Eisverlust durch Gletscher und Eisschilde ist jetzt der dominierende Treiber dieses Anstiegs, der die thermische Ausdehnung überholt. Aktuelle Projektionen des IPCC Sixth Assessment Report schätzen, dass der globale mittlere Meeresspiegel unter dem Szenario mit den höchsten Emissionen (SSP5-8,5) bis 2100 um bis zu 1 Meter steigen könnte. Allerdings berücksichtigen die Projektionen nicht vollständig das Potenzial der Instabilität von Meereseisklippen. Wenn dieser Mechanismus funktioniert, könnte der Anstieg des Meeresspiegels höher sein. Küstengemeinden auf der ganzen Welt erleben bereits erhöhte Überschwemmungen durch Hochwasser und Sturmfluten. Bis 2050 werden Hunderte von Millionen Menschen in Regionen leben, die von jährlichen Küstenüberflutungen bedroht sind. Die wirtschaftlichen Kosten der Anpassung - Meereswände, Überschwemmungsbarrieren, bewältigte Rückzugsgebiete - werden in Billionen von Dollar gemessen werden. Die National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) liefert detaillierte regionale Meeresspiegelprojektionen, die die Infrastrukturplanung beeinflussen.

Veränderung der Ozeanzirkulation

Die Zugabe großer Mengen kalten, frischen Schmelzwassers in den Ozean verändert die grundlegende Physik der Ozeanzirkulation. Im Nordatlantik reduziert Süßwasser aus dem grönländischen Eisschild die Oberflächendichte des Meerwassers und hemmt die tiefe Konvektion, die die AMOC antreibt. Eine Schwächung der AMOC hätte schwerwiegende Folgen: Abkühlung des Nordatlantikraums, Veränderungen der Niederschlagsmuster in den Tropen, stärkere Sturmfluten entlang der US-Ostküste und Störungen der Meeresökosysteme. Im Südpolarmeer erfrischt Schmelzwasser aus der Antarktis das Oberflächenwasser um den Kontinent herum, was die Bildung von antarktischem Grundwasser verändern könnte, einer Tiefwassermasse, die Wärme und Kohlenstoff speichert und die globale Ozeanzirkulation antreibt.

Ökologische Disruption

Eisabhängige Arten sind gezwungen, sich an schnell wechselnde Lebensräume anzupassen. In der Arktis wirkt sich der Verlust von Meereis direkt auf Eisbären aus, die auf Meereis angewiesen sind, um Robben zu jagen. Die Dauer der eisfreien Jahreszeit verlängert sich, reduziert das Jagdfenster für Bären und zwingt sie, mehr Energie für das Fasten an Land auszugeben. Ringrobben, die Schneehöhlen auf dem Eis bauen, um gebären zu können. Ringrobben, die Schneehöhlen auf dem Eis bauen, erleben einen Höhleneinbruch aufgrund der frühen Frühlingsschmelze und der Regenfälle auf Schnee. In der Antarktis verlassen sich Kaiserpinguine auf stabiles landschnelles Meereis für die Zucht. Kolonieeinbrüche wurden dokumentiert, wenn Meereis zerbricht, bevor die Küken flügge sind. Krill, die Schlüsselarten des Südpolarmeers, hängen vom Wintermeereis als Lebensraum für die Fütterung und Fortpflanzung ab. Wenn das Meereis abnimmt, verschieben sich die Krillpopulationen nach Süden, ein Trend, der tiefgreifende Auswirkungen auf Wale, Robben und Pinguine hat, die sich

Verfügbarkeit von Süßwasserressourcen

Gletscher wirken als natürliche Wassertürme, speichern Winterniederschläge als Eis und geben sie in den warmen, trockenen Sommermonaten als Schmelzwasser ab. Für Regionen wie die Anden, Zentralasien und den Himalaya ist diese saisonale Freisetzung für Landwirtschaft, Trinkwasser und Wasserkraft unerlässlich. Da Gletscher dünner werden und sich zurückziehen, produzieren sie zunächst mehr Schmelzwasser - ein Phänomen, das als "Spitzenwasser" bekannt ist. Sobald dieser Gipfel passiert ist, nimmt der Schmelzwasserfluss ab. Viele Regionen sind bereits über diesen Gipfel hinaus. Der Verlust von Gletscherschmelzwasser fällt mit der Trockenzeit in diesen Gebieten zusammen und verursacht ein kritisches Wasserdefizit, genau dann, wenn es am dringendsten benötigt wird. Die Entscheidung, große Wasserkraftwerke und Bewässerungsprojekte auf Gletschern zu bauen, muss für diese zukünftige Verringerung des Flusses verantwortlich sein. Die geopolitischen Auswirkungen sind erheblich, da große Flüsse wie der Indus und der Ganges über mehrere Nationen mit konkurrierendem Wasserbedarf verteilt sind.

Überwachung der Kryosphäre: Werkzeuge des Handels

Unser Verständnis der sich verändernden Kryosphäre basiert auf einer Grundlage von nachhaltigen, qualitativ hochwertigen Beobachtungen. Satellitenmissionen haben das Feld revolutioniert. Die GRACE- und GRACE-FO-Missionen messen Veränderungen im Schwerefeld der Erde, so dass Wissenschaftler die Eisschilde wiegen und den Massenverlust mit unglaublicher Präzision verfolgen können. Die ICESat- und ICESat-2-Missionen verwenden Laseraltimetrie, um Änderungen in der Höhe der Eisoberfläche zu messen, was genaue Schätzungen der Ausdünnung ermöglicht. Die CryoSat-2-Mission der Europäischen Weltraumorganisation verwendet Radaraltimetrie, um die Höhe der Eisschilde und die Meereisdicke zu kartieren. Diese Satellitenmissionen werden durch luftgestützte Erhebungen (wie die NASA-Operation IceBridge) und bodengestützte Feldkampagnen ergänzt. Das Feld bleibt herausfordernd - die Antarktis ist immer noch der abgelegenste und feindlicheste Kontinent der Erde. Aber die gesammelten Daten haben unser Verständnis verändert. Der Konsens ist klar: Das Eis verliert mit einer Beschleunigungsrate an Masse und das Fenster zur Stabilisierung des Systems verengt sich.

Die Zukunft des Eises auf einem wärmenden Planeten

Die Entwicklung der Gletscher und Eisschilde der Welt in den kommenden Jahrzehnten wird weitgehend vom Tempo der Treibhausgasemissionen bestimmt. In einem Szenario mit hohen Emissionen wird der Beitrag des Eisverlustes zum Meeresspiegelanstieg erheblich sein, möglicherweise bis 2150 über 2 Meter. In einem Szenario mit niedrigen Emissionen, das mit den Zielen des Pariser Abkommens in Einklang steht, könnte die Rate des Eisverlustes erheblich verlangsamt werden, wobei der Erhalt des grönländischen Eisschilds und eines Großteils des westantarktischen Eisschilds langfristig erhalten bleibt. Der Unterschied zwischen diesen beiden Zukunftsszenarien ist groß. Die im nächsten Jahrzehnt getroffenen Entscheidungen werden das Ziel für die Temperaturen festlegen, die die Eisschilde für Jahrtausende erleben werden. Die Beweise sind eindeutig: Die Kryosphäre verändert sich rasant und die Folgen sind global. Weitere Investitionen in Beobachtungsnetze, verbesserte Eisschildmodelle und aggressive Klimaschutzmaßnahmen sind unerlässlich, um die Risiken zu verringern und sich auf die bevorstehenden Veränderungen vorzubereiten. Das Schicksal des Eises liegt letztlich in unseren Händen.