Ein internationales Forscherteam hat erstmals gezeigt, wie 18 Schmelzwasserseen in Grönland im Winter kollabieren, wodurch die Eisränder schneller fließen. Die neuen Erkenntnisse sind essenziell, um zu verstehen, wie der Klimawandel den Eismassenstrom in der Arktis beeinflusst.
Mitten im Winter 2018 verschwand im Westen Grönlands ein fast 50 Jahre alter Schmelzwassersee vom Eisschild. Der See war bei seinem Einsturz von Schnee und Eis bedeckt, speicherte aber flüssiges Wasser im Inneren. Das Wasser verschwand in neu entstandenen Rissen und trieb durch die etwa 2 km dicke Eisschicht nach unten. Das Wasser traf auf das Felsbett unter dem Eis und floss unter der Eisdecke hervor in Richtung Meer.
Dieses Schmelzwasser diente als Schmiermittel zwischen dem Gesteinsbett und dem dicken Eis darüber. Infolgedessen könnte die große Eismasse schneller in Richtung Küste gleiten und eine ungewöhnlich große Inlandeisregion beschleunigen. Die Entwässerung dieses Sees ließ auch mehrere andere Seen im angrenzenden Gebiet einstürzen. Insgesamt haben die eingestürzten Seen etwa 180 Millionen Tonnen Schmelzwasser freigesetzt, das in die Weltmeere gelangt ist.
Diese Aktivität wird durch neue internationale Forschung auf der Grundlage von Satellitendaten unter Leitung der französischen Université Grenoble Alpes mit Beiträgen von DTU Space an der Technical University of Denmark (DTU) gezeigt. Die Studie ist gerade erschienen in Geophysikalische Forschungsbriefe.
„Die Schmelzwasserseen auf dem Eisschild bilden sich im Sommer, wenn das Eis an der Oberfläche schmilzt. Es ist bekannt, dass diese Seen im Sommer zusammenbrechen und abfließen können. Aber überraschenderweise geschieht dies auch im Winter. Dies ist das erste Mal Zeit, dass gezeigt wurde, dass diese spezifischen Seeentwässerungen im Winter, wenn die Temperaturen sehr niedrig sind, große Eisbeschleunigungen verursachen“, sagt Postdoc und Forscher Nathan Maier, Hauptautor des Artikels.
Als Forscher an der Université Grenoble Alpes in Frankreich leitete er die umfangreiche internationale Forschungszusammenarbeit hinter der Entdeckung. Heute ist er Forscher am Los Alamos National Laboratory in den USA
„Insgesamt sind durch die im Zusammenhang mit diesem Vorfall trockengelegten Seen 180 Millionen Tonnen Wasser ins Meer geflossen. Das entspricht in etwa dem Inhalt von 80.000 olympischen Schwimmbecken mit den Maßen 50 mal 25 mal 2 Meter“, sagt Nathan Maier.
Der 50 Jahre alte See, der als erster entwässert wurde, lag etwa 160 km landeinwärts, hoch auf der Eisdecke. Der See bestand aus Schmelzwasser und hatte wegen der kalten Wintertemperaturen einen gefrorenen Eisdeckel. Als er einstürzte und das Wasser unter dem Eis in Richtung der Küste Westgrönlands floss, löste dies eine Kaskade von Ereignissen aus, die dazu führte, dass auch andere Seen entleert wurden. Unter anderem hat der Druck des Wassers, das unter dem Eis des 50 Jahre alten Sees lief, wahrscheinlich dazu beigetragen, weitere Risse im Eis darüber zu bilden, wodurch auch diese Seen undicht wurden.
18 Seen wurden in einem Gebiet entwässert, das etwa dreimal so groß ist wie der Großraum London
Insgesamt 18 Seen stürzten ein und beschleunigten eine 5.200 Quadratkilometer große Eisdecke, was mehr als der dreifachen Größe des Großraums London entspricht. Die Forscher stellen fest, dass dies im Winter 2018 über einen Monat hinweg geschah, als die Lufttemperaturen unter dem Gefrierpunkt lagen.
„Wir haben nur ein begrenztes Gebiet untersucht, aber wir haben guten Grund anzunehmen, dass ähnliche Ereignisse an vielen weiteren Orten in Grönland stattfinden. Wenn dies auf größere Teile des Eisschildes zutrifft, könnten es ziemlich große Mengen an Schmelzwasser sein, die darin verschwinden auf diese Weise und bewirken, dass die Eisdecke schneller in Richtung Meer gleitet“, sagt Jonas Kvist Andersen, Postdoktorand am DTU Space in Dänemark und Mitautor des Artikels.
Das untersuchte Gebiet umfasst vor allem den großen Jakobshavn Isbræ, der im Westen Grönlands ins Meer mündet und der am schnellsten fließende Gletscher der Welt ist, sowie einen kleineren Gletscher südlich davon, der an Land endet.
