Wie schnell schmilzt Grönlands Eis?

Eine der grossen Unsicherheitsfaktoren bezüglich des zukünftigen Meeresspiegelanstiegs betreffen dynamische Prozesse, die zum Abschmelzen des grönländischen Eisschildes beitragen. In den letzten Monaten und Jahren wurden verschiedene Studien veröffentlicht, die sich mit diesen Prozessen beschäftigen. Zur Zeit ist der Beitrag von Grönland zum Meeresspiegelanstieg noch relativ gering, ist aber in den letzten Jahren bereits auf 10-20% angestiegen. In Zukunft könnte er noch deutlich ansteigen. Aktuelle Beobachtungen zeigen jedoch so hohe Schwankungen in der Eisdynamik, dass sich daraus keine klaren Trends ablesen lassen [1,2] und im letzten IPCC-Bericht auf eine Quantifizierung dieser Prozesse verzichtet worden ist.

Der grönländische Eisschild ist die nach der Antarktis zweitgrösste Eismasse auf der Erde. Er enthält eine Masse, die als Wasser für eine Erhöhung des weltweiten Meeresspiegels um rund 7 Meter ausreichen würde. Doch diese riesige Eismasse ist eigentlich nur ein Relikt aus der letzten Eiszeit, die vor über 10'000 Jahren endete. Seine Existenz unter heutigen Klimabedingungen verdankt er seiner grossen Masse und der auf bis zu 3000 Metern hoch gelegenen zentralen Fläche, wo durch die dort herrschenden kalten Temperaturen der Niederschlag als Schnee fällt. Aus Beobachtungen aus der Vergangenheit und anhand von Modellrechnungen lässt sich ableiten, dass unter den heutigen Klimabedingungen in Grönland kein vergleichbar grosser Eisschild entstehen würde, wenn es ihn nicht schon gäbe. Daraus lässt sich bereits der Schluss ziehen, dass ein mögliches Abschmelzen des Eisschildes wohl für zehntausende von Jahren irreversibel wäre.

Die Abschmelzprozesse zeigen verschiedene positive Rückkopplungen: Wenn die Dicke des Eisschildes abnimmt, liegt dadurch die Eisoberfläche in geringerer Höhe und ist damit höheren Temperaturen ausgesetzt. Diese höheren Temperaturen beschleunigen das Abschmelzen, die Dicke nimmt weiter ab und die Temperaturen weiter zu, usw.  Im Weiteren ist Eis nicht eine feste Masse, sondern fliesst wie ein zähflüssiger Pudding, der sich auf alle Seiten ausbreitet, soweit er nicht durch Hindernisse gestoppt wird. Die Eismasse schmilzt vor allem am Rand, dort wo das Eis in tiefen Lagen liegt und die Temperaturen relativ hoch sind. Schmilzt am Rand Eis weg, so fliesst Eis aus den höher gelegenen Gebieten nach. Auf diese Weise kann sich die Eisoberfläche in grossen Gebieten absenken.

Hohe Dynamik am Rand des Eisschildes im Nordatlantik

Ein beträchtlicher Teil des im Inneren des Eisschildes gebildeten Eises wird durch riesige Ausflussgletscher direkt ins Meer transportiert, wo es langsam schmilzt. In den letzten zehn Jahren hat sich die Fliessgeschwindigkeit vieler Ausflussgletscher stark erhöht, bei einigen Gletschern bis auf das Doppelte, womit natürlich auch der Abfluss von Eis aus dem Eisschild entsprechend zunahm. Ursprünglich wurde als Ursache vermutet, dass vermehrter Zufluss von Oberflächen-Schmelzwasser durch Spalten und Höhlen zum Gletscheruntergrund wie ein Schmiermittel wirkt, so dass die Reibung ab-, und die Fliessgeschwindigkeit zunimmt. Neuste Auswertungen zeigen jedoch, dass zwar lokale Beschleunigungen des Eisflusses beobachtet werden, die großen Eisströme jedoch nicht sehr stark auf die erhöhte Schmelzwasserzufuhr zu reagieren scheinen.

Inzwischen nimmt man aufgrund von Beobachtungen und Modellrechnungen an, dass die Beschleunigung der Ausflussgletscher primär auf erhöhte Ozeantemperaturen zurückzuführen ist [3]. Durch das wärmere Wasser schmelzen die schwimmenden Gletscherzungen, werden dünner und zerbrechen schließlich ganz. Dadurch werden die Druckverhältnisse im Gletscher so verändert, dass das Eis schneller ins Meer fließt und auch schneller abbricht. Durch die Beschleunigung wird mehr Eis vom Inneren des Eisschildes wegtransportiert, und die Eisoberfläche senkt sich bis weit in den Eischild hinein ab.

Auch kleine Gletscher am Rand des Eisschildes, die nicht im Meer enden, verlieren zur Zeit stark an Masse. Dies trägt wesentlich zum Massenverlust des Eisschildes bei [4], doch wurde dies bisher nur regional begrenzt erfasst.

Die Frage, ob diese Dynamik des Eisflusses zu einer starken Beschleunigung des Abschmelzens des grönländischen Eisschildes und damit zu einem starken Meeresspiegelanstieg führen kann, ist zur Zeit sehr schwierig zu beantworten. Es fehlen ganz einfach (noch) die Daten, um die in den letzten Jahren und Jahrzehnten abgelaufenen Prozesse genügend erfassen und interpretieren zu können. Bezüglich Katastrophenszenarien wurde kürzlich eine, wenn auch nicht sehr beruhigende, Obergrenze abgeschätzt: Die Menge des möglichen Eisabflusses durch die Ausfluss-Gletscher ist begrenzt, da deren Zahl und Querschnitt beschränkt sind. Entsprechende Berechnungen zeigen, dass Ausflussgeschwindigkeiten, die zu einer Meeresspiegelerhöhung von über zwei Metern bis zum Ende dieses Jahrhunderts führen würden, physikalisch unwahrscheinlich sind [5].

