Hintergrund: Die Rolle Grönlands im globalen Klimasystem

Meeresspiegelanstieg

Mehr als ein Viertel des globalen Meeresspiegelanstiegs wird durch den Massenverlust des grönländischen Eisschildes verursacht [1,2,3] (Abbildung 1). Für den Zeitraum zwischen 1992 und 2011 beträgt der Anteil des grönländischen Eisschilds am Meeresspiegelanstieg etwa 7,5 mm, wobei von den 1990er zu den 2000er Jahren eine Vervierfachung des Massenverlusts der grönländischen Gletscher zu verzeichnen ist [4]. Insbesondere während des letzten Jahrzehnts hat sich dieser Massenverlust noch einmal beschleunigt [5,6,7] (Abbildung 2).

Weitere Effekte der Gletscherschmelze

Neben dem steigenden Beitrag des grönländischen Eisschilds zum Meeresspiegelanstieg hat der steigende Ausstrom von Inlandeis in den Ozean durch die erhöhte Schmelzwasserproduktion auch Folgen für die klimarelevanten beckenweiten Meeresströmungen [8,9,10,11]. Darüber hinaus transportiert das grönländische Schmelzwasser aufgrund der mikrobiellen Aktivität an der Grenzschicht zwischen Gletscher und Gestein einen bedeutenden Eintrag an biologisch relevanten Substanzen in den Ozean - z.B. Mikronährstoffe [12] oder gelösten Stickstoff [13] - mit bislang nicht erforschten Konsequenzen für die biologische Produktivität und damit das Fischaufkommen.

Die Ursachen

Was ist über die Ursachen des sich beschleunigenden Massenverlustes des grönländischen Eisschildes bekannt? Der 5. Sachstandsbericht des Internationalen Klimarats, IPCC AR5, hebt hervor, dass die Zunahme des Anteils der großen Eisschilde am Meeresspiegelanstieg seit den 1990er Jahren im Zusammenhang mit der Erwärmung der umgebenden Ozeane steht [14]. In der Tat wird die stärkste Zunahme des grönländischen Massenverlusts am Rand des Eisschilds bei jenen Gletschern beobachtet, die sich verstärkt zurückziehen, deren Fließgeschwindigkeit stark zunimmt und die an Mächtigkeit verlieren [15,16,17,18,19] (Abbildung 3). 

An der Schnittstelle zwischen Gletscher und Ozean

Auch der große Beitrag der peripheren Gletscher zum gesamten Massenverlust des grönländischen Eises (während der Periode 2000 bis 2011 etwa ein Viertel) [20,21], trotz ihres geringen Flächenanteils von etwa 5 %, unterstreicht die Bedeutung der Prozesse an der Schnittstelle von Eis, Ozean und Atmosphäre. Beobachtungen einzelner Gletscher zeigen, dass die Beschleunigung der vergangenen Jahre mit einer Erwärmung des Fjordwassers einherging [20,21], die ihre Ursache im Einströmen wärmeren Ozeanwassers hat. Wärmeres Wasser an der Unterseite der Eiszungen von marin terminierenden Gletschern führt über basales Schmelzenzu einer Ausdünnung des Gletschers. Letzteres kann eine Beschleunigung des Eisstroms oder einen vollständigen Abbau der Gletscherzunge bewirken. Auch Modellstudien schlagen den Ozean als plausibelsten Treiber der Gletscherveränderungen vor [24], aber die zugrundeliegenden Mechanismen sind auch aufgrund fehlender Beobachtungen bislang wenig verstanden.

Auf der anderen Seite kann aber subglaziales Schmelzwasser, das an der Aufsetzlinie an der Basis des Gletschers in den Ozean gelangt und zum Teil von der Gletscheroberfläche stammt, das basale Schmelzen in der Kaverne unter der Gletscherzunge modifizieren [25,26,27]. Derzeit kann nicht quantifiziert werden, welche Anteile des Massenverlusts auf supraglaziales Schmelzen bzw. auf dynamischen Eismassenverlust aufgrund von Gletscherdestabilisierung entfallen [6]. Mit dem supraglazialen Beitrag kommt auch die Atmosphäre als entscheidender Antrieb mit ins Spiel,der über komplexe multiskalige Prozesse auf die Gletscheroberfläche einwirkt [28].

