Gletscherschmelze zerstört wichtige Klimadatenarchive

Im Rahmen der Ice Memory-Initiative analysierten Forscher des Paul Scherrer Instituts (PSI) zusammen mit Kollegen der Universität Freiburg und der Universität Ca‘ Foscari in Venedig sowie dem Institut für Polarwissenschaften des italienischen Nationalen Forschungsrats (CNR) Eis Bohrkerne aus den Jahren 2018 und 2020 vom Corbassière-Gletscher am Grand Combin im Kanton Wallis.

Nun ein Vergleich der beiden Eiskernsätze, veröffentlicht in Naturgeowissenschaftenzeigt, dass die globale Erwärmung zumindest diesen Gletscher als Klimaarchiv unbrauchbar gemacht hat.

Über den Corbassière-Gletscher im Grand-Combin-Massiv lassen sich keine verlässlichen Aussagen über das vergangene Klima und die Luftverschmutzung mehr machen, da das Abschmelzen der alpinen Gletscher schneller voranschreitet als bisher angenommen. Zu diesem ernüchternden Ergebnis kommen Forschende um Margit Schwikowski, Leiterin des Labors für Umweltchemie am PSI, und Carla Huber, Ph.D. Student und Erstautor der Studie, als sie die Signaturen der in den jährlichen Eisschichten eingeschlossenen Partikel verglichen.

Gletscher sind für die Klimaforschung von unschätzbarem Wert. In ihrem Eis sind die klimatischen Bedingungen und die Zusammensetzung der Atmosphäre vergangener Zeiten erhalten. Daher können sie – ähnlich wie Baumringe und Meeressedimente – als sogenanntes Klimaarchiv für die Forschung dienen.

Normalerweise schwankt die Menge an partikelgebundenen Spurenstoffen im Eis mit den Jahreszeiten. Stoffe wie Ammonium, Nitrat und Sulfat stammen aus der Luft und lagern sich durch Schneefall auf dem Gletscher ab; Im Sommer sind die Konzentrationen hoch und im Winter niedrig, da bei kalter Luft geringere Mengen verschmutzter Luft aus dem Tal aufsteigen können.

Der Eiskern aus dem Jahr 2018, der im Rahmen einer Voruntersuchung aus bis zu 14 Metern Tiefe gebohrt wurde und Ablagerungen aus dem Jahr 2011 enthält, zeigt diese Schwankungen erwartungsgemäß. Doch der Kern aus dem Jahr 2020 aus bis zu 18 Metern Tiefe – gebohrt unter der Leitung des PSI-Forschers Theo Jenk – zeigt diese Schwankungen nur für die oberen drei bis vier Jahresschichten. Tiefer im Eis, also weiter in der Vergangenheit, wird die Konzentrationskurve der Spurenstoffe merklich flacher und die Gesamtmenge sinkt. Darüber berichtet Schwikowskis Team in ihrer Studie.

Vom Schmelzwasser weggespült

Ihre Erklärung für die beobachtete Diskrepanz: Zwischen 2018 und 2020 muss die Gletscherschmelze so stark gewesen sein, dass besonders viel Wasser von der Oberfläche in den Gletscher eindrang und die darin enthaltenen Spurenstoffe in die Tiefe trug.

„Aber offenbar ist das Wasser dort nicht wieder gefroren und die Spurenstoffe konzentrierten sich“, so das Fazit des Umweltchemikers, „sondern stattdessen ist es abgeflossen und hat sie buchstäblich weggespült.“ Das verzerrt natürlich die Signaturen der geschichteten Einschlüsse. Das Klimaarchiv wird zerstört. Es ist, als ob jemand in eine Bibliothek eingebrochen wäre und nicht nur alle Regale und Bücher durcheinander gebracht, sondern auch viele Bücher gestohlen und die einzelnen Wörter in den verbleibenden Büchern verwechselt hätte, so dass es unmöglich wäre, die Originaltexte zu rekonstruieren.

Die Forscher untersuchten die meteorologischen Daten von 2018 bis 2020. Da es auf dem Gipfel des Grand Combin keine Wetterstation gibt, kombinierten sie Daten der umliegenden Stationen und extrapolierten sie für das Untersuchungsgebiet auf dem Berg. Nach dieser Berechnung war es auf dem Gletscher dem allgemeinen Klimatrend entsprechend warm, allerdings handelte es sich bei diesen Jahren nicht um extreme Ausreißer.

„Daraus schließen wir, dass es keinen singulären Auslöser für dieses starke Abschmelzen gab, sondern dass es auf viele warme Jahre in der jüngeren Vergangenheit zurückzuführen ist“, sagt Schwikowski. „Es scheint, dass eine Schwelle überschritten wurde, die nun zu einer vergleichsweise starken Wirkung geführt hat.“

Unerwartete Dynamik

Unterm Strich zeigt das Beispiel des Grand Combin, dass das Abschmelzen der Gletscher dynamischer voranschreitet, als Experten angenommen hatten.

