Innerhalb von GROCE wird eine Kombination aus in situ Beobachtungen, Fernerkundung und numerischer Modellierung von Eisströmen, Gletschern und dem Ozean eingesetzt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Ozeanographie, der Glaziologie, der Geodäsie und der Eisschildmodellierung führen ihre Ergebnisse zusammen, um dadurch ein besseres Verständnis dieses komplexen Systems zu erlangen.

  • Ein visko-elastisches Materialmodell zur Simulation der Dynamik der Aufsetzlinie

    Das Verständnis der Dynamik des Übergangs zwischen dem gegründeten Inlandeisteil eines Gletschers und der schwimmenden Zunge, die sogenannte Aufsetzlinie, ist essentiell für Prognosen des Beitrags eines Gletschers zum Meeresspiegel. Die Aufsetzlinie bewegt sich auf längeren Zeitskalen (über Jahre) durch Beschleunigung des Gletschers, durch Ausdünnen des schwimmenden Bereichs und auf kurzen Zeitskalen durch die Gezeiten. Gerade durch die nichtlineare Kopplung des Gezeitenantriebs mit dem Gleiten des Gletschers über den Untergrund entsteht eine Variation der Fließgeschwindigkeiten des Gletschers. Um diesen wichtigen Effekt einzubeziehen, der auf langen Zeitskalen einen erheblichen Einfluss auf den Gletscher hat, wird in GROCE ein innovatives, visko-elastisches Materialmodell zur Simulation der Dynamik der Aufsetzlinie benutzt werden, während Eismodelle normalerweise nur ein reinviskoses Material annehmen.
  • Geodätische Messungen

    Wechselwirkungen im komplexen System Eisschild – Ozean werden zusätzlich durch Deformationen der festen Erde moduliert. Diese Deformationen verknüpfen eine große Bandbreite zeitlicher und räumlicher Skalen. Glazial-isostatische Ausgleichsprozesse (GIA) der festen Erde sind ein langfristiger Effekt in Reaktion auf eine Belastung bzw. Entlastung der Erdkruste durch zu- bzw. abnehmende Eismassenauflast. Die gesamte Eisauflastgeschichte seit dem letzten glazialen Maximum (LGM) hat Auswirkung auf das heutige Deformationsmuster und auf die Entwicklung des regionalen Meeresspiegels. Die Terminierung sowohl des LGM als auch holozäner Rückzugs- und Vorstoßereignisse ist derzeit ungenügend erforscht und verstanden (Huybrechts, 2002; Simpson u.a., 2009, 2011). Der GIA-Effekt muss berücksichtigt werden, wenn aus Satellitengravimetrie Massenänderungen des Inlandeises oder des Ozeans abgeleitet werden sollen. Beträgt die GIA-Unsicherheit bei satellitengravimetrischen Messungen des gesamten Eisschilds bis zu 10% der Gesamtmassenbilanz (Velicogna und Wahr, 2013), so dürften die relativen Unsicherheiten für regionale Untersuchungen wie für Nordost-Grönland weitaus größer sein. Mit bodengebundenen, geodätischen Messungen der vertikalen Deformation soll in GROCE der summarische Effekt von GIA und der elastischen Deformation aufgrund der rezenten Eismassenbilanz erfasst werden. Süßwassereintrag kann durch Oberflächenschmelzen als run-off entstehen, durch basales Schmelzen unter der Zunge, durch subglaziales Wasser das an der Aufsetzlinie in den Ozean drainiert und durch Schmelzen von Eisbergen. Der beschleunigte Massenverlust in den letzten Dekaden könnte durch den Einstrom von wärmerem Wasser in die Fjorde und unter die Eiszunge der Gletscher verursacht werden. Wie hoch die basalen Schmelzraten jedoch aktuell sind und wie stark sie sich verändern ist unsicher. Außerdem besteht Unklarheit, wie viel Schmelzwasser aus den Fjorden in den Randstrom um Grönland gelangt und welche Prozesse dies steuern. Ebenfalls unklar ist der Anteil der Schmelzwassers, der aus dem Randstrom ins Innere des Europäischen Nordmeers und des subpolaren Nordatlantiks exportiert wird.
  • Messung und Interpretation der Verteilungen von Helium und Neon-Isotopen

    Eine weitere offene Frage ist die räumliche und zeitliche Variabilität dieser Prozesse. In GROCE soll eine Methode angewendet werden, die bereits im Südlichen Ozean mit Erfolg die Verteilungen der basalen Schmelzwasserverteilung und deren Änderungen bestimmt hat: die Messung und Interpretation der Verteilungen von Helium und Neon-Isotopen von den Kavernen unter der Gletscherzunge über die Fjorde, die Randströme und das Beckeninnere (Huhn et al., 2008). Durch die fast 1000 fache überhöhten Konzentrationen in reinem basalen Schmelzwasser können im Ozean Anteile bis zu 0.035 Prozent bestimmtwerden.
  • Phasensensitive Radarsysteme (pRES) zur Bestimmung basaler Schmelzraten

    Parallel dazu sollen in GROCE basale Schmelzraten unter der Eiszunge des 79°N Gletschers durch Messungen mit Phasensensitiven Radarsystemen (pRES) bestimmt werden. Letztere werden auch die zeitliche Variabilität der Schmelzraten erfassen können.Wir gehen davon aus, dass der Süßwassereintrag durch Grönlandgletscher - Auslassgletscher sowie periphere Gletscher - in das Europäische Nordmeer und den Nordatlantik lokal und regional den Meeresspiegel sowie die Zirkulation beeinflusst. Da auch die Erwärmung des Ozeans sowie die Salzgehaltsveränderung durch den Import des Arktischen Süßwasserüberschusses (Rabe et al., 2013; 2014) den Meeresspiegel verändern, müssen diese Effekte voneinander getrennt werden. Dies kann nur durch eine Kombination von Beobachtungen und Modellierung geschehen, wobei die Modelle die kleinräumigen Wechselwirkungen zwischen dem Fjord, dem Randstrom und dem Ozeaninneren realitätsnah simulieren müssen.
  • Hydrographische Messungen der Ozeanzirkulation

    Ebenfalls untersucht werden muss die Rolle der sich verändernden Ozeanzirkulation auf den Einstrom von warmem Wasser in die Fjorde und somit auf das Schmelzverhalten der Gletscher.

Projektförderung

Koordination

Prof. Dr. Torsten Kanzow

Alfred-Wegener-Institut
Bussestraße 24
27568 Bremerhaven
+49(471)4831-2913
Torsten.Kanzow@awi.de

Website: Mario.Hoppmann@awi.de

Projektpartner