Gletscherdynamik

Die Dynamik marin terminierender Gletscher spielt für den Massenverlust nach Einschätzung des Internationalen Klimarats eine bisher deutlich unterschätzte Rolle [6]. Im April 2016 hat der IPCC daher auf seiner 43. Sitzung beschlossen, einen Sonderbericht zum Thema „Ozean und Kryosphäre im Klimawandel“ zu verfassen. Das gleichzeitige Auftreten des Massenverlusts entlang der Ränder des grönländischen Eisschilds, der Beschleunigung und Rückzugs der Gletscher einerseits und die Erwärmung des Nordatlantiks andererseits weisen auf eine Wechselwirkung an der Grenzfläche zwischen Gletschern und Ozean hin. Diese Wechselwirkung ist bislang wenig erforscht, so dass sich international neue interdisziplinäre Forschungsfelder entwickeln [18,29] (siehe GRISOnetwork http://web.whoi.edu/griso/).

Ein komplexes Problem

Die Wechselwirkungen zwischen Eisschild und Ozean sind bislang bei weitem nicht in ausreichendem Maße verstanden, um zuverlässige Prognosen für den zukünftigen Beitrag der Eisschilde zu Meeresspiegeländerungen machen zu können. Diese Wechselwirkung zwischen grönländischem Eis und dem Nordatlantik bzw. dem Arktischen Ozean erfolgt über eine Vielzahl kleinräumiger peripherer und Auslassgletscher, die direkt im Kontakt mit dem Ozean sind. Jüngste Untersuchungen u.a. im Süden Grönlands legen nahe, dass der wärmerwerdende Nordatlantik über diesen Kontakt eine entscheidende Rolle für die Destabilisierung des Eisschilds spielen könnte. Ein Zusammenhang zwischen ozeanischer Erwärmung und vermehrtem Kalben von Eisbergen wird auch aus Paläostudien an Sedimentkernen unterstützt [30,31].

Regionale Unterschiede

Bislang war der Eisverlust vorwiegend an Grönlands südöstlichen und westlichen Auslassgletschern und den peripheren Gletschern zu beobachten [22,23,32,33,34], in deren Fjorden warmes Atlantikwasser aus dem subpolaren Nordatlantik zirkuliert. Der Rückgang der Gletscher dort setzte zeitgleich mit der Akkumulation und Erwärmung vonAtlantischem Wasser ein [35]. Aber in den vergangenen Jahren ist die Erwärmung des Nordatlantiks auch bis in das Europäische Nordmeer und die Arktisvorgedrungen [36,37]. Daraus ergibt sich die Frage, inwieweit diese Erwärmung auch die marin terminierenden Gletscher an der Nordostküste Grönlands erreicht hat, die bis vor wenigen Jahren noch als stabil galten. Dort befindet sich der einzige großen Eisstrom Grönlands, der „Northeast Greenland Icestream“(NEGIS, s. auch Abb. 5), der über drei Gletscher drainiert.

Der 79°N-Gletscher und Zachariæ Isstrøm

Der mächtigste, derzeit noch am Anfang des Rückzugs stehende Gletscher ist der 79°N-Gletscher (Abb. 4a). Seit einigen Jahren verliert auch dieser Gletscher Masse durch Beschleunigung [38]. Sein unmittelbarer Nachbar, der Zachariæ Isstrøm, hat dagegen in den vergangenen Jahren fast seine gesamte Eiszunge eingebüßt und sich in Folge dessen beschleunigt und einen Rückzug der Aufsetzlinie erfahren und ist damit heute ein Tidewater Gletscher (Abb. 4a). Beide Gletscher zusammen drainieren rund 16 % des gesamten grönländischen Eisschilds, so dass ein Erhöhung des Massenverlusts dort signifikante Änderung am gesamten Beitrag Grönlands zum Meeresspiegelanstieg bedeutet. Mouginot et al., (2015) zeigt zudem, dass die Oberflächenmassenbilanz, also Schneezutrag und Ablation dafür nicht verantwortlich sind, sich diese im Rahmen der dekadischen und interannualen Variabilität keinen negativen Trendaufweisen. Der Ausstrom von Eis hat sich aber für beide Gletscher durch Beschleunigung erhöht [38]. Es ist daher plausibel die Hypothese zu formulieren, dass diese Veränderung durch Erwärmung von Ozean und Atmosphäre verursacht wurde, wie es auch Mouginot et al., (2015) und Kahn et al. (2015) tun. Durch das fehlende Prozessverständniskann diese Hypothese derzeit nicht belegt werden.

  • Weiterführende Literatur zum Thema

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    Projektförderung

    Koordination

    Prof. Dr. Torsten Kanzow

    Alfred-Wegener-Institut
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    +49(471)4831-2913
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    Projektpartner