Das Schleppen von Tausenden von Satellitenmessungen mit künstlicher Intelligenz hat Forschern des Geologischen Dienstes von Dänemark und Grönland und der Universität Kopenhagen gezeigt, dass Schmelzwasser in Tunneln unter Grönlands Eisdecke dazu führt, dass es seine Geschwindigkeit ändert und an einigen Stellen stark in Richtung Ozean beschleunigt. Dies kann das Schmelzen besonders in einem sich erwärmenden Klima verstärken, weshalb die Forscher der Studie der Meinung sind, dass es wichtig ist, dies im Auge zu behalten.
Die grönländische Eisdecke ist riesig und macht fast die Hälfte des gesamten Süßwassers der nördlichen Hemisphäre aus. Aber die steigenden Temperaturen auf der Erde lassen sie schmelzen – und die Weltmeere ansteigen. Daher werden die Bewegungen der Eisdecke genau überwacht.
Unter Verwendung umfangreicher Satellitenmessungen haben Forscher des Geological Survey of Denmark and Greenland (GEUS) und des Niels-Bohr-Instituts der Universität Kopenhagen eine Studie durchgeführt, die zeigt, wie die Bewegungen der Eisdecke eng mit dem Schmelzwasserfluss unter dem Eis verbunden zu sein scheinen.
Mithilfe künstlicher Intelligenz analysierten die Forscher Eisbewegungen, die sie nun anhand von Bewegungsmustern in vier Kategorien einteilen können. Laut den Forschern hinter der Studie fehlt diese Information in unserem Verständnis dafür, warum sich die Geschwindigkeit des Eises an derselben Stelle im Laufe der Zeit ändern kann, was ein wichtiger Teil des Wissens ist, um genauere Klimamodelle zu erstellen, unter anderem für Meeresspiegel steigt.
„Mit Hilfe großer Mengen an Satellitendaten und künstlicher Intelligenz können wir allgemeine jahreszeitliche Schwankungen über weite Teile des Eisschildrandes identifizieren und abbilden. Nicht nur für ein Jahr, sondern auch für Schwankungen über mehrere Jahre. „Unsere Studie bietet einen indirekten Blick auf die Prozesse unter dem Eis und den Zusammenhang mit Schmelzwasser im großen Maßstab. Dieser Zusammenhang ist sehr wichtig zu verstehen in Bezug auf das sich erwärmende Klima der Zukunft, in dem die Menge an Schmelzwasser zunehmen wird“, erklärt Anne Munck Solgaard, Senior Researcher bei GEUS und Hauptautor der Studie, die jetzt in veröffentlicht wurde Geophysikalische Forschungsbriefe.
Tunnel unter dem Eis
Wenn Schmelzwasser von der Oberfläche den Eisboden erreicht, fließt es hauptsächlich durch geschmolzene Kanäle zum Rand der Eisdecke. Die Forscher haben herausgefunden, dass das Design dieser Kanäle, auch bekannt als subglaziale Entwässerungspfade, die Bewegung des darüber liegenden Eises beeinflusst.
Wenn die Kanäle, die als eine Art Drainagesystem fungieren, Wasser schlecht ableiten, steigt der Druck am Boden und verringert die Reibung zwischen Eis und Boden. Dies wiederum bewirkt, dass sich das Eis schneller in Richtung Ozean bewegt. Und umgekehrt, wenn das Entwässerungssystem funktioniert, bewegt sich das Eis langsamer.
Laut Anne Munck Solgaard ist das Entwässerungssystem keine feste Anordnung von Rohren oder Kanälen einer bestimmten Größe, sondern Wege, die sich während der Schmelzsaison entwickeln. Sie tun dies, weil Schmelzwasser zwar größere Drainagesysteme schmelzen kann, der Eisfluss jedoch dazu dient, Systeme zu schließen. Als solches kann das Entwässerungssystem zwischen effizient und ineffizient wechseln.
„Dies führt zu vier Variationen in der Geschwindigkeit des Eises, die wir an verschiedenen Stellen auf der Eisdecke entdeckt haben. Zum Beispiel kann sich die Geschwindigkeit mitten in der Schmelzsaison verlangsamen, wenn Schmelzwasser reichlich vorhanden ist, weil das Entwässerungssystem plötzlich wird effizient. Oder das System bleibt ineffizient und steht unter hohem Druck. Die Geschwindigkeit stimmt also mit der Schmelzwassermenge überein“, sagt der Senior Researcher.
So konnten die Forscher sehen, wo sich das Eis auf der Eisdecke das ganze Jahr über auf die eine oder andere Weise bewegt. Dabei bekommen sie einen Einblick in das Geschehen unter dem Eis und können beobachten, wie es sich von Jahr zu Jahr verändert.
„Unsere Ergebnisse liefern ein besseres Verständnis dafür, wie der Eisschild auf wärmere Temperaturen und mehr Schmelzwasser reagiert, was uns bei der Entwicklung zukünftiger Klimamodelle helfen kann“, erklärt Dina Rapp, Ph.D. Student und Co-Autor der Studie.
Riesige Datenmengen erfordern künstliche Intelligenz
Die Forscher nutzten künstliche Intelligenz, um in vielen tausend Messungen Bewegungsmuster zu erkennen und zu trennen, die für die menschliche Analyse sehr schnell unüberschaubar werden. Laut Professorin Christine Hvidberg vom Niels-Bohr-Institut, der Mitautorin der Studie, wird intelligente Rechenleistung immer notwendiger.
„In den letzten Jahren ist die Menge an frei verfügbaren Satellitendaten explodiert. Sie stammen von den Sentinel-Satelliten der ESA und von Amerikas Landsat. Die Daten erlauben es uns, die Geschwindigkeit des Eises in hoher Auflösung zeitlich und räumlich abzubilden. Das ist großartig, aber auch.“ macht es völlig unmöglich, sich durch manuelles Durchsuchen von Zeitreihen einen vollständigen Überblick über die Bewegungen und Muster des Eises zu verschaffen. Hier helfen uns künstliche Intelligenz und jede Menge Rechenleistung, bisher unentdeckte Muster und Zusammenhänge zu erkennen“, sagt sie.
Mehr Informationen:
AM Solgaard et al, Seasonal Patterns of Greenland Ice Velocity From Sentinel‐1 SAR Data Linked to Runoff, Geophysikalische Forschungsbriefe (2022). DOI: 10.1029/2022GL100343