Unbekannt, ob Entwässerungen im Winter häufiger werden
Es scheint naheliegend zu schlussfolgern, dass die Seen aufgrund der globalen Erwärmung im Winter zu kollabieren begonnen haben. Vor allem, wenn ein fast 50 Jahre alter See mitten im Winter plötzlich trockengelegt wird und das Schmelzwasser im Meer landet und zum Anstieg des Meeresspiegels beiträgt. Aber das ist laut den Forschern nicht selbstverständlich.
„Es ist noch nicht bekannt, ob Entwässerungen wie diese in einer wärmeren Zukunft häufiger auftreten und dann weiter zum Massenverlust der Eisdecke beitragen werden. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Mechanismen oder Auslöser besser zu verstehen, die das Abfließen der Seen verursachen. “, sagt Nathan Maier.
„Im Moment basiert unser Verständnis davon, wie sich das Schmelzen der Oberfläche in Zukunft auf den Massenverlust aus Grönland auswirken wird, vollständig auf der Annahme, dass das Schmelzen nur die Geschwindigkeit des Eisflusses im Sommer beeinflusst. Unsere Entdeckung, dass große Beschleunigungen im Eisfluss verursacht werden durch Gespeichertes Schmelzwasser, das im Winter abfließt, verändert unser Verständnis der Hydrologie der Eisschilde über jährliche Zeiträume erheblich.
Zu den neuen Ergebnissen gelangten die Forscher durch die Analyse großer Mengen von Radardaten und optischen Satellitenbildern.
Der winterliche Schmelzwasserabfluss sollte in neue Klimamodelle aufgenommen werden
Es sind nicht nur die ältesten Seen, die nach jahrzehntelangem Bestehen einstürzen. Laut den Wissenschaftlern gibt es mehrere Arten von Zyklen. Einige Seen bilden sich und kollabieren innerhalb eines Jahres; bei anderen passiert es alle paar Jahre.
Die eingestürzten Seen wirken sich auf verschiedene Weise auf die Eisdecke oder den Gletscher aus, die in Grönland schmelzen. Das Wasser der Seen landet im Meer. Das Wasser schmiert die Eisschilde von unten, wodurch sie schneller in Richtung Küste gleiten und zusätzlichem Schmelzen ausgesetzt werden. Außerdem verändert sich die Struktur der riesigen Eismassen. Es könnten auch andere Mechanismen im Spiel sein.
„Es ist wichtig zu beschreiben, was passiert, wenn der Schmelzprozess im Winter stattfindet, damit dieses Wissen in zukünftige Modelle zum Klimawandel einfließen kann“, sagt Jonas Kvist Andersen.
Mit Radardaten und optischen Satellitenbildern gefundene abfließende Seen und Wasserströmungen
Die Forscher haben mithilfe von Synthetic Aperture Radar (SAR)-Interferometrie basierend auf Daten der Sentinel-1-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) kartiert, wie die 18 Seen auf der Eisdecke in Westgrönland entwässert wurden und wie das Wasser abfloss sie ist anschließend nach unten und hinaus aufs Meer geflossen.
Visuelle und optische Fotos wurden von anderen europäischen und US-amerikanischen Satelliten abgerufen. Sie wurden verwendet, um die Seen und ihre Veränderung über einige Monate im Winter 2018 zu identifizieren. Die Radarbilder wurden mit Fotos von älteren Satelliten ergänzt. Auf diese Weise war es den Wissenschaftlern möglich, die Entwicklung der Seen über mehrere Jahrzehnte hinweg zu verfolgen und auch festzustellen, wann sie trockengelegt wurden.
Die Sentinel-1-Satelliten, die die Arktis aus einer Umlaufbahn von knapp 700 km über der Erde abdecken, verfügen über eine SAR-Einheit, die Radarsignale schräg nach unten zur Oberfläche des Eisschildes sendet, von wo sie zum Satelliten zurückgesendet werden.
Durch die Analyse von Unterschieden und Verschiebungen in der Phase des Radarsignals ist es möglich, die Bewegung der Eisoberfläche relativ zum Satelliten zu messen. Beim Vergleich mehrerer Messungen kann zwischen horizontaler Bewegung (Beschleunigung des Eisstroms) und vertikaler Bewegung (Schmelzwasser drückt das aufliegende Eis nach oben) unterschieden werden.
Auf diese Weise erhält man Informationen über die Bewegung des Schmelzwassers und des Eises, nachdem das Wasser vom Seegrund abgeflossen ist.
Mehr Informationen:
Nathan Maier et al., Supraglacial Lake Drainage Cascade im Winter löst eine großräumige Reaktion des Eisflusses in Grönland aus, Geophysikalische Forschungsbriefe (2023). DOI: 10.1029/2022GL102251