Ein Blick in die Vergangenheit zeigt, dass sehr rasche Veränderungen möglich sind. Vergleiche mit früheren Epochen mit starken Abschmelzvorgängen und Meeresspiegelanstiegen vor 125'000 oder 15'000 Jahren sind allerdings nur beschränkt hilfreich, weil damals die Vergletscherung der Arktis anders aussah als heute und weitere große Eismassen vorhanden waren (z.B. der Laurentidische Eisschild, der das ganze heutige Kanada und Teile der USA bedeckte). Kürzlich veröffentlichte Untersuchungen zeigen immerhin, dass das Abschmelzen des Laurentide-Eisschilds anscheinend zu Meeresspiegelanstiegen von rund einem Meter pro Jahrhundert geführt hat. Obwohl Vergleiche schwierig sind, liegen die damaligen Verhältnisse in ähnlichen Größenordnungen wie heute in Grönland [6].

Die aktuelle Entwicklung der Massenbilanz ist aus lokalen Messungen kaum abzuschätzen. Deshalb wurden ausgeklügelte Messmethoden über Satelliten entwickelt, die flächendeckend angewendet werden können (z.B. feinste Änderungen in der Erdanziehung, Laser-Höhenmessungen, GPS). Die unterschiedlichen Methoden geben ähnliche Resultate: In den letzten Jahren verlor der grönländischen Eisschild rund 150 bzw. 200 Milliarden Tonnen Eis pro Jahr. Neuste Berechnungen ergeben für 2007 bereits einen Verlust von rund 270 Milliarden Tonnen [7]. In den letzten 10 Jahren wurde beinahe eine Verdreifachung des Massenverlustes pro Jahr beobachtet. Aber es besteht zur Zeit keine Möglichkeit, auch nur die Grössenordnung der zukünftigen Entwicklung abzuschätzen.

Ein weiterer Unsicherheitsfaktor in der Entwicklung bildet der zur Zeit unerwartet rasche Rückgang der sommerlichen Eisbedeckung in der Arktis. Es gibt kaum Anhaltspunkte dafür, was ein sommerliches Schmelzen des Meereises an der Nordküste Grönlands für den Eisschild genau bedeuten würde. Die entstehende freie Wasseroberfläche führt zu einer verstärkten Erwärmung und verstärkten Schmelzprozessen, mindestens im Sommer. Das erhöhte Feuchtigkeitsangebot führt im Zentrum des Eisschildes wohl zu erhöhtem Schneefall und Eisbildung, doch wird damit das zusätzliche Abschmelzen am Rand kaum kompensiert. Die Stärke dieser Einflüsse ist nicht bekannt. Eine weitere massgebliche Beschleunigung des Massenverlustes ist jedoch durchaus möglich.

In Bezug auf den Meeresspiegelanstieg haben wir es ja nicht nur mit Grönland zu tun. In der Westantarktis, stehen wir vor ähnlichen Ungewissheiten. Auch dort wurde in den letzten Jahren eine Beschleunigung von Eisabflüssen beobachtet, und es gibt riesige Eismassen, die unter dem Meeresspiegel aufliegen und beim Abschmelzen vom Boden weggehoben würden. Weil die Temperaturen am Südpol viel kälter sind als am Nordpol, spielt in der Antarktis weniger die Erwärmung der Luft als vielmehr die Erwärmung des Meerwassers eine entscheidende Rolle.

Trotz vielen offenen Fragen lässt sich der mögliche Rahmen aufgrund der physikalischen und geographischen Bedingungen etwas einschränken. Eine katastrophal schnelle Entwicklung, die zu einem Meeresspiegelanstieg von über zwei Metern noch in diesem Jahrhundert führen würde, ist unwahrscheinlich. Doch bereits ein Meeresspiegelanstieg von rund einem Meter, was beim heutigen Kenntnisstand nicht unrealistisch scheint, ist bei der heutigen Bevölkerungsdichte an den Küsten sehr problematisch.

Literatur:

[1]  F.M. Nick et al., Nature Geoscience, doi:10.1038/ngeo394 (online 11 Feb 2009) http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/abs/ngeo394.html 

[2]  R. Kerr, Science, Vol. 323: S. 458 (2009) http://www.sciencemag.org/cgi/content/summary/323/5913/458ac

[3] D.M. Holland et al., Nature Geoscience, Vol. 1, 659ff (2008) http://www.nature.com/ngeo/journal/v1/n10/abs/ngeo316.html

[4] I.M. Howat et al., Geophysical Research Letters, Vol. 35: L17505 (2008). http://www.agu.org/pubs/crossref/2008/2008GL034496.shtml

[5] W.T. Pfeffer et al., Science 321: 1340ff (2008). http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/sci;321/5894/1340

[6]  A.E. Carlson et al., Nature Geosciences 1: 620ff (2008). http://www.nature.com/ngeo/journal/v1/n9/abs/ngeo285.html

[7]  E. Rignot et al., Geophysical Research Letters, Vol. 35, L20502 (2008). http://www.agu.org/pubs/crossref/2008/2008GL035417.shtml

 

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