„Es ist schon lange klar, dass sich die Gletscherzungen zurückziehen. Aber wir hätten nicht gedacht, dass auch die Versorgungsgebiete hochalpiner Gletscher so stark betroffen sein würden – also ihr höchster Teil, wo sich der Eisnachschub bildet.“ „, sagt Schwikowski.

Bisher untersuchten die Forscher die Verteilung von Sauerstoffisotopen im Eis, die Aufschluss über Temperaturentwicklungen geben können, sowie von ionischen Spurenverbindungen wie Ammonium, Nitrat und Sulfat. Als nächstes wollen sie analysieren, inwieweit auch die Signaturen organischer Substanzen im Eis betroffen sind.

Ice Memory: Schutzgebiet aus Eiskernen in der Antarktis

Das interessiert Schwikowski auch deshalb, weil sie sich zusammen mit anderen Eiskernexperten aus aller Welt an der Initiative der Ice Memory Foundation beteiligt. Ziel dieser Forschungsanstrengungen ist es, in 20 Jahren Eiskerne von 20 gefährdeten Gletschern auf der ganzen Welt zu gewinnen und diese in einem globalen Klimaarchiv zu sammeln. Die in etwa einen Meter langen und acht Zentimeter großen Stäbe geschnittenen Kerne, die einzeln aus der Tiefe geborgen wurden, sollen dauerhaft und sicher in einer Eishöhle der italienisch-französischen Forschungsstation Concordia in der Antarktis gelagert werden – verwaltet von einem internationalen Unternehmen Governance auf lange Sicht.

Die verlässlichen Temperaturen in der Nähe des Südpols von durchschnittlich minus 50 Grad Celsius sorgen dafür, dass die Kerne auch in Zukunft für Studien nutzbar bleiben, selbst wenn die globale Erwärmung irgendwann alle Alpengletscher abschmelzen lässt. Dies ist wichtig, da sich die Analysemethoden ständig verbessern und zukünftige Generationen von Wissenschaftlern völlig andere Informationen aus dem Eis gewinnen könnten.

Der Grand-Combin-Eiskern dürfte eine dieser 20 Gletscherproben sein.

„Aber am Berg war uns schon klar, dass daraus nichts werden würde“, sagt Schwikowski. „Wie gesagt, die Probebohrung im Jahr 2018 sah noch gut aus. Doch im Jahr 2020 stießen wir mehrmals auf dicke, feste Eisschichten, die sich zwischenzeitlich durch Schmelzen und erneutes Gefrieren des Wassers gebildet hatten. Eine solche besonders dicke Schicht trafen wir bei Eine Tiefe von 17 bis 18 Metern, die sich unter einer sehr wässrigen, weichen Schicht befand. Dieser Übergang bereitete uns enorme Probleme. Besonders als wir tiefer bohrten und ihn dann herauszogen, blieb der Bohrer in der harten Eisschicht hängen. Wir wären fast Ich habe dieses teure Gerät verloren.“

Da weitere Versuche an anderen Stellen des Gletschersattels auf die gleiche Schicht und die gleichen Schwierigkeiten stießen, mussten die Forscher die Expedition abbrechen. Eigentlich wollten sie 80 Meter tief bis zum Grundgestein bohren, um das gesamte Jahrtausende umfassende Archiv des Gletschers zu erfassen. Dies war jedoch nicht möglich.

„Und unsere Analysen haben es nun bestätigt“, sagt Schwikowski. „Beim Grand Combin sind wir schon zu spät.“

Das Rennen gegen die Zeit

Es besteht die Befürchtung, dass dies auch bei anderen Gletschern auf der ganzen Welt der Fall ist, die im Rahmen von Ice Memory noch beprobt werden müssen. In den Alpen gibt es neben dem Col du Dôme-Gletscher am Mont Blanc auf 4.250 Metern, wo das Projektteam 2016 erstmals gebohrt hat, nur den Colle Gnifetti an der italienisch-schweizerischen Grenze, der mit 4.450 Metern sogar noch höher und damit kälter ist als der Grand-Combin-Gletscher. Dort konnte das PSI-Team zusammen mit den Partnern der Ice Memory Foundation im folgenden Jahr tatsächlich einen Eiskern mit noch intakter Signatur erhalten.

Kerne aus Illimani in den bolivianischen Anden, aus Belukha im russischen Altai und aus Elbrus im Kaukasus wurden bereits gesichert. Im vergangenen Jahr gab es auch Expeditionen auf Spitzbergen und dem Col del Lys in Italien; ihre Analysen stehen noch aus. Eine Expedition zum Kilimandscharo, der über den einzigen bedeutenden Eiskörper Afrikas verfügt, scheiterte letztes Jahr an politischen und administrativen Problemen.

Das Projekt ist ein Wettlauf gegen die Zeit. Eine Erfolgsgarantie gibt es keineswegs. Rückschläge wie beim Grand Combin werden von Jahr zu Jahr wahrscheinlicher.